【全程學(xué)習(xí)方略】高中物理 2.1電場力做功與電勢能課件 魯科選修31

1.如圖所示，A、B是一條電場線上的兩點，一帶正電的點電荷沿電場線從A點運動到B點，在這個過程中，關(guān)于電場力做功的說法正確的是（）A.電場力做正功B.電場力做負功C.電場力不做功D.電場力先做正功后做負功【解析】選A.正電荷的受力方向與電場線方向相同，則從A到B電場力做正功.2.下列說法正確的是（）A.在電場中順著電場線移動負電荷，電場力做正功，電荷電勢能減少B.在電場中逆著電場線移動正電荷，電場力做正功，電荷電勢能減少C.在電場中順著電場線移動正電荷，電場力做正功，電荷電勢能減少D.在電場中逆著電場線移動負電荷，電場力做負功，電荷電勢能增加【解析】選C.在電場中順著電場線移動正電荷，電場力做正功，電荷電勢能減少；移動負電荷，電場力做負功，電荷電勢能增加.在電場中逆著電場線移動正電荷，電場力做負功，電荷電勢能增加；移動負電荷，電場力做正功，電荷電勢能減少.故選C.3.A、B為電場中的兩個點，如果把q=-2×10-8C的負電荷從A點移到B點，電場力對該電荷做了4×10-7J的正功，則該電荷的電勢能（）A.增加了4×10-7JB.增加了2×10-8JC.減少了4×10-7JD.減少了8×10-15J【解析】選C.在電場中中，不管管是哪種種電荷，，只要是是電場力力對電荷荷做了正正功，該該電荷的的電勢能能一定減減少；反反之，電電場力做做負功，，該電荷荷的電勢勢能一定定增加，，且電場場力做功功的多少少等于電電勢能變變化的多多少，故故選C.4.在場強大大小為E的勻強電電場中，，一質(zhì)量量為m，帶電荷荷量為+q的物體以以某一初初速度沿沿電場反反方向做做勻減速速直線運運動，其其加速度度大小為為0.8qE/m，物體運運動s距離時速速度為零零，則（（））A.物體克服服電場力力做功qEsB.物體的電電勢能減減少了0.8qEsC.物體的電電勢能增增加了qEsD.物體的動動能減少少了0.8qEs【解析】選A、C、D.由加速度度大小a=可知，帶帶電體除受電場場力作用用外，還還受其他他力的作作用，由由功能關(guān)關(guān)系可知，物體體克服電電場力做做功為W電=qEs，A正確；電電場力做做負功，，電勢勢能增增加qEs，C正確，，B錯誤；；由功功能關(guān)關(guān)系可可知，，動能能減少少量為為|ΔEk|=F合s=mas=0.8qEs，D正確.【典例1】將帶電電量為為6×10-6C的負電電荷從從電場場中的的A點移到到B點，克克服電電場力力做了了3×10-5J的功，，再從從B點移到到C點，電電場力力做了了1.2×10-5J的功，，則（1）電荷荷從A點移到到B點，再再從B點移到到C點的過過程中中電勢勢能共共改變變了多多少？？（2）如果果規(guī)定定A點的電電勢能能為零零，則則該電電荷在在B點和C點的電電勢能能分別別為多多少？？【思路點點撥】求解本本題應(yīng)應(yīng)把握握以下下三點點：【自主解答】（1）電荷從A點移到B點克服電場場力做了3×10-5J的功，電勢勢能增加了了3×10-5J；從B點移到C點的過程中中電場力做做了1.2×10-5J的功，電勢勢能減少了了1.2×10-5J，由A點到C點的整個過過程電勢能能增加了3×10-5J-1.2×10-5J=1.8×10-5J.（2）如果規(guī)定定A點的電勢能能為零，電電荷從電場場中的A點移到B點，克服電電場力做了了3×10-5J的功，電勢勢能增加了了3×10-5J，所以電荷在在B點的電勢能為為3×10-5J;由A點移到C點的整個過程程中電勢能增增加了1.8×10-5J，所以電荷在在C點的電勢能為為1.8×10-5J答案：（1）增加了1.8×10-5J（2）3×10-5J1.8×10-5J【互動探究】在【典例1】中，如果規(guī)定定B點的電勢能為為零，則該電電荷在A點和C點的電勢能又又分別為多少少？