电场相关题型突破思路探讨

2020-09-14 12:23:19 中学理科园地 2020年4期

陈青妹

摘   要:电场是高中物理电学部分的重要基础知识。学生对电场相关概念的认识、理解深度,直接影响后续电学知识的学习质量。对学生而言,部分题型较为新颖,解题难度较大。教学中应明确学生解题时存在的问题,做好相关题型的汇总,并讲解相关习题的突破思路,巩固其所学的同时,提高其思维的灵活性,实现快速、高效解题。

关键词:高中物理;电场;新颖情境;分析

引言

电场看不见摸不着,但却对放在其中的电荷具有作用力。人们为研究电场提出了很多的概念,如电场线、电场强度、电势差等。这些概念是高中物理学习的重点,不仅需要学生牢固记忆,更要其深入理解,才能实现灵活应用。为实现这一目标,更好的拓展学生视野与思维,教学中应注重新颖情境下相关题型的讲解,启发学生更好的解答新颖情境下的电场习题。

1  联系所学,突破电场线题型

部分学生迁移知识的能力较差,只会分析常见电荷电场线类题型,遇到一些特殊电荷电场线类的习题时无法及时找到解题思路,失分较为严重。为避免这一情况的发生,教学中应要求学生心理上不应畏惧,应树立必胜的信念,使其明白该类习题多是“新瓶装旧酒”,考查的仍是学生学过的知识点。解答该类习题的思路为:其一,认真阅读题干,明确重点参数、特殊关键词,如“刚好”“恰好”等,这些关键词往往是分析问题的突破口,应引起足够的重视;其二,针对题干中给出的图象,应细致观察,把握图象特点,如图象是否对称、图象变化情况等。在此基础上积极联系所学概念、定律等,进行分析。

【例题1】电荷量分别为+4q与-q的两点电荷构成了电荷系统,其电场线分布如图1所示,图中实线为电场线,未标注方向,虚线上A、B、C、D四点等间距,则(   )

A.BC间的电场方向为C指向B

B.A点附近没有电场线,A点的电场强度为零

C.D点电场强度为零,试探电荷在D点不受电场力作用

D.将带正电的试探电荷从A移动至B,电场力做正功,电势能减小

该习题创设的情境学生似曾相识,但又与常见的同种、异种电荷形成的电场不同,因此,分析时不能思维定势,应根据所学知识,对给出的四个选项逐一进行分析。

电场线的疏密表示电场的强弱,可知B点点电荷为+4q,C点处的点电荷为-q。根据所学可知电场方向由B指向C,故选项A错误;根据点电荷电场强度公式和电场叠加知识可知,B点电荷较C点电荷在A点产生的场强大,因此,A点电场强度并不为零,故选项B错误;同理可得D点电场强度为零,试探电荷在该点不受电场力,故选项C正确;AB间电场方向为B指向A,带正电的试探电荷由A移动至B,电场力做负功,电势能增加,故选项D错误。

2  夯实基础,突破场强与电势关系类题型

场强与电势关系类题型考查的知识点较多,部分学生对题意理解不深入,不能从题干中找到有用信息,无法正确作答。為使学生突破该类题型,教学中引导学生认真审题,充分理解题意,不能不求甚解,急于做题。另外,部分习题给出的参数较多,可边审题边绘制相关的简图辅助分析,结合给出的参数,构建新情境、新知识与熟悉情境、旧知识间的关联。

【例题2】一匀强电场的方向平行于xOy平面,平面内a、b、c三点的位置如图2所示,三点的电势分别为10V、17V、26V。下列说法正确的是()

A. 电场强度的大小为2.5V/cm

B. 坐标原点处的电势为1V

C. 电子在a点的电势能比在b点的低7eV

D. 电子从b点运动到c点,电场力做功为9eV

本题主要考察电场强度、电势、等势面、电势能。关键和难点是利用场强与电势的关系求得场强大小。由于场强是矢量,电势是标量,常规解法是画“线”先画“势”。设ac间与b点等电势的点是d点,可求得dc=4.5cm。过c点作等势线bd的垂线交bd于f,由几何关系得cf=3.6cm,所以场强E===2.5(V/cm),故选项A正确;求场强也可利用其矢量性的优势,用正交分解方法求解:Ex===2(V/cm),Ey===1.5(V/cm), 解得Ex==2.5(V/cm),,故选项A正确。匀强电场中同方向等距离的两点电势差相等,即?a-?0=?c-?b,解得?0=1V,故选项B正确;因为负电荷在电势越高处电势能越小,电子带负电,所以电子在a点电势能大于b点,故选项C错误;电子从b运动到c,电场力做正功W=Ubc=9eV,故选项D正确。

