高中物理疊加場(chǎng)問題的幾種解題技巧

唐啟元

湖南省長(zhǎng)沙市長(zhǎng)郡中學(xué)

高中物理疊加場(chǎng)問題的幾種解題技巧

唐啟元

湖南省長(zhǎng)沙市長(zhǎng)郡中學(xué)

電場(chǎng)疊加作為高中物理教材中的一部分，是從電場(chǎng)的物理性質(zhì)出發(fā)，引發(fā)了一系列的現(xiàn)象并且非常陌生的新概念和物理量，還正是因?yàn)槌霈F(xiàn)了這些不是非常熟悉的抽象新概念和物理量，導(dǎo)致了學(xué)生對(duì)物理電場(chǎng)的學(xué)習(xí)望而卻步，想要更好學(xué)好電場(chǎng)部分的內(nèi)容，對(duì)學(xué)生學(xué)好高中物理的電場(chǎng)疊加有非常大的幫助，文中具體從高中物理疊加場(chǎng)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，同時(shí)根據(jù)本身的高中學(xué)習(xí)，給出集中解題技巧。希望給有關(guān)學(xué)生一些借鑒幫助。

高中物理 疊加場(chǎng) 幾種解題技巧

疊加場(chǎng)，就是指同一個(gè)區(qū)域中同時(shí)存在了重力場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)三場(chǎng)中任意兩場(chǎng)或者三場(chǎng)同時(shí)存在，其中電場(chǎng)和磁場(chǎng)都是勻強(qiáng)場(chǎng)，疊加場(chǎng)中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)問題是最為經(jīng)典的力電綜合問題，具有非常非常明顯的力學(xué)特征，都是要從受力、運(yùn)動(dòng)、功能角度來進(jìn)行分析，包含的運(yùn)動(dòng)種類很多，包含勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)等等，因此這種問題綜合性太強(qiáng)，使用物理處理問題的能力要求也比較高，從場(chǎng)的組合種類來講，分為四類，

重力和電場(chǎng)并存、重力和磁場(chǎng)并存、電場(chǎng)和磁場(chǎng)并存或者是重力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)三場(chǎng)都存在。

1 電場(chǎng)的基礎(chǔ)知識(shí)

作為解決物理問題最關(guān)鍵的部分就是要有非常扎實(shí)的物理基礎(chǔ)知識(shí)，想要將電場(chǎng)疊加中的問題解決也是需要掌握好扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，因?yàn)槲锢韺W(xué)科概念比較多，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中特別要關(guān)注對(duì)物理規(guī)律、公式等方面的掌握是否熟練。掌握好電場(chǎng)知識(shí)就需要保證自己有良好的扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，所以物理概念的掌握程度就是重點(diǎn)。對(duì)物理概念掌握的生疏熟練，直接對(duì)各種電場(chǎng)問題的解決分析有決定作用。一旦沒有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，就像沒有后盾一樣，解答問題就往常停留于外表，無法深入到精髓中，一旦題目形式稍微改變，就會(huì)出現(xiàn)手足無措的情形。因此，想要自己更好的將物理電場(chǎng)問題解決，就千萬(wàn)不能夠冷落課本的基礎(chǔ)教學(xué)，要完全對(duì)教材知識(shí)進(jìn)行熟悉，才能夠取得良好的效果，所以，學(xué)習(xí)過程中要重點(diǎn)學(xué)好基礎(chǔ)知識(shí)，要對(duì)學(xué)習(xí)的知識(shí)進(jìn)行分門別類，構(gòu)建系統(tǒng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

2 高中物理疊加場(chǎng)問題的幾種解題技巧

（1）例1：絕緣球殼是半徑為R，同時(shí)帶有電量為+Q的電荷，另外的一個(gè)帶有電量的+q的點(diǎn)電荷放在球心上，因?yàn)閷?duì)稱的性質(zhì)，點(diǎn)電荷受力是0，目前球殼中挖去半徑為r(r＜R)的一個(gè)圓孔，同時(shí)將在球心的點(diǎn)電荷所受到的力的大小是多少？（已知靜電力恒量是k）。