【解析】如果規(guī)定B點的電勢能為為零，電荷從從電場中的A點移到B點克服電場力力做了3×10-5J的功，若電荷荷從電場中的的B點移到A點，則電場力力要做3×10-5J的功，電勢能能減少了3×10-5J，所以電荷在在A點的電勢能為為-3×10-5J,同理電荷在C點的電勢能為為-1.2×10-5J.答案：-3×10-5J-1.2×10-5J【典例2】如圖所示，在在y軸上關(guān)于O點對稱的AB兩點有等量同同種點電荷+Q，在x軸上C點有點電荷－Q，且CO=OD，∠ADO=60°.下列判斷正確的是是A．O點電場強度為為零B．D點電場強度為為零C．若將點電荷荷+q從O移向C，電勢能增大大D．若將點電荷荷-q從O移向C，電勢能增大大【自主解答】選B、D.兩個+Q在O點的場強矢量和和為零，所以以O(shè)點的場強等于C點在O點產(chǎn)生的場強強（不為零），A項錯誤；A、B、C三點電荷在D點產(chǎn)生的場強強如圖所示，，大小相等，設(shè)EA=EB=EC=E，EA、EB的矢量和沿x軸正方向，大大小也等于E，EC方向沿x軸負方向，故故三個場強的的矢量和為零，B項正確；在x<0的區(qū)間，合場場強方向沿x軸負方向，所所以將正電荷荷從O移向C，電場力做正正功，電勢能能減小，將負負電荷從O移向C，電場力做負負功，電勢能能增加，C項錯誤，D項正確.【變式訓(xùn)練】在場強為4×105N/C的勻強電場中中，一質(zhì)子從從A點移動到B點，如圖所示示，已知AB間的距離為20cm，AB連線與電場線線方向成30°夾角，求電場場力做的功以以及質(zhì)子電勢勢能的變化.【解析】電場力對質(zhì)子子做的功為W=qEscosθ=1.6×10-19×4×105×0.2×J=1.11×10-14J質(zhì)子的電勢能能減少了1.11×10-14J答案：1.11×10-14J減少了1.11×10-14J【典例3】質(zhì)量為m的帶電小球射射入勻強電場場后，以方向向豎直向上、、大小為2g的加速度向下下運動，在小小球下落h的過程中A.小球的重力勢勢能減少了2mghB.小球的動能減減少了2mghC.電場力做負功功2mghD.小球的電勢能能增加了3mgh【思路點撥】解答本題時應(yīng)應(yīng)把握以下三三點:【標準解答】本題通過以下下表格分析答案：B、D1.(2010·華安高二檢測測)一帶電粒子射射入一固定正正點電荷Q形成的電場中中，并沿圖中中虛線由a點運動到b點，a、b兩點到點電荷荷Q的距離分別為為ra、rb，且ra>rb，若粒子只受受電場力作用用，這一過程程中（））A．電場力對粒粒子做負功B．粒子在b點電勢能小于于在a點的電勢能C．粒子在b點動能小于在在a點的動能D．粒子在b點加速度大于于在a點的加速度【解析】選A、C、D.由于曲線運動動的軌跡向合合外力的方向向彎曲，可知知粒子帶正電電，電場力對對粒子做負功功，A正確；電場力力對粒子做負負功，電勢能能增加，動能能減少，粒子子在b點電勢能大于于在a點的電勢能，，B錯誤，C正確；由電荷荷的電場線的的分布可知，，越靠近電荷荷電場線越密密，電場強度度越大，電荷荷受到的電場場力越大，加加速度也越大大，D正確.2.(2010·福州高二檢測測)如圖所示，空間有一水平平方向的勻強強電場，初速度為v0的帶電粒子從從A點射入電場，，在豎直平面內(nèi)內(nèi)沿直線從A運動到B，在此過程中粒粒子的（））A．動能和電勢勢能都減少，，重力勢能增增加B．動能和重力力勢能都增加加，電勢能減減少C．動能減少，，重力勢能和和電勢能都增增加D．