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： 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：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：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 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：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：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：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 Ⅱ、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 三、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) |