非點電荷產(chǎn)生電場的高考題評析

韓敘虹　錢呈祥

(1．北京市第八十中學(xué)，北京　100102；2．浙江省永嘉縣上塘中學(xué)，浙江　永嘉　325100)

非點電荷產(chǎn)生電場的高考題評析

韓敘虹1錢呈祥2

(1．北京市第八十中學(xué)，北京100102；2．浙江省永嘉縣上塘中學(xué)，浙江永嘉325100)

摘要：靜電場是高考物理的重要內(nèi)容之一，近年來經(jīng)?？疾榉屈c電荷產(chǎn)生電場的問題.本文通過高考真題的剖析，探討非點電荷的電場強度求解思路.

關(guān)鍵詞：非點電荷；電場強度；基本模型

縱觀近年來全國各地的高考物理試題，我們不難發(fā)現(xiàn)：針對靜電場知識的考查在試卷中所占比例有上升趨勢，有多題涉及非點電荷電場強度的求解.高考試題具有較強的導(dǎo)向性與示范性的功能，作為一線的高中物理老師應(yīng)加強高考真題的“溯源”探究.這就要求高三復(fù)習(xí)中，領(lǐng)悟新課標理念，洞察高考命題思路，注重基礎(chǔ)知識和基本模型的復(fù)習(xí)，注重物理方法的滲透，注重從圖像獲取信息、理論聯(lián)系實際和創(chuàng)新能力的培養(yǎng).

1典型試題示例

例1(2013新課標Ⅰ卷)如圖1所示，一半徑為R的圓盤上均勻分布著電荷量為Q的電荷，在垂直于圓盤且過圓心c的軸線上有a、b、d三個點，a和b、b和c、c和d間的距離均為R，在a點處有一電荷量為q(q>0)的固定點電荷.已知b點處的場強為零，則d點處場強的大小為().

圖1

點評：本題蘊含著對稱思想，基于b、d兩點的空間位置相對帶電圓盤具有對稱性，從而決定了帶電圓盤在b、d兩點電場強度大小的等值性.

圖2

點評：本題蘊含等效思想，根據(jù)靜電平衡時導(dǎo)體內(nèi)部場強處處為零，把導(dǎo)體平面上的感應(yīng)電荷等效為一個點電荷，降低了解題難度.

圖3

點評：本題蘊含著對稱思想，圓環(huán)的空間對稱結(jié)構(gòu)啟發(fā)我們要從模型對稱的角度去思考問題，在物理學(xué)習(xí)中運用好對稱，會取得事半功倍的效果．

農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)的人機交互的接口包括PC機和智能手機平臺，數(shù)據(jù)模型、人機界面的開發(fā)采用Microsoft Visual Studio.NET2008實現(xiàn)，如圖8為智能手機上視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)界面。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有：①通過發(fā)送手機短信獲取農(nóng)作物的生長圖片/視頻信息；②能夠控制攝像頭云臺的水平360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)和垂直90°自動翻轉(zhuǎn)；③嵌入式專家系統(tǒng)提供智能分析決策；④通過放大和縮小窗口監(jiān)控整體和局部視野。

圖4

圖5

點評：本題蘊含等效思想，把在單位面積帶電量為σ0的無限大均勻帶電平板中間挖去一半徑為r的圓板所形成的帶電體，等效為單位面積帶電量為σ0的無限大均勻帶電平板和單位面積帶電量為-σ0、半徑為r的圓板.

例9(2010福建理綜)物理學(xué)中有些問題的結(jié)論不一定必須通過計算才能驗證，有時只需通過一定的分析就可以判斷結(jié)論是否正確.如圖6所示為兩個彼此平行且共軸的半徑分別為R1和R2的圓環(huán)，兩圓環(huán)上的電荷量均為q(q>0)，而且電荷均勻分布.兩圓環(huán)的圓心O1和O2相距為2a，聯(lián)線的中點為O，軸線上的A點在O點右側(cè)與O點相距為r(r

B.

圖6

C.

D.

