电场强度方向判断原则

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所属分类:高二物理

电场强度是个矢量,它的方向判断原则不是唯一的,通常可以结合电场力、电荷电性或电场线、等势面来确定电场强度方向。由于涉及到较多抽象概念性东西,初学起来还是较吃力易混乱。可见很多初涉高中物理的同学来说,"怕物理怕电场"已经见怪不怪了。

电场强度方向判断原则

电场强度方向判断原则

1、结合电荷电性、电场力方向判断

这里涉及三个物理量:电性、电场强度方向、电场力方向。如果放在电场中的电荷为"",则F必定与E同反,反之""电荷,则F必定与E反向。

反推也成立,如果说FE同向,必定可知该电荷是正电荷,反之是负电荷。也就是说只要知道其中任意两个物理量,就能推出第三个。

经典例题

(多选)如图所示,实线是匀强电场的电场线,虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹,ab是轨迹上两点,若带电粒子在运动中只受电场力作用,则由此图可作出正确判断的是(  

电场强度方向判断原则

A.带电粒子带负电荷

B.带电粒子带正电荷

C.带电粒子所受电场力的方向向左

D.带电粒子做匀变速运动

解析:ACD

要想判断运动电荷的电性,必定先判断FE的方向关系。首先判断E的方向,由于该电场是匀强电场,可知任意一点电场强度方向都是水平向右。

其次,以a点为研究点,判断F的方向,这需要根据轨迹走向来判断。根据曲线运动条件可知,F的方向指向曲线的凹侧,并且FE共线,可知F向水平向左,即FE反向,因此可以断定运动电荷是负电荷,AC正确。

由于F=qE,可知F不变,由牛顿第二定律知加速度a不变,这意味着运动电荷做匀变速直线运动。

电场强度方向判断原则

2、结合电场线判断

首先,电场线方向上任意一点的切线方向就是该点电场(强度)方向,这就告诉我们只要知道电场线方向知道任意一点电场强度方向。反之,如果知道电场强度方向,也可以推出电线线的方向。

特别强调,有必要熟记5种电场线分布图:正点电荷、负点电荷、等量同种电荷、等量异种电荷、匀强电场,熟记有利于我们快速做出判断。

电场强度方向判断原则

通过电线线,除了可以快速判断电场强度的方向外,还可以根据线的"疏密"判断E的大小,再结合受力判断加速度a的大小,甚至还可以判断电势的高低等信息。

经典例题

如图是某静电场的一部分电场线分布情况,下列说法正确的是

电场强度方向判断原则

A.这个电场可能是负点电荷的电场

BA点的电场强度小于B点的电场强度

CAB两点的电场强度方向不相同

D.负电荷在B点处受到的电场力的方向沿B点的切线方向

解析:C

如果只画出这条电场线,无法判断是什么电场形成的。A项错误。根据电场线的疏密可知A的处较密,因此电场强度较强,B错误。

根据电场线方向,分别过AB两点做切线即是该两点电场强度方向,可见不相同,C错正确。当把一个负电荷放在B处,由于电荷带负电,可知B点时它的受力与B点的电场强度方向相反,D错误。

3、结合等势面判断

  • 等势面与电场线的关系表现在:
  • 等势面必定与电场强度方向垂直;
  • 等势面的"疏密"等效于电场线的"疏密"
  • 沿着电场线方向电势必定降低。

掌握了这些重要信息,有助于我们做出正确的判断。

经典例题

(多选)如图所示,虚线表示电场的一簇等势面,一个α粒子(正电荷)以一定的初速度进入电场后,只在电场力作用下沿实线轨迹运动,α粒子先后通过M点和N点.在这一过程中,下列判断正确的是(  )

电场强度方向判断原则

AN点的电势高于M点的电势

Bα粒子在N点的电势能比在M点的电势能大

Cα粒子在M点的速率小于在N点的速率

Dα粒子在M点受到的电场力比在N点受到的电场力大

解析:AB

本题考查的知识点有:曲线运动的特点、电场强度、等势面、电场力做功与电势能变化等知识。

首先,要判断电势高低,必定先判断电场线方向。判断电场线方向,就需要先判断F的方向,再结合α粒子(正电荷)电性,可以确定电场强度方向。

M点分析,利用"电场线与等势垂直"的特点画出过M点的一条电场线(如图红色曲线),此时还不知道电场线箭头方向。过M点做该电场线的切线,那么EM的方向要么沿切线向右下,要么沿切线指向左上方。

由于M点的电场力FMEM必定共线,而且FM指向MN轨迹的凹侧,可以判断FM必定是沿电场线的切线斜向下。由于α粒子带正电,则EM的方向必定与FM同向,沿电场线的切线斜向下,从而知道电场线方向由左指向右。如图所示:

电场强度方向判断原则

利用"顺着电场线方向,电势会降低"的特点,知:ψa>ψb>ψcψd>ψe,且ψN>ψMA正确。

M点做粒子轨迹的切线可知,FMv夹角大于900,说明电场力做负功,动能减小,电势能增大,则B正确,C错误。

利用"等势面疏密即电场线疏密"特点知,EN>EM,而F=qE,可知FN>FM,所以D错误。

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