不论正电荷还是负电荷,只要电场力对它做正功,电荷的电势就能减小,减小的电势能转化为其他形式的能;电场力对电荷做负功,电荷的电势能增加,必有其他形式的能转化为电势能,电场力做多少功,就有多少电势能和其他形式的能发生相互转化.
三、电场力做功的计算
1.在电场在将电荷q由A点转移到B点时,电场力对电荷q所做的功为WAB?qUAB?q(?A??B). 2.电场力做功和电荷移动的具体路径无关,只和被移动电荷的电荷量及初、末位置的电势差有关.
3.计算电场力做功时,应将q、UAB的数值连同其正负号一起代入进行计算.若计算出W为正值,表示电场力做正功;若计算出W为负值,表示电场力做负功,这种方法简便易行,是计算电场力做功时较常用的方法.
考点突破
一、电场力做功的特点及求法
1.电场力做功与路径无关,只与初末位置有关. 2.电场力做功的求法: (1)由公式WAB?qUAB来计算
?qEScos?,?(2)由公式W?FScos?计算,此式只适用于匀强电场,可变形为W动位移S与电场力qE的夹角.
(3)由电场力做功与电势能的变化关系计算.WAB二、比较电荷在电场中两点电势能大小的方法 1.根据场源电荷判断
??E?EA?EB为电荷移
(E表示电势能).
(4)由动能定理计算,从W电场力+W其它力=ΔEk中求W电场力.
离场源正电荷越近,试探正电荷的电势能越大,试探负电荷的电势能越小;离场源负电荷越近,试探正电荷的电势能越小,试探负电荷的电势能越大.
2.根据电场线的方向判断
正电荷顺着电场线方向移动,电势能减小,逆着电场线移动,电势能增大,负电荷相反. 3.根据做功判断
无论正负电荷,电场力做正功,电荷从电势能大的地方移向电势能小的地方,电场力做负功时恰好相反.
4.根据公式判断
电荷在电场中某点P的电热能E??q?p,将q,?的大小,正负代入公式,
pEp的正值越大,电
势能越大,负值绝对值越大,电势能越小.
5.根据能量守恒定律判断
在电场中,若只有电场力做功时,电荷的动能和势能相互转化,动能增加,电势能减小,
反之,电势能增加.
三、根据带电粒子的运动轨迹和电场线(或等势面)判断有关问题 应注意掌握以下几点
1.带电粒子的轨迹的切线方向为该点处的速度方向.
2.带电粒子所受合力(一般仅受电场力)指向轨迹曲线的凹侧,再根据粒子的正负判断场强的方向.
3.在一段运动中;若合力与速度方向成锐角,则合力做正功;成钝角,合力做负功. 方法梳理
一、利用电场中的功能关系求解
1.只有电场力做功,电荷电势能和动能之和保持不变.
2.只有电场力和重力做功,电势能、重力势能、动能三者之和保持不变. 3.只有电场力做功和重力做功; (1)电场力做功等于机械能的变化;
(2)重力做功等于电势能和动能之和的变化; (3)电场力和重力做力之和等于电荷的动能的变化. 4.除重力以外的力对物体做的功等于物体机械能的变化.
5.除电场力以外的力对带电体做的功等于带电体电势能、动能之和的变化. 二、利用电场力做功求解 1.匀强电场用WAB?qU向电荷移动的距离.
2.非匀强电场中,只能利用WAB?qUABAB来求解,也可以利用W?Eqd来求解,其中d为沿电场线方
来求解.
3.电场力做功,还可利用电场力做功与电势能的变化之间的关系来求解. 电场力做正功,等于电势能的减少量;电场力做负功,等于电势能的增加量. 三、利用能量观点处理带电体在电场中的运动 1.用动能定理处理,一般步骤为:
(1)对研究对象受力分析,弄清哪些力做功,做正功还是负功. (2)弄清研究过程的初、末状态的动能. (3)根据W??EA列方程求解.
