高三物理指導(dǎo):電場疊加問題的處理

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例一:如圖所示,一導(dǎo)體球A帶有正電荷,當只有它存在時,它在空間P點產(chǎn)生的電場強度的大小為EA,在A球球心與P點連線上有一帶負電的點電荷B,當只有它存在時,它在空間P點產(chǎn)生的電場強度的大小為EB,當A、B
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    同時存在時,根據(jù)場強疊加原理,P點的場強大小應(yīng)為 (   )
    A. EB
    B. EA+EB
    C. | EA-EB |
    D. 以上說法都不對
    分析與解:此題考查了求電場強度的幾個公式的適用條件,特別要注意公式F=kQq/r2只適用于點電荷,因為導(dǎo)體球A不能視為點電荷,即引入電荷B后,導(dǎo)體球的電荷分布發(fā)生變化,所以P點的電場強度無法確定。
    正確答案為:D
    例二:半徑為R的絕緣球殼上均勻地帶有電量為+Q的電荷,另一帶電量為+q的點電荷放在球心O上,由于對稱性,點電荷受力為零,現(xiàn)在球殼上挖去半徑為r (r<< R)的一個小圓孔,則此時置于球心的點電荷所受力的大小為 (已知靜電力恒量為k)
    解法一:利用"補償法"求解。在球殼上挖一小圓孔,相當于圓孔處放一等量異種電荷,電量為
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    ,因為挖去小孔前受力平衡,所以挖去后受力即為q′與q的庫侖力。即
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    ,方向由球心指向小孔中心。
    解法二:本題還可以等效為在挖去一小圓孔的關(guān)于球心對稱的另一側(cè)放一等量同種電荷q′,對球心處的q產(chǎn)生的電場力,因q′=r2Q/4R2,且它與q是同種電荷,所以
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    ,方向仍由球心指向小孔中心。
    點評:在求解電場強度時,可將研究對象進行分割或補償,從而使非理想化模型、非對稱體轉(zhuǎn)化為對稱體,達到簡化結(jié)構(gòu)的目的。
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    例三:如圖所示,均勻帶電圓環(huán)的帶電荷量為+Q,半徑為R,圓心為O,P為垂直于圓環(huán)平面的對稱軸上的一點,OP=L,P點的場強為多少?
    分析與解:本題可采用微元法,即在圓環(huán)
    上取一小段△l,設(shè)圓環(huán)上電荷的分布密度為ρ,則該小段的帶電量△q=ρ×△l,
    在P點產(chǎn)生的場強:E= k△q/r2
    而:r2=R2+L2,
    P點處的場強又可分解為:
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    ,
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    因為圓環(huán)上電荷分布具有對稱性,所以Y軸方向的合電場為0。