動動能能不不變變，，重重力力勢勢能能增增加加，，電電勢勢能能減減少少【解析析】選C.因帶帶電電微微粒粒做做直直線線運運動動，，故合合外外力力方方向向與與速速度度方方向向在在同同一一直直線線上，，微微粒粒受受力力分分析析如如圖圖所所示示，，合合外外力力方向向與與v0反向向，，做做負負功功，，故故微微粒粒動動能能減少少.同時時，，我我們們知知道道重重力力和和電電場場力力均均做負負功功，，重重力力勢勢能能增增加加，，電電勢勢能能增增加加.故C正確,A、B、D錯誤.3.(2010·蘇州高二檢檢測)一質(zhì)量為m的帶電小球球，在豎直直方向的勻勻強電場中中以水平速速度拋出，，小球的加加速度大小小為2g/3，阻力不計計，小球在在下落h的過程中（（））A.小球的動能能增加mgh/3B.小球的電勢勢能增加mgh/3C.小球的重力力勢能減少少2mgh/3D.小球的機械械能減少2mgh/3【解析】選B.小球在下落落h的過程中，，重力做正正功W=mgh,小球的重力力勢能減少少mgh，C錯誤；由動動能定理得得小球的動動能增加量量等于合外外力做的功功2mgh/3，A錯誤；由牛牛頓第二定定律mg-F=ma,可得小球受受到的電場場力F=mg/3，且電場力力做負功，，電勢能增增加mgh/3，B正確；小球球的重力勢勢能減少mgh，而小球的的動能增加加2mgh/3，故小球的的機械能減減少mgh/3，D錯誤.4.（2010··濟南高二檢檢測）一均均勻電場，，場強方向是是水平向左左，如圖所所示，一質(zhì)質(zhì)量為m的帶正電的的小球，從從O點出發(fā)，初初速度的大小為為v0，在電場力力與重力的的作用下，恰能沿沿與場強的的反方向成成θ角的直線運運動.求小球運動動到最高點點時其電勢勢能與在O點的電勢能能之差.【解析】設(shè)場強為E，小球電量量為q，小球的電場力qE和重力mg的合力必沿沿此直線，如圖圖，qE=，由圖可知知，小球做勻減減速直線運運動的加速速度大小為為a=，設(shè)從O到最高點的的路程為s，v02=2as,運動的水平平距離為L=scosθ,兩點的電勢勢能之差為為qEL，由以上各各式得最高點時時其電勢能能與在O點的電勢能能之差為答案：1.(5分)電場中有A、B兩點，把電電荷從A點移到B點的過程中中，電場力力對電荷做做正功，則則()A.電荷的電勢勢能減少B.電荷的電勢勢能增加C.A點的場強比比B點的場強大大D.A點的場強比比B點的場強小小【解析】選A.電場力做正正功，電勢勢能減小，，故A對，B錯；電勢能能的大小與與場強的大大小無關(guān)，，故C、D錯.2.（5分）如圖所所示，電場場中a、b、c三點，ab=bc,則把點電荷荷+q從a點經(jīng)b點移到c點的過程中中，電場力力做功的大大小關(guān)系有有（））A.Wab＞W(wǎng)bcB.Wab=WbcC.Wab＜WbcD.無法比較【解析】選C.由電場線的的疏密可知知，a點的場強最最小，c點的場強最最大，位移移相同時，，bc段受到的平平均電場力力大，所以以Wab＜Wbc，故C正確，A、B、D錯誤.3.（5分）如圖所所示，帶正正電的小球球在重力和和電場力的的作用下由由A點運動到B點，軌跡如如圖所示，，則關(guān)于小小球，下列列說法正確確的是()A.電勢能減小小B.重力勢能增增加C.減小的重力力勢能小于于增加的動動能D.小球的機械械能不變【解析】選A、C.重力做正功功，重力勢勢能減小，，B錯；電場力力做正功，，電勢能減減小，A對；除重力力之外的力力做功，引引起機械能能的變化，，電場力做做了正功，，所以機械械能增加，，D錯；根據(jù)功功能關(guān)系，，減少的重重力勢能和和電勢能的的和等于動動能的增加加量，C對.4.(2009·廣東高考)（帶負電粒子以某速度進入水平向右的勻強電場中，在電場力作用下形成圖中所示的運動軌跡.M和N是軌跡上的兩點，其中M點在軌跡的最右點.