摘要:上周我与1班同学一起研究了平行板电容器两极板间的作用力问题。研究过程中我们发现了几个易错点,分享给你。
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上周我与1班同学一起研究了平行板电容器两极板间的作用力问题。研究过程中我们发现了几个易错点,分享给你。
01 平行板电容器两极板间的作用力
我给1班的同学一题如下图,请他们尝试做答。
从大家的做答结果来看,C、D选项没什么问题。主要集中在A、B两个选项,错误率非常高。错选A的同学,其选择的依据都是利用库仑定律。我提问,库仑定律适用的条件是什么?学生都能回答是“真空中点电荷”。显然平行板电容器两极板靠得非常近,不能看成点电荷。
我请选B选项的同学分享自己的推理过程。
小周同学:平行板电容器间可看成匀强电场,E=U/d,F=QE即可得到B选项是正确的。
我:我们吸取A选项的经验,应用公式,一定要先判断其适用条件是否满足。小周说的这两公式,条件满足吗?
大家都说是满足的。那这选项是正确了?
......
02 平行板电容器两极板间的电场强度
我们先来看F=QE这式子,比如我分析A板对B板的作用力,则Q应该是指谁的电荷量?
生:是B板的电荷量。
我:式中的E又是谁产生的呢?
小周:我用的E是电容器极板间的电场强度,是两块板上电荷共同产生。
我:我们思考这样一个问题,B板电荷产生的电场施加在自己上面,能说成A板施加的力呢?我们受力分析,分析的是外力。外力是改变运动状态的原因,就如你坐在椅子上,你自己用手提你的头发是不能将自己提离座位的。综上所述,A板给B板的作用力可表述为FAB=QBEA。
我们来回顾一下,电容器极板间的电场强度问题。如下图:
由上分析可知,电容器极板间的电场是两板上电荷共同产生,EA=EB=E/2,所以FAB=QBEA=QBE/2。所以B选项是错误的。
03 类似错误举例
前几天小刘同学给我发了一道题如下:
小刘同学认为本题4个选项都是错的。其推理如下图:
聪明的你看出小刘同学的推理错在哪了吗?
其实小刘错因跟推理平行板间相互作用力时是一样的,也是将合场强代替了部分电荷产生的电场。小刘同学用到的E是整个均匀带电球壳在∆S处的产生的总的场强。
球壳上剩余部分电荷对∆S所带电荷的作用力应该用剩余部分电荷在∆S处产生的电场强度。具体推理过程可参考下图:
04 小结与变式拓展
通过以上两个问题分析,我们得到的经验是:在静电场中求解带电体间的作用力时,一定要区分施力物体和受力物体。高中阶段可简单表述为施力物体(带电体)在受力物体处产生的电场给受力物体电场力作用。避免错误地认为是受力物体处的合场强就是施力物体产生的电场。
你若有兴趣,可以挑战一下如下图题。
我写完了,欢迎留言分享你的答案!
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