信息加工推理，突破電場圖象問題

◇ 廣東 杜益飛

高考物理試題突出圖象的呈現(xiàn)方式,考查考生信息加工能力,注重利用圖象呈現(xiàn)豐富的物理信息,增加試題信息的廣度,要求考生能夠從圖象中獲取信息,建立文字、圖象等不同信息呈現(xiàn)方式之間的聯(lián)系,從而構(gòu)建正確的物理圖景,同時(shí)也考查學(xué)生邏輯推理等關(guān)鍵能力．

1 電場常見圖象歸類(如表1所示)

表1

2 電場常見圖象的突破方法(如表2所示)

表2

續(xù)表

3 典型題分析及針對訓(xùn)練

3.1φ-x圖象

圖1

A.Ea∶Eb=4∶1 B.Ec∶Ed=2∶1

C.Wab∶Wbc=3∶1 D.Wbc∶Wcd=1∶3

拓展練習(xí)1空間存在著平行于x軸方向的靜電場,P、M、O、N、Q為x軸上的點(diǎn),P、Q之間各點(diǎn)的電勢φ隨位置坐標(biāo)x的變化如圖2所示．一個(gè)帶電粒子僅在電場力作用下從M點(diǎn)由靜止開始沿x軸正方向運(yùn)動(dòng),下列說法正確的是( ).

圖2

A. 粒子一定帶負(fù)電

B.P點(diǎn)的電勢低于M點(diǎn)的電勢

C.M點(diǎn)的電場強(qiáng)度小于N點(diǎn)的電場強(qiáng)度

D. 粒子從M點(diǎn)向N點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中,電勢能一直減小

圖3

拓展練習(xí)2(多選)兩個(gè)等量點(diǎn)電荷位于x軸上,它們的靜電場的電勢φ隨位置x變化規(guī)律如圖3所示(只畫出了部分區(qū)域內(nèi)的電勢),x軸上有兩點(diǎn)M、N,且OM>ON,由圖可知( ).

A.N點(diǎn)的電勢低于M點(diǎn)的電勢

B.M、N兩點(diǎn)的電場方向相同且M點(diǎn)的場強(qiáng)大小大于N點(diǎn)的場強(qiáng)大小

C. 僅在電場力作用下,正電荷可以在x軸上M、N之間的某兩點(diǎn)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)

D. 負(fù)電荷沿x軸從M點(diǎn)移到N點(diǎn)的過程中電場力一直做正功

3.2 v-t圖象

圖4

A.A、B、C三點(diǎn)的電勢關(guān)系為φB>φA>φC

B.A、B、C三點(diǎn)的場強(qiáng)大小關(guān)系為EC>EB>EA

C. 粒子從A點(diǎn)經(jīng)B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn),電勢能先增加后減少

D. 粒子從A點(diǎn)經(jīng)B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn),電場力先做正功后做負(fù)功

拓展練習(xí)光滑絕緣水平面上固定兩個(gè)等量點(diǎn)電荷,它們連線的中垂線上有A、B、C三點(diǎn),如圖5-甲所示.一質(zhì)量m=1 g的帶正電小物塊由A點(diǎn)靜止釋放,并以此時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn),沿光滑水平面經(jīng)過B、C兩點(diǎn)(圖中未畫出),其運(yùn)動(dòng)過程的v-t圖象如圖5-乙所示,其中圖線在B點(diǎn)位置時(shí)斜率最大,根據(jù)圖線可以確定( ).

圖5

A. 中垂線上B點(diǎn)電場強(qiáng)度最大

B.A、B兩點(diǎn)之間的位移大小

C.B點(diǎn)是連線中點(diǎn),C與A點(diǎn)必在連線兩側(cè)

D.UBC>UAB

由上式可求出小物塊由A運(yùn)動(dòng)到B的過程中電場力所做的功qUAB,因?yàn)殡妶鰪?qiáng)度的關(guān)系未知,則不能得到A、B兩點(diǎn)之間的位移大小,B錯(cuò)誤;連線中點(diǎn)的場強(qiáng)為零,B點(diǎn)不在連線中點(diǎn),C錯(cuò)誤;在小物塊由A運(yùn)動(dòng)到B的過程中,根據(jù)動(dòng)能定理有

同理,在小物塊由B運(yùn)動(dòng)到C的過程中,有

對比可得UBC>UAB,D正確.