不計重力，下列表述正確的是（）A.粒子在M點的速率最大B.粒子所受電場力沿電場方向C.粒子在電場中的加速度不變D.粒子在電場中的電勢能始終在增加【解析】選C.帶負電粒粒子在向向右的電電場中所所受電場場力向左左,因此，當(dāng)當(dāng)帶電粒粒子向右右運動時時，電場場力做負負功，電電勢能增增加.當(dāng)向左運運動時，，電場力力做正功功，電勢勢能減小小，所以以在M點的電勢勢能最大大,動能最小小，速率率最小.故A、B、D錯誤.粒子在勻勻強電場場中所受受電場力力不變，，所以加加速度不不變，故故C正確.5.(5分)如圖所示示，一帶帶正電的的點電荷固定于于Q點，電子子在庫侖侖力的作作用下，做以N為橢圓上的三個點，P點是軌道上離Q最近的點.電子在從M點經(jīng)P點到達N點的過程中()A.速率先增大后減小B.速率先減小后增大C.電勢能先減小后增大D.電勢能先增大后減小

【解析】選A、C.由題圖可可知電子子從M點到P點過程中中只有電電場力做做正功，，電子動動能增加加，電勢勢能減小小，vP>vM，故A對，B錯；從P到N，電場力力做負功功，其動動能減小小，電勢勢能增加加，故電電子從M經(jīng)P到N的過程中中，電勢勢能先減減小后增增大，C對，D錯.6.(5分)如圖所所示，，a、b帶等等量量異異種種電電荷荷，，MN為ab連線線的的中中垂垂線線，，現(xiàn)現(xiàn)有有一一個個帶帶電電粒粒子子從從M點以一定定初速度度v0射入，開開始時一一段軌跡跡如圖中中實線，，不考慮慮粒子重重力，則則在飛越越該電場場的整個個過程中中()A.該粒子帶帶正電B.該粒子的的動能先先增大，，后減小小C.該粒子的的電勢能能先減小小，后增增大D.該粒子運運動到無無窮遠處處后，【解析】選B、C、D.由粒子開開始一段段軌跡可可以判斷斷，粒子子在該電電場中受受到大致致向右的的電場力力，因而而可以判判斷粒子子帶負電電，A錯誤.因為等量量異種電電荷連線線的中垂垂面是一一個等勢勢面，又又由兩個個電荷的的電性可可以判定定，由a到b電勢逐漸漸升高，，即逆著著電場線線，也就就是沿著著電場力力移動，，所以電電場力做做正功，，粒子電電勢能減減小，動動能增加加，且還還是單調(diào)調(diào)變化，，所以B、C正確.因為M點所處處的等等量異異種電電荷連連線的的中垂垂面與與無窮窮遠等等電勢勢，所所以在在由M點到無無窮遠遠運動動的過過程中中，電電場力力做功功W=qU=0,所以粒粒子到到達無無窮遠遠處時時動能能仍然然為原原來值值，即即速度度大小小一定定為v0，D正確.7.(8分)真空中中存在在空間間范圍圍足夠夠大的的、水水平向向右的的勻強強電場場.在電場中（1）小球受到的電場力的大小及方向；（2）若以速度v0豎直向上拋出該小球，求小球從拋出點至最高點的電勢能變化量.【解析】（1）根據(jù)題設(shè)設(shè)條件，電電場力大小小Fe=mgtan37°°=mg，方向水平平向右.（2）小球沿豎豎直方向做做勻減速直直線運動，，初速度為為v0，vy=v0-gt.沿水平方向向做初速度度為零的勻勻加速直線線運動，加加速度為ax,ax=小球上升到到最高點的的時間t=，此過程小球球沿電場力力方向位移移.電場力做功功W=Fesx=.小球上升到到最高點的的過程中，，電勢能減減少答案：（1）方方向向水平向右右（2）電勢能減減少8.（12分）如圖所所示，ABCDF為一絕緣光光滑軌道，，豎直放置置在水平方方向的勻強強電場中，，BCDF是半徑為R的圓形軌道道，已知電電場強度【解析】要使小球在在圓軌道上上做圓周運運動，小球球在“最高”點不脫脫離圓環(huán).這“最高””點并不是是D點，可采用用等效重力場的方法法進行求解解.