3  发挥想象,突破场强类题型

因为电场线是空间分布的,有些题型需要学生充分发挥想象。部分学生空间想象能力较差,解题时无从下手。为使学生更好地解答该类习题,教学中应联系生活实际,借助生活中的事物帮助学生在头脑中形成清晰的印象,或者使用多媒体技术为学生立体、形象的呈现电场分布、电场线走向等。同时,教学中不能忽略传授相关的解题思路,使学生在解题中做到:其一,结合题干描述的新情境,积极回顾相关的学习、生活经验,充分发挥想象,在头脑中全面、清晰的呈现题干情境。其二,运用所学进行理性的分析,尤其在分析的过程中应有理有据,不能主观臆断,如此才能保证分析结果的正确性。

【例题3】电子只受电场力作用,在下面哪种电荷产生的电场中可以做匀速圆周运动(   )

A. 正点电荷         B. 负点电荷

C. 等量同种正电荷D. 等量异种电荷

题目要求电子做匀速圆周运动,故要求电子所受合外力即电子所受电场力作为向心力,则电子所受电场力必须大小恒定方向始终指向圆心。所以应该清楚这几种电荷产生的电场中电场线的空间分布情况。易判断选项A正确、选项B、D错误,但易漏选C选项。原因就是没有清晰等量同种正电荷的电场的空间分布情景,在两等量同种正电荷连线的中垂面上,到两电荷连线中点O距离相等的各点场强大小都相等、方向都背离O点,则给电子合适的初速度,电子受电场力作用就可以在中垂面上以O为圆心做匀速圆周运动,故选项C正确。

4  把握原理,突破电容类题型

高中物理一些电容类习题较为新颖,会涉及一些新的原理,要求学生根据所学进行分析。该类题型题干一般较长,部分学生审题较慢;部分学生对题干描述的原理不清晰,解题时头脑一片空白。为使学生更好的解答该题,教学中应引导学生夯实基础,尤其在讲解物理公式时应为其深入的剖析公式中的参数以及参数间的因果关系,为其灵活应用奠定基础。同时,为学生总结该类习题的解题思路,给其顺利解题带来良好指引。其一,通过审题,充分把握题干描述的新情境,把握其中的原理以及相关参数,掌握影响参数变化的因素;其二,积极回顾所学,找到其与所学知识的关联,运用所学的公式认真计算,根据计算结果,做出正确的判断。

【例题4】如图3是一種电容式传感器,可检测塑料瓶中溶液深度的变化。瓶的底面半径为r,外侧壁涂有一层导电涂层,与瓶内导电溶液构成电容器的两极。其中塑料为绝缘电介质,壁厚为d,介电常数为ε。若某一段时间t内有大小为I的电流从左向右流过电流计。若电源电压恒为U,则(      )

A.瓶中液面下降了

B.瓶内液面上升了

C.瓶内液面上升了

D.瓶中液面下降了

对学生而言该题目创设的情境较为陌生,但其中蕴含的原理学生则较为熟悉,所以关键是物理模型的建立;这实际是平行板电容器;描述的过程是保持两极间电压不变,改变两极板正对面积,从而改变电容,引起带电量的改变。正确建模,问题就迎刃而解。

根据已知条件可知液体与瓶的外壁涂的导电涂层构成了电容器。液面变化则说明公式C=中的正对面积发生变化。因电流从左向右流过电流计,可知这段时间电容器电荷量减小,而电势差并未改变,所以推出应该是电容变小,也就是瓶中液面下降。根据Δq=It,Δq=U·ΔC,ΔC=,ΔS=2πrh,可得Δh=,故选项A正确。

5  总结

电场在高中物理中的重要性不言而喻,是高考的必考知识点。研究发现,部分学生虽然能很好的掌握基础知识,但灵活应用能力有待提高,尤其遇到情境较为新颖的电场类题型,难以打开思路。为避免这一情况的出现,提高学生解答新颖电学习题的能力,教学中应做好新颖情境的积累与相关题型的汇总,结合教学进度,在课堂上为学生进行针对性的讲解,并鼓励学生做好学习的总结,使其掌握相关的解题思路。