2.用能量守恒定律处理,列式方法一般有两种: (1)初末状态的能量相等E1?E2
??E'
(2)某些能量的减少等于另一些能量的增加?E典型例题 图9-3-1
例1.如图9-3-1所示,AB、CD为一圆的两条直径,且互相垂直,O点为圆心.空间存在一未知静电场,场强方向与圆周所在平面平行.现有一电子,在电场力作用下(重力不计),先从A点运动至C点,动能减少了W;又从C点运动至B点,动能增加了W,那么关于此空间存在的静电场可能是( )
A.方向垂直于AB并由O指向C的匀强电场 B.方向垂直于AB并由C指向O的匀强电场 C.位于O点的正点电荷形成的电场 D.位于D点的正点电荷形成的电场
解析: 由题意,AB处于同一等势面,且A点电势比C点高;若为匀强电场,则场强方向垂直于AB指向C;若为点电荷形成的电场,点电荷不可能位于O点,若为正点电荷,则位于O点左侧,若为负点电荷,则位于C点右侧,由此可知,AD正确;此题用排除法不难判断,考查由功能关系确定电场 图9-3-2 ?b和c是某静电场中的三个等势面,变式练习1.如图9-3-2所示,虚线a、它们的电势分别为a、?b和
?c?a?b?c,>>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( )
A.粒子从K到L的过程中,电场力做负功 B.粒子从L到M的过程中,电场力做负功 C.粒子从K到L的过程中,静电势能增加 D.粒子从L到M的过程中,动能减少
解析: 由图可知,等势线为一系列的同心圆,再结合电势关系可判断出场源电荷应为一带正电
的点电荷,带正电的粒子在正的点电荷电场中受斥力作用,运动轨迹发生偏转,粒子从K到L的过程中轨迹靠近场源电荷,电场力做负功,由能量守恒定律可知,动能减少,电势能增加;
粒子从L到M的过程中,轨迹远离场源电荷,电场力做正功,故电势能减少,动能增加,所以选项AC正确
例2.如图9-3-3所示P、Q是两个电荷量相等的异种电荷,在其电场中有a、b、c三点在一条直线上,平行于P、Q的连线,b在P、Q连线的中垂线上,ab?bc,下列说法正确的是( ) A.?aC.Ea??b??c B.?a D.Eb??c??b
?Eb?Ec?Ea?Ec图9-3-3 解析
根据电场力做功判断:若从a到b到c移到一正的试探电荷,电场力做正功,电势降低,所以A正确,由于a点和c点关于P、Q连线的中垂线对称,场强大小应相等,但方向不同,所以CD错误
图9-3-4 变式练习2.如图9-3-4所示,P、Q是两个电量相等的正的点电荷,它们连线的中点是O,A、B
是中垂线上的两点,OAA?OB,用E、E、?A、?B分别表示A、B两点的场强和电势,则( )
ABA.E一定大于EB,?A一定大于?B B.E不一定大于EB,?A一定大于?B
C.EA不一定大于EB,?A不一定大于?B
AD.E一定大于EB,?A不一定大于?B
解析:P、Q在O点的合场强为0,沿OAB线到无穷远处P、Q的合场强也为0,可见沿OAB线远离
AO点时,合场强的先增大再减小,故EA不一定大于EB,而电势离电荷越远越小,必有?A??B,故B选项正确
第4课时 电势差与电场强度的关系
基础过关
电场强度反映电场力的性质,电势差反映电场能的性质,二者之间有一定的关系:
1.场强的方向是电势降低最快的方向.
2.在匀强电场中,沿着电场方向的两点间的电势差等于场强E和这两点间距离d的乘积,即U=Ed.
3.匀强电场中,场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差. 考点突破
一、匀强电场中电势差与电场强度的关系
1.大小关系:UAB=Ed.这就是匀强电场中的电势差与电场强度的关系,其中d为移动电荷的起始位置沿电场线方向的有效距离,即匀强电场中两等势面间的距离. 2.方向关系:场强的方向就是电势降低最快的方向.
由于电场线跟等势面垂直,只有沿电场方向,在单位长度上的电势差最大,也就是说电势降落最快的方向为电场强度的方向.但电势降落的方向不一定是电场强度的方向. 二、场强与电势的关系
1.场强和电势都是用比值定义的物理量.它们都仅由电场本身的因素(场源,点在电场中的位置)决定,而与检验电荷所受的电场力,所具有的电势能,所带有的电量的多少和正负,甚至与检验电荷是否存在均无关.
2.场强与电势有本质的差别.对电场描述的角度不同:场强描述的是电场力的性质而电势描述的则是电场能的性质;场强是矢量,对于电场中确定的点场强的大小和方向是唯一的.在一般情况下,可用正负号分别表示不同方向.电势是标量,其值的正负表示不同点电势的高低. 3.电势具有相对性.零电势可以根据研究问题的需要而选取(通常取无穷远处或大地为零电势),而且只有在零电势确定之后电场中各点才有确定值.电场强度没有这样的性质.
4.场强和电势在数值上没有必然关系,即场强大的地方电势不一定高(如:负点电荷形成的