“科学、技术和社会”（STS）教育是世界各国教育改革中形成的一股潮流，它主张教育中应该强调科学技术在社会生产、生活中的应用.新课程改革突出体现了这一理念,《考试大纲》明确提出：要求考生“了解自然科学发展的最新成就和成果及其对社会发展的影响，并能与已学的知识结合起来解决问题”,近年高考试卷上便出现了许多结合社会实际和科技前沿的好题.《电场》是电学的基础知识，是高考命题的重点之一，电场知识与生产技术、生活实际、科学研究联系密切，如加速器、示波器、静电分选、尖端放电、电容式传感器、静电的防止和应用等，这类联系实际，选材于生活实际的综合试题，是高考命题的重要素材,现例析如下.
例1 （利用电容器的电容变化判断液面升降）日本敦贺湾核电站由于水管破裂导致高辐射冷却剂外流,在检测此次事故中应用了非电学量变化(冷却剂外泄使管中液面变化)转化为电信号的自动化测量技术.图1是一种检测液面高低的仪器原理图，容器中装有导电液体，是电容器的一个电极，芯柱是另一个电极，芯柱外边套有绝缘管作为电介质，电容器的两个电极分别用导线接在指示器上，下面说法正确的是()
A 如果指示器显示出电容增大了，则两电极正对面积增大，液面必升高
B 如果指示器显示出电容减小了，则两电极正对面积增大，液面必升高
C 如果指示器显示出电容增大了，则两电极正对面积减小，液面必升高
D 如果指示器显示出电容减小了，则两电极正对面积减小，液面必降低
解析 当液面升高时，电容器两极板正对面积增大，电容变大.
答案 AD
点评 本题联系电信号自动化测量技术,要求弄清电容器的电容变化与液面升高、降低的关系,考查运用所学知识去分析实际问题的能力.
例2 (太空探测器中的离子发动机)欧洲航天局在2003年夏季发射了一个新型太空实验探测器SMART1，如图2所示，它不是由传统的火箭发动机驱动，而是由离子发动机驱动．该离子发动机用太阳能电池将氙气电离成+1价的离子，再利用电场加速，形成向外发射的离子流，从而对飞行器产生反冲力，使其获得加速度.已知飞行器的质量为M，发射离子的功率为P，加速电压为U，每个氙离子质量为m，单位电荷的电荷量为e，发射氙离子后,不计飞行器质量的变化．求：
(1) 射出的氙离子的速度；
(2) 每秒钟射出的氙离子数；
(3) 射出氙离子后,飞行器开始运动的加速度．
解析 (1) 以氙离子为研究对象，根据动能定理有： eU=12mv2，解得氙离子速度v=2eUm.
(2) 设每秒钟射出的氙离子数为n，则发射功率可表示为P=nΔEk=neU，解得n=PeU.
(3) 取时间为Δt，Δt内发射的氙离子的个数N=nΔt,对N个离子整体用动量定理，得FΔt=Nmv=nΔtm
2eUm，
即F=n2meU=PeU2meU=P2meU．
对探测器用牛顿第二定律，可得a=FM=PM2meU.
答案 (1) v=2eUm
(2) n=PeU (3) PM2meU
点评 本题关注高新科技——离子发动机,注重理论联系实际,考查考生运用所学知识去分析实际问题的能力,同时也考查考生能否理解试题所给出的物理情境，从中获取有用的信息，并将所获得的知识与所学知识结合起来解决问题.
本题中的物理过程复杂,部分同学分析时没有相应物理模型，没有选用合适的物理规律列式,解题有点乱.带电粒子在电场作用下运动常与运动学、动力学、功能关系等知识相综合，对非匀强电场中的加速问题(如本题情景)，只能用功能关系来解决. 在选择研究对象时，尽量考虑整体, 对N个离子可以从整体考虑，运用相关规律列式求解．
例3 (示波管的原理) 示波器的核心部分为示波管，如图3甲所示,真空室中电极K发出电子(初速不计)，经过电压为U1的加速电场后，由小孔S沿水平金属板A、B间的中心线射入板中.板长L ，相距为d ，在两板间加上如图3乙所示的正弦交变电压，前半个周期内B板的电势高于A板的电势，电场全部集中在两板之间，且分布均匀.在每个电子通过极板的极短时间内，电场可看作是恒定的.在两极板右侧且与极板右端相距D处，有一个与两板中心线垂直的荧光屏，中心线正好与屏上坐标原点相交.当第一个电子到达坐标原点O时，使屏以速度v沿－x方向运动每经过一定的时间后，在一个极短时间内它又跳回到初始位置，然后重新做同样的匀速运动. 已知电子的质量为m ，带电量为e ,不计电子重力.求：
(1) 电子进入A、B板时的初速度；
(2) 要使所有的电子都能打在荧光屏上，图3乙中电压的最大值U0需满足什么条件?
(3) 要使荧光屏上始终显示一个完整的波形，荧光屏必须每隔多长时间回到初始位置?计算这个波形的峰值和长度.在如图3丙所示的xy坐标系中画出这个波形.
(3) 要保持一个完整波形，需每隔周期T回到初始位置．波形如图5所示．
点拨 带电粒子在电场中的运动，近几年高考考查的频率较高，多次出现带电粒子在交变电场中运动的题目.纵观这些题目，所涉及的情景基本相同，但命题往往拟定不同的题设条件，多角度提出问题，多层次考查能力.解决这类问题要从受力分析入手，分清各个物理过程,弄清带电粒子运动情境，应用力学规律,借助图像，定性分析,定量讨论,并注意思维方法和技巧的灵活运用.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。