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。 例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 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:从的过程中,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、用来计算,此式适用于任何电场 例2、如图2所示,虚线、和是某静电场中的三个等势面,它们的电势分别为、和,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,电势能增加 D. 粒子从L到M的过程中,动能减少 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:从电场力做功为:,做负功,电势能增加。 从电场力做功为:,电场力做正功,电势能减小,动能增加,故选A、C。 3、从功能关系的角度分析解决问题 例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( ) B. 小物块具有的电势能逐渐减小 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 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M、N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 例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B、C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: (1)A、C两点的电势差 (2)小球滑至B点的速度 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A到C,由动能定理:,,所以。 (2)从A到B,由动能定理:,。 |
对于给定力求其做功主要有两个思路:直接法和转化法。
进行计算。其中,由于高中范围内微积分知识的限制,往往根据力的性质分为以下三种情况进行求解:
2. 转化法:考虑功的作用效果,利用动能定理进行间接计算。
若上式中其他量均可求解,则外力 F 做的功便可得出。
高中范围内的轻杆被视作刚体:质量为0,不能发生形变,故自身不具有能量,也无法储蓄任何形式的能量。所以输入轻杆的能量只能原封不动地传递到另外的物体上,即:轻杆对物体做功的代数和为0.
首先,根据约束条件,我们可以得到 v_2=2v_1 。取 m_2 运动的最低点作为零势能高度,由于细杆的特点,所以系统的机械能守恒。则有:
从而可以看出杆对 m_1 做负功,对 m_2 做正功。
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