靜電場(chǎng)中的新穎試題賞析

蔣緯

一、立足基礎(chǔ)的新穎試題，往往是高考的重要考查內(nèi)容

例1（2012年浙江卷）用金屬做成一個(gè)不帶電的圓環(huán)，放在干燥的絕緣桌面上。小明同學(xué)用絕緣材料做的筆套與頭發(fā)摩擦后，將筆套自上向下慢慢靠近圓環(huán)，當(dāng)距離約為0.5cm時(shí)圓環(huán)被吸引到筆套上，如圖1所示。對(duì)上述現(xiàn)象的判斷與分析，下列說(shuō)法正確的是（）。

A.摩擦使筆套帶電

B.筆套靠近圓環(huán)時(shí)，圓環(huán)上、下都感應(yīng)出異性電荷

C.圓環(huán)被吸引到筆套的過(guò)程中，圓環(huán)所受靜電力的合力大于圓環(huán)的重力

D.筆套碰到圓環(huán)后，筆套所帶的電荷立刻被全部中和

解析：本題考查的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)有摩擦起電和靜電感應(yīng)，故選項(xiàng)A、B正確。圓環(huán)被吸引到筆套的過(guò)程中，圓環(huán)向上做加速運(yùn)動(dòng)，故圓環(huán)所受靜電力的合力大于圓環(huán)的重力，選項(xiàng)C正確。由帶電體與其他物體接觸后電荷的中和及重新分配規(guī)律可知，筆套和圓環(huán)接觸后都帶同性電荷，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案為ABC。

點(diǎn)評(píng)：基礎(chǔ)試題內(nèi)容涉及物理學(xué)的基本概念、規(guī)律、思想和方法，注重基礎(chǔ)知識(shí)和物理核心思維方法的考查，旨在培養(yǎng)同學(xué)們對(duì)物理學(xué)科的興趣和科學(xué)素養(yǎng)，促進(jìn)同學(xué)們各種能力的提高。高考試卷中此類(lèi)試題的安排既保持了考查內(nèi)容的相對(duì)穩(wěn)定又較好地體現(xiàn)了新課程理念。

二、數(shù)形結(jié)合的新穎圖像問(wèn)題

例2（2014年安徽卷）一帶電粒子在電場(chǎng)中僅受靜電力作用，做初速度為零的直線運(yùn)動(dòng)，取該直線為z軸，起始點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn)，其電勢(shì)能Ep與位移x的關(guān)系如圖2所示，則如圖3所示圖像中合理的是（）。

解析：粒子的電勢(shì)能隨位移變化的圖像斜率對(duì)應(yīng)粒子所受的靜電力大小，故可知靜電力、電場(chǎng)強(qiáng)度及粒子加速度隨位移的變大應(yīng)該是越來(lái)越小，故A錯(cuò)、D對(duì)。粒子動(dòng)能隨位移變化的圖像斜率對(duì)應(yīng)粒子所受合外力的大小，而此時(shí)的合外力即為粒子所受的靜電力，故B錯(cuò)。粒子沿x軸的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，故速度與位移不一定是線性關(guān)系，C錯(cuò)。答案為D。

點(diǎn)評(píng)：用數(shù)學(xué)方法解決物理問(wèn)題一直是高考要求的必備能力之一，而圖像和函數(shù)是一個(gè)很重要的結(jié)合點(diǎn)。本題以圖像為載體考查電場(chǎng)的力的性質(zhì)與電場(chǎng)的能的性質(zhì)，考查理解題目的新信息并且應(yīng)用信息解決問(wèn)題的能力。求解本題的切入點(diǎn)在于根據(jù)Ep-x圖像得到靜電力的變化規(guī)律，突破口在于根據(jù)牛頓第二定律得到加速度的變化規(guī)律，然后結(jié)合動(dòng)能定理分析。

三、注重知識(shí)間的聯(lián)系，突出物理思想方法應(yīng)用的新穎試題

例3 （2013年新課標(biāo)I卷）如圖4所示，一半徑為R的圓盤(pán)上均勻分布著電荷量為Q的電荷，在垂直于圓盤(pán)且過(guò)圓心c的軸線上有a、b、d三個(gè)點(diǎn)，a和b、b和c、c和d的距離均為R，在a點(diǎn)處有一電荷量為q（q>0）的固定點(diǎn)電荷。已知b點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)為零，則d點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng)的大小為（k為靜電力常量）（）。