3.3 E-x圖象

圖6

B. 球內(nèi)部的電場為勻強(qiáng)電場

C.x1、x2兩點(diǎn)處的電勢相同

D. 假設(shè)將試探電荷沿x軸移動(dòng),則從x1移到R處和從R移到x2處電場力做功相同

圖7

拓展練習(xí)1真空中相距為3a的兩個(gè)點(diǎn)電荷M、N分別固定于x軸上x1=0和x2=3a的兩點(diǎn),在二者連線上各點(diǎn)的電場強(qiáng)度隨x變化的關(guān)系如圖7所示,選沿x軸方向?yàn)檎较?以下判斷正確的是( ).

A. 點(diǎn)電荷M、N均為負(fù)電荷

B.M、N所帶電荷量的絕對值之比為2∶1

C. 沿x軸從0到3a電勢逐漸降低

D. 將一個(gè)正點(diǎn)電荷沿x軸從0.5a移動(dòng)到2.4a,該電荷的電勢能先減少再增加

圖8

拓展練習(xí)2有一半徑為R的均勻帶電薄球殼,在通過球心的直線上,各點(diǎn)的場強(qiáng)E隨其到球心的距離x變化的關(guān)系如圖8;在球殼外空間,電場分布與電荷量全部集中在球心時(shí)相同,已知靜電常量為k,半徑為R的球面面積為S=4πR2,則下列說法正確的是( ).

B. 圖中r=1.5R

C. 在x軸上各點(diǎn)中有且只有x=R處電勢最高

D. 球面與球心間電勢差為E0R

3.4Ep-x圖象

圖9

A.x1處電場強(qiáng)度最小,但不為零

B. 粒子在0～x2段做勻變速運(yùn)動(dòng),x2～x3段做勻速直線運(yùn)動(dòng)

C. 在0、x1、x2、x3處電勢φ、φ1、φ2、φ3的關(guān)系為φ1>φ2=φ>φ3

D.x2～x3段的電場強(qiáng)度大小方向均不變

圖10

拓展練習(xí)1如圖10-甲,在某電場中建立x坐標(biāo)軸,A、B為x軸上的兩點(diǎn),xA、xB分別為A、B兩點(diǎn)在x軸上的坐標(biāo)值.一電子僅在電場力作用下沿x軸運(yùn)動(dòng),該電子的電勢能Ep隨其坐標(biāo)x變化的關(guān)系如圖10-乙,EpA和EpB分別表示電子在A、B兩點(diǎn)時(shí)的電勢能.則下列說法正確的是( ).

A. 該電場可能是孤立的點(diǎn)電荷形成的電場

B.A點(diǎn)的電場強(qiáng)度小于B點(diǎn)的電場強(qiáng)度

C. 電子由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中電場力對其所做的功W=EpA-EpB

D. 電子在A點(diǎn)的動(dòng)能大于在B點(diǎn)的動(dòng)能

圖11

拓展練習(xí)2將兩個(gè)點(diǎn)電荷A、B分別固定在水平面x軸的兩個(gè)不同位置上,將一帶負(fù)電的試探電荷在水平面內(nèi)由A點(diǎn)的附近沿x軸的正方向移動(dòng)到B點(diǎn)附近的過程中,該試探電荷的電勢能隨位置變化的圖象如圖11所示,已知xAC>xCB,圖中的水平虛線在C點(diǎn)與圖線相切,兩固定點(diǎn)電荷帶電荷量的多少分別用qA、qB表示.則下列分析正確的是( ).

A. 兩固定點(diǎn)電荷都帶正電,且qA>qB

B. 在AB連線內(nèi),C點(diǎn)的電場強(qiáng)度最小但不等于零

C. 因試探電荷的電勢能始終為正值,可知A、B兩點(diǎn)間沿x軸方向的電場強(qiáng)度始終向右

D. 如果將試探電荷的電性改為正電,則該電荷在C點(diǎn)的電勢能最大