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高中物理 | 电场力做功的四种计算方法及其正负的判断

1、用电场力做功与电势能变化的关系判断

1)电场力做正功,电势能减少,电势能转化为其它形式的能量。

2)电场力做负功,电势能增加,其它形式的能转化为电势能。

1、如图1所示,在等量正点电荷形成的电场中,它们连线的中垂线

上有一电子,从静止开始由
点运动到
点的过程中(
相对O点对称),下列说法中正确的是(    

A. 电子的电势能始终增加

B. 电子的电势能始终减少

C. 电子的电势能先减少后增加

D. 电子的电势能先增加后减少

1

分析:用电场力做功等于电荷电势能增量的负值,即

判断。这种方法可用于已知电势能增量的正负,判断电场力做功的正负,反之亦可。

解析:

的过程中,两电荷对电子的电场力的合力指向O点,电场力做正功,电势能减小,电势能转化为动能,故从
做加速运动。由于惯性,从
仍有向上的速度,但此过程中电场力的合力方向由
,电场力做负功,电势能增加,故选C


2、

来计算,此式适用于任何电场

2、如图2所示,虚线

是某静电场中的三个等势面,它们的电势分别为
,且
,一带正电的粒子射入电场中,其运动轨迹如实线KLMN所示,由图可知(    

A. 粒子从KL的过程中,电场力做负功

B. 粒子从LM的过程中,电场力做负功

C. 粒子从KL的过程中,电势能增加

D. 粒子从LM的过程中,动能减少

2

分析:也可根据电场力与速度方向的夹角来判断做功的正负。

解析:

电场力做功为:
,做负功,电势能增加。

电场力做功为:
,电场力做正功,电势能减小,动能增加,故选AC

3、从功能关系的角度分析解决问题

3、如图3所示,在粗糙水平面上固定一点电荷Q,在M点无初速度释放一带有恒定电量的小物块,小物块在点电荷Q的电场中运动到N点静止,则从M运动到N点过程中(    

A. 小物块所受电场力逐渐减小      

B. 小物块具有的电势能逐渐减小

C. M点的电势一定高于N点的电势  

D. 小物块电势能变化量的大小一定等于克服摩擦力做的功

3

分析:本题以点电荷电场分布的特点、电势能、电势以及功能关系为知识背景,考查学生对基本规律、基本概念的理解能力,运用能力。

解析:从题目所提供的信息可知,小物块与点电荷Q带同种电荷,小物块远离Q时,小物块所在处的场强变小,所受电场力变小,小物块从

,电场力做正功,电势能减小,因不知固定点电荷的带电性质,故不能判定MN两点电势高低;据功能关系和题目条件,电场力做的功即电势能的变化量,大小一定等于克服摩擦力做的功,故选ABD


4、运用

结合动能定理解决一些综合性问题

4、如图4所示,光滑绝缘竖直细杆与以正点电荷Q为圆心的圆周交于BC两点,一质量为

、带电荷量为
的空心小球从杆上A点由静止开始下落,若
,小球滑到C点的速度为
,求:

1AC两点的电势差

2)小球滑至B点的速度

4

分析:非匀强电场中的电场力做功总是用

来计算,计算时要注意:(1)符号规则:即
都要有正负号;(2)电荷从等势面上一点到另一点,不论经过何种路径,电场力均不做功。

解析:1)从AC,由动能定理:

,所以

2)从AB,由动能定理:

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