《夺冠之路》福建专用高三物理一轮复习 第6章第3课时 电场中的功能关系课件 鲁科版.ppt

2012高三物理复习课件 导与练福建 第6章第三课时电场中的功能关系 1 理解电场力做功与电势能变化的关系 2 对带电粒子在电场中的运动 能用功能关系和能量守恒定律进行分析 解答 1 电场力做功与电势能变化的关系 1 电场力做的功等于电势能的减少量 即wab epa epb 2 电荷在某点具有的电势能等于电场力把它从该点移动到零电势能位置时所做的功 即电势能是相对的 通常把电荷在离场源电荷无穷远处的电势能规定为零 或把电荷在大地表面上的电势能规定为零 2 电场中的功能关系 1 若只有电场力做功 电势能和动能之和保持不变 2 若只有电场力和重力做功 电势能和重力势能 动能之和保持不变 3 除重力之外 其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化 3 电场力做功的计算方法 1 由公式w fscos 计算 此公式只适用于匀强电场 可变形为w qe se 其中se为电荷初 末位置在电场方向上的距离 2 由电场力做功与电势能变化关系计算 wab quab对任何电场都适用 3 由动能定理计算 w电场力 w其他力 ek 对应学生用书第80 81页 1 如图所示虚线为匀强电场中与场强方向垂直的等间距平行直线 两粒子m n质量相等 所带电荷的绝对值也相等 现将m n从虚线上的o点以相同速率射出 两粒子在电场中运动的轨迹分别如图中两条实线所示 点a b c为实线与虚线的交点 已知o点电势高于c点电势 若不计重力 则 b a m带负电荷 n带正电荷b n在a点的速度与m在c点的速度大小相同c n在从o点运动至a点的过程中克服电场力做功d m在从o点运动至b点的过程中 电场力对它做的功不等于零 解析 因为o点电势高于c点电势 可知场强方向竖直向下 正电荷受到的电场力向下 负电荷受到的电场力向上 可知m带正电荷 n带负电荷 故a错 m运动到c点的过程中电场力做正功 n运动到a点的过程中电场力也做正功 且m n所带电荷量相等 匀强电场相等距离的等势线间的电势差相等 所以电场力做功相等 选项b正确 c错 由于o b两点在同一等势线上 故m在从o点运动到b点的过程中电场力做功为零 选项d错 2 如图所示 在一个粗糙水平面上 彼此靠近地放置两个带同种电荷的小物块 由静止释放后 两个物块向相反方向运动 并最终停止 在物块的运动过程中 下列表述正确的是 a a 两个物块的电势能逐渐减少b 物块受到的库仑力不做功c 两个物块的机械能守恒d 物块受到的摩擦力始终小于其受到的库仑力解析 由于两电荷电性相同 则二者之间的作用力为斥力 因此在远离过程中 库仑力做正功 则电势能逐渐减少 a正确 b错误 由于在运动过程中 有重力以外的力 库仑力和摩擦力 做功 故机械能不守恒 c错误 在远离过程中开始库仑力大于摩擦力 后来库仑力小于摩擦力 故d错误 电场力做功的分析与计算1 电场力做功的计算方法 1 由公式w f s cos 计算 此公式只适用于匀强电场 可变形为 w qe s cos 2 由w qu来计算 此公式适用于任何形式的静电场 3 由动能定理来计算 w电场力 w其他力 ek 4 由电势能的变化计算 w ep1 ep2 2 带电粒子在电场中做曲线运动时正负功的判断 1 粒子速度方向一定沿轨迹的切线方向 粒子受力方向一定沿电场线指向轨迹凹侧 2 电场力与速度方向间夹角小于90 电场力做正功 夹角大于90 电场力做负功 利用w qu计算电场力的功时 可将q u的正 负号一起代入 计算出的w也有正 负之分 能表示电场力做正 负功 也可以只代入q u的绝对值 然后根据电场力的方向和电荷移动方向判断功的正负 例1 12分 如图所示 在o点放置一个正电荷 在过o点的竖直平面内的a点 自由释放一个带正电的小球 小球的质量为m 电荷量为q 小球落下的轨迹如图中虚线所示 它与以o为圆心 r为半径的圆 图中实线表示 相交于b c两点 o c在同一水平线上 boc 30 a距离oc的竖直高度为h 若小球通过b点的速度为v 试求 1 小球通过c点的速度大小 