方法1：“補(bǔ)償法”的方式來進(jìn)行解答。因?yàn)榍驓ど贤趫A孔，就等于圓孔地方放了一等量的一種電荷，電量是q'=Qπr2/4πR2，因?yàn)橥诘舻男】字笆芰κ瞧胶獾?，因此挖去之后的受力就是q'于q的庫(kù)侖力。就是F=kqQr2/4R2×1/ R2=kqQr2/4R4，整個(gè)的方向是從球心向小孔中心指向的。

方法2：題干中還可以等效在挖去一個(gè)小圓孔的關(guān)于球心對(duì)稱的另外一側(cè)放上了一種的等量同種電荷q'，因?yàn)樵谇蛐牡牡胤絨所出現(xiàn)的電場(chǎng)力，因?yàn)閝'=r2Q/4R2，同時(shí)因?yàn)楹蛁是屬于同一種電荷，因此F=kqQr2/4R4，同時(shí)，方向還是從球心指向小孔中心。在求解電場(chǎng)強(qiáng)度的時(shí)候，要對(duì)需要進(jìn)行研究的對(duì)象進(jìn)行分割補(bǔ)償方式，從而讓不理想的模型，或者并不是對(duì)稱的形狀轉(zhuǎn)化為對(duì)稱的形狀，將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化更好的進(jìn)行解答問題。

（2）例2：假設(shè)+Q作為一個(gè)比較均勻的帶電的圓環(huán)的帶電荷量，其中作為半徑的就是R，圓心是使用大寫字母O來表示，和圓環(huán)平面對(duì)稱位置軸中的一點(diǎn)設(shè)為P，所以將OP長(zhǎng)度設(shè)置為L(zhǎng)，將P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行求證，主要看圖1。整個(gè)的解題過程中，可使用微元法進(jìn)行，就是在圓環(huán)的地方截取一段假設(shè)為Δ l，使用P來表示圓環(huán)位置電荷分布密度，所以這段的帶電量就是p×Δ l，即Δ q。

圖1

（3）例3：有一個(gè)半徑為R的圓環(huán)中分不了不能移動(dòng)的正電荷，總電量是Q，AB是作為圓環(huán)的直徑，一旦要讓AB上的圖2場(chǎng)強(qiáng)處處是0，圓環(huán)中的電荷應(yīng)該如何分布？

方法：因?yàn)閷?duì)稱效果可以知道，圓環(huán)的圓心所處的地方場(chǎng)強(qiáng)是0，因此可以知道，帶電球殼內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處是0，因?yàn)橹睆紸B上的場(chǎng)強(qiáng)是0，可是圓環(huán)對(duì)圓心僅僅具有中心對(duì)成型，所以，圓環(huán)上的電荷分布還是不太均勻的，可想把原均勻分布在球面中的電荷，對(duì)應(yīng)地壓縮到以AB為直徑的一圓環(huán)上，它們?cè)谥睆紸B上的場(chǎng)強(qiáng)則處處為0。

圖2

高中物理中的電場(chǎng)問題比較復(fù)雜多變，想要更好的掌握電場(chǎng)問題的解決技巧，還是要通過不斷的練習(xí)解題方式中，不斷的掌握電場(chǎng)疊加的規(guī)律和性質(zhì)，掌握電場(chǎng)的描述和研究目的，同時(shí)為未來的物理學(xué)習(xí)有良好的幫助。

[1]呂迎鋒.一類疊加場(chǎng)類高考題的解法淺析[J].中學(xué)物理,2015,07:65-66

[2]陳潤(rùn)龍,徐君生.疊加場(chǎng)問題面面觀[J].物理之友,2015,04:41-44