电场强度的矢量分解法在高考解题中的简便应用

电场强度的矢量分解法在高考解题中的简便应用

关键词:电场强度;矢量分解;高考

一、2017年全国普通高考新课标III卷理科综合试题21题

一匀强电场的方向平行于xoy平面,平面内a、b、c三点的位置如图一所示,三点的电势分别为10V,17V,26V。下列说法正确的是()

A.电场强度的大小为2.5V/m

B.坐标原点处的电势为1V

C.电子在a点的电势能比在b点的低7eV

D.电子从b点运动到c点,电场力做功为9eV

本题答案:ABD。

原题解法:

根据a、b、c三点的电势分别为10V、17V、26V,可以分别在ca和cb这两段找到对应的两个等势点d点和e点。由ca两点电势差Uca=16V,cb两点的电势差Ucb=9V,如取图中d点位置,则该点电势为20V,由于在匀强电场中,同一条直线上的两点的距离与其电势差成正比,可知在cb段上与d点等势的点e点位置如图所示,连接de,即为作出的等势线,过c点作等势线de的垂线,该垂线的方向即为电场线的方向,由数学知识可知,该垂线恰好过坐标原点O点。

综上所述,本题正确答案为ABD。

本题难度比较大,正确率只有17%,难度系数达到了0.83。作为选拔性的高考试题,而且是理综选择题的最后一个小题,这样的难度设置也在正常的合理范围。

本题涉及的物理知识理解和应用难度较大,同时,本题解法中直角三角形的数学知识的应用也是解题的难点,特别是A选项的判断。

但是本题如果采用电场强度的矢量分解法,可以避开较为繁杂的数学运算,从而更快捷地得到正确答案,为考试赢得更多的时间。

如图三所示,根据a、b、c三点的电势高低情况,c点电势最高,ab两点电势较低,可以将待求的电场强度E,沿ca和cb的两个相互垂直方向上,分解为E1和E2的两个匀强电场,根据匀强电场中场强和电势差的关系可求得:

(作者单位:四川省乐山市沫若中学614900)

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