电场中的动力学和能量问题

1、电场中的动力学和能量问题一、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

2、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1：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MQ稣，UMN0，W = UMNq，若q0，W0，电场力做正功，电势能减小。若q0，W0，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：电场力做功一电势能变化（势能规律）W电= -AEp=- （EP末-EP初）=EP初_EP末重力做功一重力势能变化（势能规律）WG = -AEP=- （EP末-EP初

3、）=EP初_EP末合外力做功一动能变化（动能定理）W合=Ek末-Ek初除重力、弹力以外的力做功一E机变化探析：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。I、判断能量变化:例2： 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（）动能减小电势能增加动能和电势能之和减小重力势能和电势能之和增加探析：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+e+Ek=恒

4、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+s减小。选CII、计算问题：例3：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8JB.电势能增加24JC.机械能减少24JD.机械能增加48J分析：设外力F做功为W克服电场力做功为W2,克服摩擦力做功为W3。由动能定理：Ek=W1W2W3=8J E由势能规律，电势能变化量：Ep=W2 = 8J机械能增加量：趾二可厂W2W3=8

5、Jssm选A三、能量守恒思想在电场中的运用例4：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）（） 16J: 10J早盘6J4J自然界能量保持守恒不会消失，只会转化或转移。分析：L2电势为0,电势能为0。L3到，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，e+Ek=恒量，当=4J, Ek=6J。做这种题型善于抓住 电势为零处的总能量，选C。总之，电场中受力问题、做功问题、运动问题、能量

6、问题考查题型多种多样。以能量求 解较为简单，利用好守恒思想和能量变化规律（即功能关系），多有意识地用能量观点分析 电场问题，将使解题事半功倍。课堂作业1.图为示波管中偏转电极的示意图，相距为d长度为l的平行板A、B加上电压后，可在A、 B之间的空间中（设为真空）产生电场（设为匀强电场）。在AB左端距A、B等距离处的O 点，有一电荷量为+q、质量为m的粒子以初速vQ水平方向（与A、B板平行）射入（如图）。 不计重力，要使此粒子能从C处射出，则A、B间的电压应为（）（电场力做功）B.A.C.D. qm2.光滑水平面上有一边长为l的正方形区域处在场强为E的匀强电场中，电场方向与正方 形一边平行.一质

7、量为m、带电量为q的小球由某一边的中点，以垂直于该边的水平初速v0 进入该正方形区域.当小球再次运动到该正方形区域的边缘时，具有的动能可能为（）（电场力做功）(A)0(B)mv2 +0qEl(C)mv 2(D)0mv02+ qEl图中，a、b、c、d、e五点在一直线上，b、c两点间的距离等于d、e两点间的距离。在 a点固定放置一个点电荷，带电量为+Q，已知在+Q的电场中b、c两点间的电势差为U。将另一个点电荷+q从d点移动到，e点的过程中()(电场力做功)A.电场力做功q UB.克服电场力做功q UC.电场力做功大于q UD.电场力做功小于q U如图所示，挡板P固定在足够高的水平桌面上，小物块

8、A和B大小可忽略，它们分别带 有+QA和+QB的电荷量，质量分别为mA和mB.两物块由绝缘的轻弹簧相连，一不可伸 长的轻绳跨过滑轮，一端与B连接，另一端连接一轻质小钩，整个装置处于方向水平向左 的匀强电场中，电场强度为E.开始时A、B静止，已知弹簧的劲度系数为k，不计一切摩 擦及A、B间的库仑力，A、B所带电荷量保持不变，B 一直在水平面 上运动且不会碰到滑轮.试求：开始A、B静止时，挡板P对物块A的作用力大小；若在小钩上挂一质量为M的物块C并由静止释放，当物块C下落 到最大距离时物块A对挡板P的压力刚好为零，试求物块C下落的最 大距离；若C的质量改为2M，则当A刚离开挡板P时，B的速度多大？

9、课后作业1、带电粒子垂直进入匀强电场中偏转时（除电场力外不计其它力的作用）：（） （电场力，动能定理）A、电势能增加，动能增加B、电势能减小，动能增加C、电势能和动能都不变D、上述结论都不正确如图所示在一匀强电场中，有两个平行的电势不同的等势面A和C，在它们的正中间放入一个金属网B，B接地。现有一正电荷只在电场力的作用下垂直于等势面方向运动， 经过A时动能为20J，穿过B到达C时动能减为零，那么在该正电荷运动过程中，当它 的电势能为5J时，它的动能为：（）（电场中的能量守恒）B :B |匚 TOC o 1-5 h z I;IA、20JB、15J或 / ；C、10JD、5J ；如图所示，电量和质量都相同的带正电粒子以不同的初速度通过A、B两板间的加速电场后飞出，不计重力的作用，上（）-A、 它们通过加速电场所需的时间相