电场中能量问题赏析

电场中能量问题赏析 湖北省蕲春县李时珍中学 胡刚 电场是高中物理重要板块 其本身性质体现在两个方面 一是其具有力的性质 二是 具有能量的性质 对带电粒子在电场中运动的考察是高考热点问题 能量问题的分析更具 得灵活多变 我们应把握两条直线 功能关系和能量守恒 这里分几个方面谈谈电场能量问题 一 电势能与电场力做功一 电势能与电场力做功 从物理现象看 两个物体之间存在相互作用 必然会存在一种势能 例如重力势能 分子势能 弹性势能等 以重力势能为例 物体从高处静止释放 物体能运动起来 动能 增加 说明物体具有对外做功的本领 具有能量 把该能量称为重力势能 产生势能的原因就是物体之间有相互作用力 将物体自由释放 相互作用力做正功 由相对位置决定的势能也释放出来 转化为其他形式的能 势能减小 若克服相互作用移 动物体 物体间具有势能将增加 其他形式的能转化为势能储存起来 所有的势能产生原因一样 势能的变化由相互作用力做功决定 不同势能变化规律相 同 其规律为 相互作用力做正功 势能减小 相互作用力做负功 势能增加 势能规律与动能定理有区别 合外力做正功 动能将增加 合外力做负功 动能将减 小 它们规律不同就是因为产生原因不同 例 例 如图所示 固定在 Q 点的正点电荷的电场中有 M N 两点 已知 下 列叙述正确的是 A 若把一正的点电荷从 M 点沿直线移动 N 点 则电场力对该电荷做功 电势能减少 B 若把一正的点电荷从 M 点沿直线移到 N 点 则该电荷克服电场力做功 电势能增 加 C 若把一负的点电荷从 M 点沿直接移到 N 点 则电场力对该电荷做功 电势能减少 D 若把一负的点电荷从 M 点沿直线移到 N 点 再从 N 点沿不同路径移回到 M 点 则该电荷克服电场力做的功等于电场力对该电荷所做的功 电势能不变 探析 探析 如图 M N UMN 0 W UMN q 若 q 0 W 0 电场力做正功 电 势能减小 若 q 0 W 0 电场力做负功 电势能增加 选 AD 二 电场中不同力做功对应不同能量改变二 电场中不同力做功对应不同能量改变 这里的能量问题要善于把握功能关系这个核心 其基本对应规律为 在电场中 1 电场力做功 电势能变化 势能规律 2 重力做功 重力势能变化 势能规律 3 合外力做功 动能变化 动能定理 4 除重力 弹力以外的力做功 E机变化 探析 探析 如果只有重力 弹力做功 机械能守恒不变 除了重力 弹力以外的外力做正 功 E机增加 做负功 E机减小 考查方向分计算和判断 判断能量变化 判断能量变化 例 例 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 能量变化情况为 A 动能减小 B 电势能增加 C 动能和电势能之和减小 D 重力势能和电势能之和增加 探析 探析 先进行受力分析 重力做负功 重力势能增加 电场力做正功 电势能减小 合外力竖直向上 合外力做正功 动能增加 能量守恒 EP EK 恒量 EP表示重力势能 表示电 势能 因为 EP增加 EK减小 因为 EK增加 EP 减小 选 C 计算问题 计算问题 例 例 在绝缘的平面上方存在着匀强电场方向如图 水平面上的带电金属块在水平拉力 F 的作用下 沿水平面移动 已知金属块在移动的过程中 外力 F 做功 32J 金属块克服电 场力做功 8J 金属块克服摩擦力做功 16J 则在此过程中金属块的 A 动能增加 8J B 电势能增加 24J C 机械能减少 24J D 机械能增加 48J 分析 分析 设外力 F 做功为 W1 克服电场力做功为 W2 克服摩擦力做功为 W3 由动能定理 EK W1 W2 W3 8J 由势能规律 电势能变化量 EP W2 8J 机械能增加量 E W1 W2 W3 8J 选 A 三 能量守恒思想在电场中的运用三 能量守恒思想在电场中的运用 例 例 如图所示 实线为电场线 虚线为等势面 相邻两等势面间的电势差相等 一个 正电荷在等势面 L3处的动能为 20J 运动到等势面 L1处时动能为零 现取 L2为零电势参 考平面 则当此电荷的电势能为 4J 时 它的动能为 不计重力及空气阻力 A 16J B 10J C 6J D 4J 自然界能量保持守恒不会消失 只会转化或转移 分析 分析 L2电势为 0 电势能为 0 L3到 L1 动能变为 0 则在 L2处的动能为 10J L2 处总能量为 10J 根据能量守恒 EK 恒量 当 4J EK 6J 做这种题型善于抓 住电势为零处的