2 小球由a到c的过程中电场力做的功 功是能量转化的量度 要分析各种能量之间的转化 首先要弄清哪些力做功 弄清各种能量变化与各种力做功的对应关系 电势能的变化等于电场力所做功的负值 动能的变化等于合外力所做的功 机械能的变化等于除重力之外的力所做的功 针对训练11 如图中虚线所示为静电场中的等势面1 2 3 4 相邻的等势面之间的电势差相等 其中等势面3的电势为0 一带正电的点电荷在电场力的作用下运动 经过a b点时的动能分别为26ev和5ev 当这一点电荷运动到某一位置 其电势能为 8ev时 它的动能为 a 8evb 15evc 20evd 34ev解析 由于点电荷只在电场力作用下运动 所以其电势能和动能的总和不变 又由于相邻等势面间的电势差相等 所以点电荷每经过一个等势面减少7ev的动能 由此可知点电荷在等势面3时的动能为12ev 即点电荷电势能和动能的总和为12ev 所以 当电势能为 8ev时 其动能的大小为20ev 故选c 答案 c 电场中的功能关系及能量守恒1 若只有电场力做功 电势能与动能之和保持不变 2 若只有电场力和重力做功 电势能 重力势能 动能之和保持不变 3 除重力之外 其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化 4 所有力对物体所做的功 等于物体动能的变化 例2 2011年北京海淀模拟 如图所示 水平光滑绝缘轨道mn的左端有一个固定挡板 轨道所在空间存在e 4 0 102n c 水平向左的匀强电场 一个质量m 0 10kg 带电荷量q 5 0 10 5c的滑块 可视为质点 从轨道上与挡板相距x1 0 20m的p点由静止释放 滑块在电场力作用下向左做匀加速直线运动 当滑块与挡板碰撞后滑块沿轨道向右做匀减速直线运动 运动到与挡板相距x2 0 10m的q点 滑块第一次速度减为零 若滑块在运动过程中 电荷量始终保持不变 求 1 滑块沿轨道向左做匀加速直线运动的加速度的大小 2 滑块从p点运动到挡板处的过程中 电场力所做的功 3 滑块第一次与挡板碰撞过程中损失的机械能 思路点拨 分析滑块的运动过程 结合电场力做功特点及能量守恒求解 解析 1 设滑块沿轨道向左做匀加速运动的加速度为a此过程滑块所受合外力f qe 2 0 10 2n根据牛顿第二定律f ma 解得a 0 20m s2 2 滑块从p点运动到挡板处的过程中 电场力所做的功w1 qex1 4 0 10 3j 3 滑块第一次与挡板碰撞过程中损失的机械能等于滑块由p点运动到q点过程中电场力所做的功即 e qe x1 x2 2 0 10 3j 答案 1 0 20m s2 2 4 0 10 3j 3 2 0 10 3j 针对训练21 在场强大小为e的匀强电场中 一质量为m 带电荷量为 q的物体以某一初速度沿电场的反方向做匀减速直线运动 其加速度大小为0 8qe m 物体运动x距离时速度变为零 则下列错误的是 a 物体克服电场力做功qexb 物体的电势能减少了0 8qexc 物体的电势能增加了qexd 物体的动能减少了0 8qex解析 物体所受电场力大小为eq 物体沿电场的反方向运动x距离 电场力做负功eqx 电势能增加eqx 故a c正确 b错误 由物体加速度大小为0 8eq m得物体所受合外力大小为0 8eq 合外力做负功0 8eqx 动能减少0 8qex d正确 故选b 答案 b 2010年天津理综 5 在静电场中 将一正电荷从a点移到b点 电场力做了负功 则 c a b点的电场强度一定比a点大b 电场线方向一定从b指向ac b点的电势一定比a点高d 该电荷的动能一定减小 测控导航 1 在真空中a b两点分别放置等量异种电荷 在电场中通过a b两点的竖直平面内对称位置取一个矩形路径abcd 如图所示 现将一电子沿abcd移动一周 则下列判断正确的是 d a 由a b电场力做正功 电子的电势能减小b 由b c电场力对电子先做正功 后做负功 总功为零c 由c d电子的电势能一直增大d 由d a电子的电势能先减小后增大 电势能总的增加量为零解析 等量异种电荷电场线分布如图所示 电子受力方向与电场方向相反 由a b电场力做负功 