电气评论的两条线索：“场”和“路”_电场力论文

电学复习的两条线索——“场”与“路”，本文主要内容关键词为：电学论文,两条论文,线索论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

高中物理电学包括电场、稳恒电流、磁场、电磁感应、交流电、电磁振荡和电磁波等章、内容很多。在复习时，可抓住“场”与“路”这两条线索，并注意办学知识的应用。下面围绕“场”和“路”，着重谈谈三个问题。即电场和磁场，直流电路和交流电路，电和磁的相互转化。

一、电场和磁场

任何电荷周围都存在电场，静止电荷周围的电场叫静电场；任何电流（运动电荷）周围都存在磁场。对电场和磁场这种物质的研究，我们主要研究它们力的性质（电场强度、磁感应强度），能的性质（电势、能转换与守恒）以及电场、磁场之间的相互作用（库仑力、安培力、洛仑兹力）和带电粒子在电磁场的运动。复习时应注意电场、磁场的叠加原理及其应用；静电力、安培力、洛仑兹力各自的特点（如静电力做功与路径无关，安培力的方向总垂直于B、I决定的平面，洛仑兹力不做功等）及其应用；带电粒子在电磁场中的各种运动形式，以及解决这类运动的途径和方法，力学知识和能量转换与守恒定律在解题中的应用。

例1.关于电场强度、电场力，下列说法错误的是( )。

A.电场强度E=F/q，所以电场强度与检验电荷在电场中受的电场力成正比，与检验电荷电量成反比

B.电场中某点电场强度的大小只取决于产生电场的电荷Q，与检验电荷q及其它因素无关

C.电荷在电场中某一点所受电场力的大小只与电场强度有关

D.电荷在电场中所受电场力的方向一定跟等势面垂直

解析：这是一道多选题，多数同学漏选了C，认为电场强度既然是描述电场力的性质的物理量，所以电荷在电场中某点所受电场力的大小只与电场强度有关，混淆了电场强度和电场力的概念。从电场强度的定义式E=F/q知，F=qE，电荷在电场中受的电场力除了与电场强度E有关外，还与电荷电量有关。本题正确答案为A、B、C。

例2.关于电势差，下列说法中错误的是( )。

A.两点间的电势差等于单位电荷从其中一点移到另一点时电场力所做的功

B.电子伏特是电势差的单位

C.伏特是电势差的单位

D.如果电荷在电场中的两点间移动时，电荷的电势差不改变，则这两点间的电势差为零

解析：电荷在电场中两点移动时，电场力所做的功跟它的电量的比值，叫做两点的电势差，U=w/q。因此，两点间的电势差等于单位电荷从其中一点移动到另一点电场力所做的功。在国际单位制中，电势差的单位是伏特，由=W=qU可知，若=0，则U=0。所以A、C、D的说法正确。而电子伏特是能量的单位，1电子伏等于一个电子通过电势差为1伏的电场时所减少（或增加）的能量，B的说法是错误的。本题答案应选B。

电场强度、电势、电势差等都是“电场”这一章中很重要的概念。

例3.如图1所示，A、B是表示在真空中相距为d的平行金属板，在t=0时加上如图2所示的交变电压，欲使电子到达板A具有重大动能，则所加交变电压的频率最大不超过多少？

解析：两平行金属板A、B之间加上的是交变电压，在A、B之间形成交变电场，欲使电子到达板A具有最大动能，必须使电子从板B到A的运动始终做加速运动。由于经T/2电场改变方向，所以电子在两板间的加速运动的时间t不能大于交变电压的半个周期，即

本题关键在于找出电子到达板A时具有最大动能的时间与交变电压的周期关系，即找出极值条件。

例4.在光滑绝缘水平面上，电阻为0.1欧、质量0.05千克的长方形金属框abcd，以10米/秒初速度向磁感应强度B=0.5特，方向垂直水平面向下，范围足够大的匀强磁场滑去，当金属框进入磁场到达如图3所示位置时，已产生1.6焦的热量。求：(1)图示位置时金属框的动能。(2)图示位置时金属框中感生电流的功率。已知ab边长l=0.1米。(3)当金属框运动到图示位置时，对金属框施加一垂直于ab边的水平外力，使它开始作匀减速运动，在第3秒末时金属框速度为零（cd边仍在磁场外），判断水平外力是恒力还是变力？在匀减速运动过程中水平外力方向如何？

