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电场中能量问题赏析

http://www.newdu.com 2018-12-01 人民教育出版社 佚名 参加讨论

    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:
    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: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
    析:如图,ΦM>ΦN,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
    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增加,做负功,E减小。
    考查方向分计算和判断。
    Ⅰ、判断能量变化:
    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
    析:先进行受力分析
    
    ①重力做负功,重力势能增加;②电场力做正功,电势能减小;③合外力竖直向上,合外力做正功,动能增加;④能量守恒,EP+ε+EK=恒量,EP表示重力势能,ε表示电势能,因为EP增加,ε+EK减小;因为EK增加,EP+ε减小。选C
    计算问题:
    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: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
    能量守恒思想在电场中的运用
    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: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,ε+EK=恒量,当ε=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。 (责任编辑:admin)
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