高中物理,2.1电场力做功与电势能,鲁科选修31.ppt

1 如图所示 A B是一条电场线上的两点 一带正电的点电荷沿电场线从A点运动到B点 在这个过程中 关于电场力做功的说法正确的是 A 电场力做正功B 电场力做负功C 电场力不做功D 电场力先做正功后做负功 解析 选A 正电荷的受力方向与电场线方向相同 则从A到B电场力做正功 2 下列说法正确的是 A 在电场中顺着电场线移动负电荷 电场力做正功 电荷电势能减少B 在电场中逆着电场线移动正电荷 电场力做正功 电荷电势能减少C 在电场中顺着电场线移动正电荷 电场力做正功 电荷电势能减少D 在电场中逆着电场线移动负电荷 电场力做负功 电荷电势能增加 解析 选C 在电场中顺着电场线移动正电荷 电场力做正功 电荷电势能减少 移动负电荷 电场力做负功 电荷电势能增加 在电场中逆着电场线移动正电荷 电场力做负功 电荷电势能增加 移动负电荷 电场力做正功 电荷电势能减少 故选C 3 A B为电场中的两个点 如果把q 2 10 8C的负电荷从A点移到B点 电场力对该电荷做了4 10 7J的正功 则该电荷的电势能 A 增加了4 10 7JB 增加了2 10 8JC 减少了4 10 7JD 减少了8 10 15J 解析 选C 在电场中 不管是哪种电荷 只要是电场力对电荷做了正功 该电荷的电势能一定减少 反之 电场力做负功 该电荷的电势能一定增加 且电场力做功的多少等于电势能变化的多少 故选C 4 在场强大小为E的匀强电场中 一质量为m 带电荷量为 q的物体以某一初速度沿电场反方向做匀减速直线运动 其加速度大小为0 8qE m 物体运动s距离时速度为零 则 A 物体克服电场力做功qEsB 物体的电势能减少了0 8qEsC 物体的电势能增加了qEsD 物体的动能减少了0 8qEs 解析 选A C D 由加速度大小a 可知 带电体除受电场力作用外 还受其他力的作用 由功能关系可知 物体克服电场力做功为W电 qEs A正确 电场力做负功 电势能增加qEs C正确 B错误 由功能关系可知 动能减少量为 Ek F合s mas 0 8qEs D正确 典例1 将带电量为6 10 6C的负电荷从电场中的A点移到B点 克服电场力做了3 10 5J的功 再从B点移到C点 电场力做了1 2 10 5J的功 则 1 电荷从A点移到B点 再从B点移到C点的过程中电势能共改变了多少 2 如果规定A点的电势能为零 则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少 思路点拨 求解本题应把握以下三点 自主解答 1 电荷从A点移到B点克服电场力做了3 10 5J的功 电势能增加了3 10 5J 从B点移到C点的过程中电场力做了1 2 10 5J的功 电势能减少了1 2 10 5J 由A点到C点的整个过程电势能增加了3 10 5J 1 2 10 5J 1 8 10 5J 2 如果规定A点的电势能为零 电荷从电场中的A点移到B点 克服电场力做了3 10 5J的功 电势能增加了3 10 5J 所以电荷在B点的电势能为3 10 5J 由A点移到C点的整个过程中电势能增加了1 8 10 5J 所以电荷在C点的电势能为1 8 10 5J 答案 1 增加了1 8 10 5J 2 3 10 5J1 8 10 5J 互动探究 在 典例1 中 如果规定B点的电势能为零 则该电荷在A点和C点的电势能又分别为多少 解析 如果规定B点的电势能为零 电荷从电场中的A点移到B点克服电场力做了3 10 5J的功 若电荷从电场中的B点移到A点 则电场力要做3 10 5J的功 电势能减少了3 10 5J 所以电荷在A点的电势能为 3 10 5J 同理电荷在C点的电势能为 1 2 10 5J 答案 3 10 5J 1 2 10 5J 典例2 如图所示 在y轴上关于O点对称的AB两点有等量同种点电荷 Q 在x轴上C点有点电荷 Q 且CO OD ADO 60 下列判断正确的是A O点电场强度为零B D点电场强度为零C 