解析：在金属框运动过程中，动能减少，其减少量转化为内能，由能量守恒可求出第一问：

设图示位置时金属框的速度为v[，1]，则有

因而此时感生电流的功率

方向向左。在匀减速运动过程中，v在减小，故F为变力，所以水平外力也为变力。开始水平外力向右，继而为零，然后向左。

在水平外力为零时，安培力F=F[，合]，可解得v=4米/秒。所以在6米/秒≥v＞4米/秒阶段，F＞F[，合]，水平外力向右；在v=4米/秒时，F= F[，合]，水平外力为零；在4米/秒＞v≥0阶段，F＜F[，合]，水平外力向左。

例5.图4中S为离子源，从其小孔中发射出带电量q=1.60×10[19]库仑的正离子，初速度可以忽略，K为加速电极，正离子在U[，sk] =1000伏特的加速电压作用下沿O[，1]O[，2]方向进入匀强磁场中，磁场限制在以O[，2]为圆心，半径r[，0] =2.64厘米的区域内，磁感应强度的大小为B=0.1特，方向垂直纸面向外，正离子沿偏离O[，1]O[，2]成60°角的方向出射，求：(1)离子的质量。(2)离子在磁场中运动的时间。

解析：离子首先在加速电场中作初速度为零的匀加速直线运动，获得速度v，然后以速度v垂直进入匀强磁场区域，在磁场中的运动轨迹为一段圆孤，最后射出磁场作匀速直线运动打到屏上。

在加速电场中，由动能定理，如图5。连接离子与圆心O[,3]的半径和对应的运动速度方向始终垂直。所以，速度方向转过角时，半径亦转过角。中

离子在磁产场中运动的时间

解本题时，必须分清离子在电场中和在磁场中各自的运动特点，再考虑选用相应的物理规律。

二、直流电路与交流电路

中学电路问题以直流电路分析和计算为主，解这类问题的基本思路是：确定电路结构，画出等效电路图，分析在不同条件下电路中的变量与不变量，根据电路的特点、电学基本概念和规律作答。因此，复习时务必掌握串、并联电路特点，理解电学基本量（电阻、电流强度、电压、电动势、电功、电功率等）的概念，掌握欧姆定律、电阻定律、焦耳定律等规律。尤其学会电路分析，弄清电路变化的图景，这是解答电路问题的前提与基础。对交流电路问题，必须注意到交流电路的特殊性。

例6.在图6电路中，电源电动势是6伏，内电阻是0.5欧；R[，1] =1.5欧，R[，2] =2欧，可变电阻R的最大值是2欧。在滑片P从R的最上端滑到最下端的过程中，电路中通过R[，1]的电流最大值是多少？M、N间的电压最大是多少？

解析：根据全电路欧姆定律I=ε/(R+r)，电路中通过R[，1]的电流即为总电流I，要使I为最大值，在ε、r不变的条件下，必须使R[，外]最小。当滑片P滑至R的最下端对，可变电阻器的有效阻值为零，此时R[，2]被短路，R[，外]达最小值

电源内阻不计。(1)关闭k，求稳定后通过R[，1]的电流。(2)然后将开关K断开，求这以后流过R[，1]的总电量。

解析：(1)闭合k时，安。

(2)要求开关k断开后，流过R[，1]的总电量，可通过计算k断开前后电容C上电量的变化求得。断开k前，电容器上电压U=IR[，2]，储存电量

Q[，2] =CU=CIR[，2]

断开k达稳定后，电容器两极电压U=ε，则

Q[，2]=εC

所以断开k前后电容器所带电量变化即流过R[，1]上的总电量

ΔQ=Q[，2] -Q[，1] =C(ε-IR[，2])=1.2×10[-4]（库）

k断开达稳定时，电路中没有电流，电容上的电压就等于电源的电动势，这一判断，对解答本题是十分重要的。

三、电和磁的相互转化

电和磁在一定条件下发生相互转换的问题，我们学习过两个物理现象：一是电流（运动电荷）产生磁场；二是电磁感应。研究这些现象，就是应用电磁转化的基本规律（安培定则，左手定则、右手定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律和麦克斯韦电磁理论）以及力、热、电等有关知识，讨论和计算与这些现象相关联的物理量（磁感应强度、磁通量、安培力、洛仑兹力、感应电动势、感应电流等）和它们的变化情况。

例8.如图8所示，虚线两侧的磁感应强度均为B，但方向相反。由电阻为R的导线弯成顶角为90°、半径为i的两个扇形，组成回路，O为圆心。整个回路可绕O点转动，若由图示位置开始沿顺时针方向以角速度ω匀速转动，试求一个周期内电路释放的电能。