解析：電荷q產(chǎn)生的電場(chǎng)在b點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)Eb=，方向水平向右，由于b點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)為零，故圓盤(pán)上的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)在6點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)，方向水平向左，故Q>0。由于b、d關(guān)于圓盤(pán)對(duì)稱，故圓盤(pán)上的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)在d點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)，方向水平向右，電荷q產(chǎn)生的電場(chǎng)在d點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)，方向水平向右，所以d點(diǎn)處的合場(chǎng)強(qiáng)的大小。答案為B。

點(diǎn)評(píng)：本題以點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)這一熟悉的情境展開(kāi)設(shè)問(wèn)，其新穎之處在于對(duì)稱思想和等效替代方法的巧妙運(yùn)用。本題考查了同學(xué)們利用靜電場(chǎng)知識(shí)進(jìn)行推理判斷和綜合分析的能力。試題設(shè)問(wèn)指向性明確，體現(xiàn)了對(duì)物理思想方法的考查。

四、注重聯(lián)系實(shí)際的新穎試題

例4 反射式調(diào)管是常用的微波器械之一，它利用電子團(tuán)在電場(chǎng)中的振蕩來(lái)產(chǎn)生微波，其振蕩原理與下述過(guò)程類(lèi)似。如圖5所示，在虛線MN兩側(cè)分別存在著方向相反的兩個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)，一帶電微粒從A點(diǎn)由靜止開(kāi)始，在靜電力作用下沿直線在A、B兩點(diǎn)間做往返運(yùn)動(dòng)。已知兩個(gè)電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小分別是和，方向如圖所示，帶電微粒質(zhì)量，帶電荷量，A點(diǎn)距虛線MN的距離，不計(jì)帶電微粒的重力，忽略相對(duì)論效應(yīng)。求：

（I）B點(diǎn)到虛線MN的距離d2；

（2）帶電微粒從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間t。

解析：（l）帶電微粒在由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過(guò)程中，由動(dòng)能定理得，解得

（2）設(shè)帶電微粒在虛線MN兩側(cè)的加速度大小分別為a1、a2，則由牛頓第二定律得，解得。設(shè)帶電微粒在虛線MN兩側(cè)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間分別為t1、t2，則由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得。又有，解得

點(diǎn)評(píng)：本題關(guān)注科學(xué)前沿發(fā)展和生產(chǎn)、生活中常見(jiàn)的實(shí)際問(wèn)題，引領(lǐng)同學(xué)們?cè)谏钪畜w驗(yàn)物理，培養(yǎng)同學(xué)們自覺(jué)應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的意識(shí)，很好地詮釋了“從生活走進(jìn)物理，從物理走向社會(huì)”的理念。

跟蹤訓(xùn)練

1.噴墨打印機(jī)的簡(jiǎn)化模型如圖6所示，重力可忽略的墨汁微滴，經(jīng)帶電室?guī)ж?fù)電后，以速度υ垂直于勻強(qiáng)電場(chǎng)飛人極板間，最終打在紙上，則微滴在極板間電場(chǎng)中（）。

A.向負(fù)極板偏轉(zhuǎn)

B.電勢(shì)能逐漸增大

C.運(yùn)動(dòng)軌跡是拋物線

D.運(yùn)動(dòng)軌跡與所帶電荷量無(wú)關(guān)

2.如圖7甲所示，在x軸上有一個(gè)點(diǎn)電荷Q（圖中未畫(huà)出），O、A、B為軸上三點(diǎn)，放在A、B兩點(diǎn)的試探電荷受到的靜電力與試探電荷所帶電荷量的關(guān)系如圖乙所示，則（）。

A.A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為

B.B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為

C.點(diǎn)電荷Q在A、B之間

D.點(diǎn)電荷Q在A、0之間

3.如圖8所示的四個(gè)圖像中的各1/4圓環(huán)大小相同，所帶電荷量已在圖中標(biāo)出，且電荷均勻分布，各1/4圓環(huán)間彼此絕緣。則坐標(biāo)原點(diǎn)0處電場(chǎng)強(qiáng)度最大的是（）。

4.如圖9所示，正電荷ql固定于半徑為R的半圓形光滑軌道的圓心處，將另一電荷量為q2、質(zhì)量為m的帶正電小球，從軌道的A點(diǎn)處無(wú)初速度地釋放，求：

（l）小球運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)的速度大?。?/p>

（2）小球在B點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力。

參考答案：1.C 2.AC 3.B 4.（1）（2），方向豎直向下。