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巧妙利用等势面的特性解决电学复杂问题

【 发布作者 北京家教】

我们把电场中电势相同的各点构成的面叫等势面。等势面是静电学中一个重要的概念,也是高考的热点,如何抓住等势面的特性,灵活应用解题,是高考复习中的一个重点课题。

1.利用等势面与电场线垂直的特性巧画场强方向

例1 如图1所示,匀强电场中a、b,c三点构成一个直角三角形。把电量q=-2×10-10c的点电荷由a点移动到b点,电场力做功4.8×10-8j;在由b点移到c点克服电场力做功4.8×10-8j,若取b点电势为零,求a、c两点的电势及场强方向。

析与解 把电荷从a点移到b点。把电荷从b点移到c点为。因为,所以a、c在同一等势面上,根据场强方向垂直等势面且由电势高处指向电势低处,可以得到电场线的方向垂直于ac,如图2所示。

     

引申 如图3所示,水平放置的金属板正上方有一固定的正点电荷q,一表面绝缘的带电的小球(可视为质点且不影响q的电场),从左端以初速度v0滑上金属板,沿光滑的上表面向右运动到右端,在该运动过程中

a.小球做匀速直线运动

b.小球做先减速,后加速运动

c.小球的电势能保持不变

d.电场力对小球所做的功为零

命题意图 考查对静电平衡导体特点的理解与应用能力。

解析 水平放置的金属板处于点电荷q的电场中而达到静电平衡状态,是一个等势体,其表面处电场线处处与表面垂直,故带电小球(表面绝缘,电量不变)在导体表面滑动时,电场力不做功,故小球做匀速直线运动,所以a,c,d选项正确。

2.利用等势体内场强为零的特性巧找感应电场线

例2 在点电荷q的电场中,金属盘处于静电平衡状态,盘面跟点电荷q在同一平面内,如图4所示,请在盘内准确画出由盘上感应电荷所形成的附加电场的三条电场线。(用实线表示电场线,要求严格作图)。

解析 本题并不了解金属盘上感应电荷的具体分布情况,更难以直接画出这些感应电荷在盘内产生的附加电场的电场线,但根据静电平衡的导体内部场强处处为零这一特点,便知感应电荷在盘中产生的附加电场的电场线,一定与点电荷在该处产生的电场的电场线疏密相同,方向相反。据此,画感应电荷产生的附加电场的电场线,就转化为画点电荷q在该处的电场线的反向电场线,如图5实线。