若将点电荷 q从O移向C 电势能增大D 若将点电荷 q从O移向C 电势能增大 自主解答 选B D 两个 Q在O点的场强矢量和为零 所以O点的场强等于C点在O点产生的场强 不为零 A项错误 A B C三点电荷在D点产生的场强如图所示 大小相等 设EA EB EC E EA EB的矢量和沿x轴正方向 大小也等于E EC方向沿x轴负方向 故三个场强的矢量和为 零 B项正确 在x 0的区间 合场强方向沿x轴负方向 所以将正电荷从O移向C 电场力做正功 电势能减小 将负电荷从O移向C 电场力做负功 电势能增加 C项错误 D项正确 变式训练 在场强为4 105N C的匀强电场中 一质子从A点移动到B点 如图所示 已知AB间的距离为20cm AB连线与电场线方向成30 夹角 求电场力做的功以及质子电势能的变化 解析 电场力对质子做的功为W qEscos 1 6 10 19 4 105 0 2 J 1 11 10 14J质子的电势能减少了1 11 10 14J答案 1 11 10 14J减少了1 11 10 14J 典例3 质量为m的带电小球射入匀强电场后 以方向竖直向上 大小为2g的加速度向下运动 在小球下落h的过程中A 小球的重力势能减少了2mghB 小球的动能减少了2mghC 电场力做负功2mghD 小球的电势能增加了3mgh 思路点拨 解答本题时应把握以下三点 标准解答 本题通过以下表格分析答案 B D 1 2010 华安高二检测 一带电粒子射入一固定正点电荷Q形成的电场中 并沿图中虚线由a点运动到b点 a b两点到点电荷Q的距离分别为ra rb 且ra rb 若粒子只受电场力作用 这一过程中 A 电场力对粒子做负功B 粒子在b点电势能小于在a点的电势能C 粒子在b点动能小于在a点的动能D 粒子在b点加速度大于在a点的加速度 解析 选A C D 由于曲线运动的轨迹向合外力的方向弯曲 可知粒子带正电 电场力对粒子做负功 A正确 电场力对粒子做负功 电势能增加 动能减少 粒子在b点电势能大于在a点的电势能 B错误 C正确 由电荷的电场线的分布可知 越靠近电荷电场线越密 电场强度越大 电荷受到的电场力越大 加速度也越大 D正确 2 2010 福州高二检测 如图所示 空间有一水平方向的匀强电场 初速度为v0的带电粒子从A点射入电场 在竖直平面内沿直线从A运动到B 在此过程中粒子的 A 动能和电势能都减少 重力势能增加B 动能和重力势能都增加 电势能减少C 动能减少 重力势能和电势能都增加D 动能不变 重力势能增加 电势能减少 解析 选C 因带电微粒做直线运动 故合外力方向与速度方向在同一直线上 微粒受力分析如图所示 合外力方向与v0反向 做负功 故微粒动能减少 同时 我们知道重力和电场力均做负功 重力势能增加 电势能增加 故C正确 A B D错误 3 2010 苏州高二检测 一质量为m的带电小球 在竖直方向的匀强电场中以水平速度抛出 小球的加速度大小为2g 3 阻力不计 小球在下落h的过程中 A 小球的动能增加mgh 3B 小球的电势能增加mgh 3C 小球的重力势能减少2mgh 3D 小球的机械能减少2mgh 3 解析 选B 小球在下落h的过程中 重力做正功W mgh 小球的重力势能减少mgh C错误 由动能定理得小球的动能增加量等于合外力做的功2mgh 3 A错误 由牛顿第二定律mg F ma 可得小球受到的电场力F mg 3 且电场力做负功 电势能增加mgh 3 B正确 小球的重力势能减少mgh 而小球的动能增加2mgh 3 故小球的机械能减少mgh 3 D错误 4 2010 济南高二检测 一均匀电场 场强方向是水平向左 如图所示 一质量为m的带正电的小球 从O点出发 初速度的大小为v0 在电场力与重力的作用下 恰能沿与场强的反方向成 角的直线运动 求小球运动到最高点时其电势能与在O点的电势能之差 解析 设场强为E 小球电量为q 小球的电场力qE和重力mg的合力必沿此直线 如图 qE 由图可知 小球做匀减速直线运动的加速度大小为a 设从O到最高点的路程为s