基于核心素养建构圆模型 圆满解决电磁学问题*

陈红林

(曲靖市第二中学 云南 曲靖 655000)

1 构建圆模型解决电场问题

电场强度和电势作为描述电场力的性质与能的性质两个重要物理量，在高考中经常涉及.而点电荷作为一种重要特殊的物理模型，要充分利用圆或球的相关性质进行物理建模，比如点电荷的等势球面；点电荷任意半径R的球面上各点场强大小相等；均匀带电球壳或者球体在球外空间产生的电场可以等效于电荷集中于球心处的点电荷；等量同种电荷关于连线中心对称的两点场强大小相等、方向相反；等量异种电荷关于连线中心对称的两点场强相同等等，都可以科学地建构圆或球的模型来解决电场相关问题.

【例1】均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场.如图1(a)所示，在半球面AB上均匀分布正电荷，总电荷量为q，球面半径为R，CD为通过半球顶点和球心O的轴线，在轴线上有M和N两点，OM=ON=2R.已知M点的场强大小为E，则N点的场强大小为( )

图1 例1题图

图2 例2题图

解析：如图2(b)在半球体AB右侧补上另一个电荷量为q的半球体，则建立了一个均匀带电荷量为2q的球体模型，由对称性可知，右半球在M点的电势φM′等于左半球在N点的电势，即

φN=φM′

(1)

根据球体内M点与O点电势相等得

(2)

由式(1)、(2)解得

(3)

故选项B正确.

以上两个例题在学生正确的物理观念前提下，先通过假设法来建立球体模型，再采用对称的思想进行科学推理最后得出正确结论.充分体现了物理核心素养中的物理……