练习了一道高考题。主要是应用割补法来解决。电场中的场强、电势问题,点电荷和匀强电场是特殊场,侧重于定量运算,尤其是匀强电场。但对于非点电荷和匀强电场的一般电场,定性考查时出问题的却比较多。
本题的关键题干需要好好理解。均匀带电球壳,壳内电场强度为零,一分为二对称分开后,拿走一半,留下一半,留下的一半电荷分布保持原状。
合在一起的情况已知,对称均分,留下的一半电荷量分布保持不变。所能依靠的条件就是这些了,怎么解决问题,就看大脑如何应用这些材料了。
简单再挖一下给定的信息。合在一起时球壳内的场强处处为零。这是个相当好的条件。说明挖走的和留下的两部分在球壳内任意位置的电场强度等大反向,同时说明球壳内部电势处处相等,但电势是否为零与零势能面的选取有关。
根据两部分在内部场强等大反向,先考虑有场强的选项。
B项,挖走部分和留下部分在B点的电场强度等大反向。挖走部分在B点的电场强度和留下部分在A点的电场强度也是等大方向。因此AB两点电场强度大小相等。同时把D项也就干掉了,因为AB两点电场强度等大。
再考虑电势问题,C项选的直线利用对称性方便判断。判断电势升降,看电场线的方向。A点到O点,根据留下部分取圆环依次叠加,可知电场强度方向沿OA方向。再看OB段,留下部分好像不大好推断了,尤其在B点时,留下部分场强方向就有点无法下手了。留下的不好用,可以借用挖走的,挖走的部分在OB段的场强方向可以推断出沿OB方向,根据叠加为零,可知留下部分在OB段的场强方向沿BO方向,如此则可知AB段的电场强度方向沿BA方向。所以从A到B,电势一直升高。
最后看A项,正好处在截面上,在截面上这个挖走的和留下的都对称的位置上,两边的电场强度依然等大反向且对称。如此则在C点,留下部分的场强方向一定在水平方向,否则根据两边场强的对称性,合场强就无法等于零了,C又不是一个特殊点,如此则在整个截面上,无论挖走部分还是留下部分,场强方向都在水平方向。合场强为零,两边又对称,根据这两点得出的必然结论。整个截面上电场强度方向都在水平方向,因此在整个截面上移动电荷时,电场力不做功,所以这个截面是一个等势面。
这类题不是一板一眼的依据规律计算,而是考查转化能力,如何将未知的问题通过一些已知的条件,进而转变成熟悉的问题,不计算还让解决问题,或许这是学生最害怕的问题。