v02 2as 运动的水平距离为L scos 两点的电势能之差为qEL 由以上各式得最高点时其电势能与在O点的电势能之差为答案 1 5分 电场中有A B两点 把电荷从A点移到B点的过程中 电场力对电荷做正功 则 A 电荷的电势能减少B 电荷的电势能增加C A点的场强比B点的场强大D A点的场强比B点的场强小 解析 选A 电场力做正功 电势能减小 故A对 B错 电势能的大小与场强的大小无关 故C D错 2 5分 如图所示 电场中a b c三点 ab bc 则把点电荷 q从a点经b点移到c点的过程中 电场力做功的大小关系有 A Wab WbcB Wab WbcC Wab WbcD 无法比较 解析 选C 由电场线的疏密可知 a点的场强最小 c点的场强最大 位移相同时 bc段受到的平均电场力大 所以Wab Wbc 故C正确 A B D错误 3 5分 如图所示 带正电的小球在重力和电场力的作用下由A点运动到B点 轨迹如图所示 则关于小球 下列说法正确的是 A 电势能减小B 重力势能增加C 减小的重力势能小于增加的动能D 小球的机械能不变 解析 选A C 重力做正功 重力势能减小 B错 电场力做正功 电势能减小 A对 除重力之外的力做功 引起机械能的变化 电场力做了正功 所以机械能增加 D错 根据功能关系 减少的重力势能和电势能的和等于动能的增加量 C对 4 2009 广东高考 5分 如图 一带负电粒子以某速度进入水平向右的匀强电场中 在电场力作用下形成图中所示的运动轨迹 M和N是轨迹上的两点 其中M点在轨迹的最右点 不计重力 下列表述正确的是 A 粒子在M点的速率最大B 粒子所受电场力沿电场方向C 粒子在电场中的加速度不变D 粒子在电场中的电势能始终在增加 解析 选C 带负电粒子在向右的电场中所受电场力向左 因此 当带电粒子向右运动时 电场力做负功 电势能增加 当向左运动时 电场力做正功 电势能减小 所以在M点的电势能最大 动能最小 速率最小 故A B D错误 粒子在匀强电场中所受电场力不变 所以加速度不变 故C正确 5 5分 如图所示 一带正电的点电荷固定于Q点 电子在库仑力的作用下 做以Q为焦点的椭圆运动 M P N为椭圆上的三个点 P点是轨道上离Q最近的点 电子在从M点经P点到达N点的过程中 A 速率先增大后减小B 速率先减小后增大C 电势能先减小后增大D 电势能先增大后减小 解析 选A C 由题图可知电子从M点到P点过程中只有电场力做正功 电子动能增加 电势能减小 vP vM 故A对 B错 从P到N 电场力做负功 其动能减小 电势能增加 故电子从M经P到N的过程中 电势能先减小后增大 C对 D错 6 5分 如图所示 a b带等量异种电荷 MN为ab连线的中垂线 现有一个带电粒子从M点以一定初速度v0射入 开始时一段轨迹如图中实线 不考虑粒子重力 则在飞越该电场的整个过程中 A 该粒子带正电B 该粒子的动能先增大 后减小C 该粒子的电势能先减小 后增大D 该粒子运动到无穷远处后 速度的大小一定为v0 解析 选B C D 由粒子开始一段轨迹可以判断 粒子在该电场中受到大致向右的电场力 因而可以判断粒子带负电 A错误 因为等量异种电荷连线的中垂面是一个等势面 又由两个电荷的电性可以判定 由a到b电势逐渐升高 即逆着电场线 也就是沿着电场力移动 所以电场力做正功 粒子电势能减小 动能增加 且还是单调变化 所以B C正确 因为M点所处的等量异种电荷连线的中垂面与无穷远等电势 所以在由M点到无穷远运动的过程中 电场力做功W qU 0 所以粒子到达无穷远处时动能仍然为原来值 即速度大小一定为v0 D正确 7 8分 真空中存在空间范围足够大的 水平向右的匀强电场 在电场中 若将一个质量为m 带正电的小球由静止释放 运动中小球的速度方向与竖直方向夹角为37 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 小球受到的电场力的大小及方向 2 若以速度v0竖直向上抛出该小球 求小球从抛出点