點評：本題考查物理學(xué)方法的應(yīng)用，要求不通過計算，只需通過分析就可以判斷結(jié)論.根據(jù)點電荷場強的公式，運用量綱分析的方法，與選項相對比，再用特殊值法和微元法就可以得出結(jié)論．

2總結(jié)思考

以上為近5年高考新出現(xiàn)的一類題目，考查了非點電荷的電場強度，要求考生注意領(lǐng)會相關(guān)物理思想和方法.毫無疑問，這些試題都凸顯了課程改革的理念，旨在強化對三維目標中“過程與方法”的考查.

物理學(xué)思想方法是問題解決的利器，在分析無限大帶電平板、圓盤、單個圓環(huán)、兩個相距一定距離的帶電圓環(huán)軸線上的電場強度時，要運用模型方法、對稱方法、等效方法、微元方法等.在復(fù)習(xí)教學(xué)中，要引導(dǎo)學(xué)生對新情景題展開討論、分析，體會物理思想方法的奧妙，提高等效、賦值、微元、極限、量綱分析等物理方法應(yīng)用的嫻熟程度.模型思想和轉(zhuǎn)化思想是物理學(xué)中的兩種基本物理思想，理想模型是物理學(xué)的研究對象，是對客體模型的簡化和抽象.轉(zhuǎn)化思想是解決物理問題的一種策略和手段，在一定程度上來說是一種解題智慧.點電荷在其周圍空間激發(fā)的電場是對稱的，一般帶電體在其周圍空間激發(fā)的電場也有許多是對稱的，如均勻帶電的球體在周圍空間的電場就是對稱的(類似于點電荷周圍的電場)，均勻帶電的桿子在沿著桿子方向上電場也有一定的對稱性，帶電薄板在其上下方的電場分布也是對稱的……如果某一空間有一個點電荷和一個非點電荷，在這個空間如果能找到其電場強度為零的點，則一定有非點電荷在這一點激發(fā)的電場與點電荷在這一點激發(fā)的電場等大反向，這是運用對稱方法處理非點電荷電場的常用做法.

物理思想是解決問題的支柱，物理問題是物理思想的載體，只有深刻挖掘物理問題所蘊含的物理思想，才能在其引領(lǐng)下探尋物理問題的解決途徑.“過程與方法”是物理課程標準提出的三維目標之一，它要求“通過學(xué)習(xí)過程，了解物理學(xué)的研究方法，嘗試運用方法去解決實際問題”.因此過程體驗、分析和重視思維方法的運用，已成為高考命題專家的關(guān)注點，該類問題能夠很好地考查學(xué)生的信息收集與處理能力、分析與解決問題的能力.

3教學(xué)建議

在高三復(fù)習(xí)中，特別是在使用高考題進行教學(xué)時，應(yīng)注意以下兩個方面的問題：

(1)注意審題能力的培養(yǎng)，使學(xué)生能夠從題目中所涉及的圖像、文字中收集信息，進一步探究隱含條件背后深藏的意義；

(2)注意挖掘試題的功能，體會命題專家的意圖，重視方法的提煉，使學(xué)生對于各類處理方法熟練于心，方能運用其去解決實際問題.

“年年考電場，題題有新意；招招不離本，方法最重要”，這是歷年靜電場類電場強度求解的真實寫照.試題以基本模型為本，進行適度的拓展、變形、重構(gòu)和創(chuàng)新，這必將是以后命題的趨勢，這也啟示著我們：在以后的新課教學(xué)中應(yīng)重視基礎(chǔ)知識、基本模型的構(gòu)建和理解；在復(fù)習(xí)教學(xué)中，應(yīng)該以基本模型和基本知識為抓手，重視思維方法、研究問題方法的滲透，提升學(xué)生的思維品質(zhì).

參考文獻：

李勇，張洪明．2013年高考場強大小考題中的物理思想賞析．物理教學(xué)探討，2014，(3)．

孫功勤．2013年高考中運用對稱法處理靜電場的實例探討．中學(xué)物理(高中版)，2014，(2)．