重力場和電電場合成等等效重力場場，其方向為電場場力和重力力的合力方方向，與豎直方向向的夾角（（如圖所示示）tanθ==1,θθ=45°°等效重力加加速度g′==在等效重力力場的“最最高”點，，小球剛好好不掉下來來時mg′=,從A到等效重重力場的““最高”點點，由動能能定理答案：1.如圖所所示，在直直角三角形形ABC中中，∠C=30°，D為為斜邊AC的中點，，在頂點A處有一一點電荷+Q，試探探電荷q由由B移至C電場場力做功W1，由B移至至D電場力做功W2，由D移至至C電場力力做功W3，關(guān)于W1、W2、W3的關(guān)系，下列列說法正確的的是（））A.W1=W2+W3B.W1=W2C.W1=W3D.W2=W1+W3【解析】選A、C.根據(jù)電場力做做功的特點，，試探電荷由由B移至C電場力做功與與由B先經(jīng)過D再移至C電場力做功相相等，即W1=W2+W3，A正確，D錯誤；若以A點為圓心、以以AB為半徑畫圓，，則D在圓周上，將將試探電荷由由B點沿圓周移至至D點時，試探電電荷所受電場場力始終與其其速度垂直，，即電場力不不做功，W2=0，C正確，B錯誤.2.如圖所示，兩兩個帶電小球球的電量分別為+q和-q,固定在長度為為L的絕緣細桿的兩端，并并置于電場強強度為E的勻強電場中，桿與與場強方向平平行，若此桿桿繞過O垂直于桿的軸軸轉(zhuǎn)過180°，則在此轉(zhuǎn)動過程A.零B.qELC.2qELD.-2qEL【解析】選C.桿轉(zhuǎn)動180°的過程中，兩兩帶電小球在在勻強電場中中受到恒定的的電場力作用用，大小均為為qE,由功的定義式式知，電場力力對+q做正功W1=qEL,電場力對-q做正功，W2=qEL，所以整個過過程中電場力力做的總功為為W=W1+W2=2qEL，故C項正確.3.如圖所示，在在粗糙水平面面上固定一點點電荷Q,在M點無初速釋放放一帶有恒定定電荷量的小小物體，小物物體在Q的電場中運動動到N點靜止，則從從M點運動到N點的過程中（（）A.小物體所受電電場力逐漸減減小B.小物體具有的的電勢能逐漸漸減小C.M點的場強一定定高于N點的場強D.小物體電勢能能變化量的大大小一定等于于克服摩擦力力做的功【解析】選A、B、C、D.從釋放開始，，帶電物體由由M點向N點運動，說明明帶電物體受受到點電荷Q的靜電力是向向左的，電場場力對帶電物物體做正功，，電勢能減小小；小物體向向左離點電荷荷Q的距離增大，，所受電場力力一定逐漸減減小；這是點點電荷產(chǎn)生的的電場，所以以M點場強一定大大于N點的場強；小小物體初末速速度為零，因因此電勢能減減少量與克服服摩擦力做的的功兩者大小小相等.4.如圖所示，光光滑絕緣半圓圓環(huán)軌道在豎豎直向下的勻勻強電場中，，場強為E.在與環(huán)心等高高處放有一質(zhì)質(zhì)量為m、帶電+q的小球，由靜靜止開始沿軌軌道運動，下下列說法正確確的是（）A.小球在運動過過程中機械能能守恒B.小球經(jīng)過環(huán)的的最低點時速速度最大C.小球電勢能增增加EqRD.小球由靜止釋釋放到達最低低點，動能的的增加量等于于mgR【解析】選B.小球在運動過過程中除重力力做功外，還還有電場力做做功，所以機機械能不守恒恒，A錯；小球運動動到最低點的的過程中，重重力與電場力力均做正功，，重力勢能減減小mgR,電勢能減少EqR，而動能增加加mgR+EqR，到最低點時時動能最大，，所以速度最最大，因此B正確，C、D錯誤.5.如圖所示的勻勻強電場E的區(qū)域內(nèi)，由A、B、C、D、A′、B′、C′、D′作為頂頂點構(gòu)構(gòu)成一一正方方體空空間，，電場場方向與與面ABCD垂直，，下列列說法法正確確的是（））A.帶電粒粒子從從A點沿路路徑A→D移到D點與沿沿路徑徑A→A