电子的电势能增加 a选项错 由b c电场力先做负功 后做正功 由对称性可知 总功为零 b选项错误 由c d电场力做正功 电势能减小 c选项错误 由d a电场力先做正功 后做负功 电势能先减小后增大 由对称性可知 电势能总增加量为零 d选项正确 2 匀强电场中的三点a b c是一个三角形的三个顶点 ab的长度为1m d为ab的中点 如图所示 已知电场线的方向平行于 abc所在平面 a b c三点的电势分别为14v 6v和2v 设场强大小为e 一电荷量为1 10 6c的正电荷从d点移到c点电场力所做的功为w 则 a a w 8 10 6je 8v mb w 6 10 6je 6v mc w 8 10 6je 8v md w 6 10 6je 6v m 3 如图所示 竖直放置的劲度系数为k的轻质弹簧 上端与质量为m的小球连接 下端与放在水平桌面上的质量为m的绝缘物块相连 小球与弹簧绝缘 小球带正电 带电荷量为q 物块 弹簧和小球组成的系统处于静止状态 现突然加上一个竖直向上 大小为e的匀强电场 某时刻物块对水平面的压力为零 则从加上匀强电场到物块对水平面的压力为零的过程中 小球电势能改变量的大小为 a 4 2011年江苏省泰州市高三模拟考试 点电荷a b是带电荷量为q的正电荷 c d是带电荷量为q的负电荷 它们处在一个矩形的四个顶点上 它们产生静电场的等势面如图中虚线所示 在电场中对称的有一个正方形路径abcd与abcd共面 如实线所示 o为正方形与矩形的中心 则 c a 取无穷远处电势为零 则o点电势为零 场强为零b b d两点场强相等 电势相等c 将电子沿正方形路径a d c移动 电场力先做负功 后做正功d 将电子沿正方形路径a b c移动 电场力先做负功 后做正功解析 取无穷远处电势为零 则o点电势为零 场强不为零 故a错 b d两点场强相等 电势不相等 故b错 将电子沿正方形路径a d c移动 电场力先做负功 后做正功 故c正确 将电子沿正方形路径a b c移动 电场力先做正功 后做负功 故d错 5 一带电油滴在匀强电场e中的运动轨迹如图中虚线所示 电场方向竖直向下 若不计空气阻力 则此带电油滴从a运动到b的过程中 能量的变化情况为 c a 动能减小b 电势能增加c 动能和电势能之和减少d 重力势能和电势能之和增加解析 该油滴从a运动到b的过程中 根据其轨迹的弯曲趋势 结合力学中质点做曲线运动的条件 可以判断电场力一定竖直向上 且电场力大于重力 所以油滴带负电荷 运动过程中合力向上做正功 根据动能定理 油滴动能变大 a错误 电场力做正功 电势能必然减少 b错误 根据能量守恒定律 动能增加 则重力势能与电势能之和一定减少 d错误 油滴上升 重力势能变大 动能和电势能之和必然减少 故c正确 6 如图所示 带等量异号电荷的两平行金属板在真空中水平放置 m n为板间同一电场线上的两点 一带电粒子 不计重力 以速度vm经过m点向下运动 一段时间后返回 以速度vn经过n点向上运动 全过程未与下板接触 则 d a 粒子一定带正电b 电场线方向一定竖直向上c m点的电势一定比n点的高d 粒子在n点的电势能一定比在m点的大 8 2010年北京市东城区模拟 如图所示 一带电荷量为 q 质量为m的小物块处于一倾角为37 的光滑斜面上 当整个装置被置于一水平向右的匀强电场中 小物块恰好静止 重力加速度取g sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 水平向右电场的电场强度 2 若将电场强度减小为原来的1 2 物块的加速度是多大 3 电场强度变化后物块下滑距离为l时的动能 9 2011年北京东城区二模 如图所示 一根光滑绝缘细杆与水平面成 30 的角倾斜固定 细杆的一部分处在场强方向水平向右的匀强电场中 场强e 2 104n c 在细杆上套有一个带电荷量为q 1 73 10 5c 质量为m 3 10 2kg的小球 现使小球从细杆的顶端a由静止开始沿杆滑下 并从b点进入电场 小球在电场中最远滑至c点 已知a b间距离x1 0 4m g 10m s2 求 1 带电小球在b点的速度大小vb 2 带电小球进