第一章 静电场的描述 习题课4 电场力做功与带电粒子的运动、能量相关问题分析-【南方凤凰台·5A新学案】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册粤教版2019（课件）

第一章 习题课4　电场力做功与带电粒子的运动、能量相关问题分析 静电场的描述 必修第三册 　南方凤凰台　5A新学案 · 物理　YJ 1 核心 目标 1．理解静电力做功与电势能变化的关系，能运用能量的观点分析带电粒子在电场中的运动问题． 2．理解静电场中的功能关系，能分析电场线、等势面和运动轨迹相关的综合问题． 关键能力 • 拓展应用 3 1 电场力做功的求解与电势能增、减的判断 1．电场力做功的计算方法 四种求法 表达式 注意问题 功的定义 W＝qElcos α＝qEd (1) 适用于匀强电场 (2) d表示沿电场线方向的距离 功能关系 WAB＝EpA－EpB＝－ΔEp (1)既适用于匀强电场，也适用于非匀强电场 (2) 既适用于只受电场力的情况，也适用于受多种力的情况 电势差法 WAB＝qUAB 动能定理 W静电力＋W其他力＝ΔEk 典题固法 关键能力•拓展应用 2．电势能增、减的判断方法 (1) 做功判断法→电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增加． (2) 公式法→由Ep＝qφ，将q、φ的大小、正负号一起代入公式，Ep的正值越大，电势能越大，Ep的负值越小，电势能越大． (3) 能量守恒法→在电场中，当只有电场力做功时，电荷的动能和电势能相互转化，动能增加，电势能减小；反之，电势能增加． (4) 电荷电势法→正电荷在电势高的地方电势能大，负电荷在电势低的地方电势能大． 典题固法 关键能力•拓展应用 　　　如图所示，在电场强度大小为E的匀强电场中，某电场线上有两点M和N，距离为2d．在M和N处分别固定电荷量为＋q和－q的两个点电荷．下列说法中正确的是 (　　) A．点电荷＋q和－q受到的静电力大小均为qE，方向相反 1 B．将点电荷＋q沿MN连线向N点移动距离d，静电力对点电荷＋q做功qEd C．交换两个点电荷的位置，静电力对两个点电荷做功之和为零 D．将两点电荷沿MN连线移动距离d，保持两个点电荷的距离不变，静电力对两个点电荷做功之和为零 D　 典题固法 关键能力•拓展应用 典题固法 关键能力•拓展应用 2 AB　 典题固法 关键能力•拓展应用 典题固法 关键能力•拓展应用 2 静电场中功能关系问题 1．合力做功等于物体动能的变化量，即W合＝ΔEk．这里的W合指合外力做的功． 2．电场力做功决定物体电势能的变化量，即WAB＝EpA－EpB＝－ΔEp．这与重力做功和重力势能变化之间的关系类似． 3．只有电场力做功时，带电粒子电势能与动能的总量不变，即Ep1＋Ek1＝Ep2＋Ek2．这与只有重力做功时，物体的机械能守恒类似． 4．只有电场力和重力做功时，带电体电势能和机械能之和保持不变． 典题固法 关键能力•拓展应用 　　　(多选)一带电小球在空中由A点运动到B点的过程中，只受重力和电场力作用．若重力做功－3 J，电场力做功1 J，则小球的 (　 　) A．重力势能增加3 J B．电势能增加1 J C．动能减少3 J D．机械能增加1 J 3 AD　 解析：重力做功等于重力势能的减小量，重力做功－3 J，重力势能增加3 J，A正确；电场力做功等于电势能的减小量，电场力做功1 J，故电势能减小1 J，B错误；合力做功等于动能的增加量，合力做功等于各个分力做的功之和，为－2 J，故动能减小2 J，C错误；除重力外的各个力做的总功等于机械能的增加量，除重力外，只有电场力做功做功1 J，故机械能增加1 J，D正确． 典题固法 关键能力•拓展应用 　　　如图所示，虚线表示等势面，相邻两等势面间的电势差相等，有一电子在该电场中运动，实线表示该电子的运动轨迹，电子在a点的动能等于28 eV，运动到b点时的动能等于4 eV，若取c点为零电势点，当这个电子的电势能等于－6 eV时，它的动能等于(　　) A．16 eV B．18 eV C．6 eV D．8 eV 4 B　 解析：电子自a点运动到b点时，电场力做负功Wab＝4 eV－28 eV＝－24 eV，由于相邻两等势面的电势差相等，故电势差的大小关系有Uab＝－3Ubc，从b到c电场力做正功，根据动能定理有Wbc＝Ekc－Ekb，联立可得Ekc＝12 eV．由于只有电场力做功，电势能和动能之和保持不变，故在c点有E＝Ep＋Ek＝12 eV，即电势能和动能之和为12 eV，因此当电势能等于－6 eV时动能为18 eV，故B正确． 典题固法 关键能力•拓展应用 3 电场线、等势面和运动轨迹相关问题的综合分析 解决该类问题应熟练掌握以下知识及规律 (1) 带电粒子所受合力(往往仅为电场力)指向轨迹曲线的内侧，速度方向为轨迹切线方向． (2) 电场线或等差等势面密集的地方场强大． (3) 电场线垂直于等势面，顺着电场线方向电势降低最快． (4) 电场力做正功，电势能减