【全程学习方略】高中物理 2.1电场力做功与电势能课件 鲁科选修31

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.在电场中中，不管管是哪种种电荷，，只要是是电场力力对电荷荷做了正正功，该该电荷的的电势能能一定减减少；反反之，电电场力做做负功，，该电荷荷的电势势能一定定增加，，且电场场力做功功的多少少等于电电势能变变化的多多少，故故选C.4.在场强大大小为E的匀强电电场中，，一质量量为m，带电荷荷量为+q的物体以以某一初初速度沿沿电场反反方向做做匀减速速直线运运动，其其加速度度大小为为0.8qE/m，物体运运动s距离时速速度为零零，则（（））A.物体克服服电场力力做功qEsB.物体的电电势能减减少了0.8qEsC.物体的电电势能增增加了qEsD.物体的动动能减少少了0.8qEs【解析】选A、C、D.由加速度度大小a=可知，带带电体除受电场场力作用用外，还还受其他他力的作作用，由由功能关关系可知，物体体克服电电场力做做功为W电=qEs，A正确；电电场力做做负功，，电势势能增增加qEs，C正确，，B错误；；由功功能关关系可可知，，动能能减少少量为为|ΔEk|=F合s=mas=0.8qEs，D正确.【典例1】将带电电量为为6×10-6C的负电电荷从从电场场中的的A点移到到B点，克克服电电场力力做了了3×10-5J的功，，再从从B点移到到C点，电电场力力做了了1.2×10-5J的功，，则（1）电荷荷从A点移到到B点，再再从B点移到到C点的过过程中中电势势能共共改变变了多多少？？（2）如果果规定定A点的电电势能能为零零，则则该电电荷在在B点和C点的电电势能能分别别为多多少？？【思路点点拨】求解本本题应应把握握以下下三点点：【自主解答】（1）电荷从A点移到B点克服电场场力做了3×10-5J的功，电势势能增加了了3×10-5J；从B点移到C点的过程中中电场力做做了1.2×10-5J的功，电势势能减少了了1.2×10-5J，由A点到C点的整个过过程电势能能增加了3×10-5J-1.2×10-5J=1.8×10-5J.（2）如果规定定A点的电势能能为零，电电荷从电场场中的A点移到B点，克服电电场力做了了3×10-5J的功，电势势能增加了了3×10-5J，所以电荷在在B点的电势能为为3×10-5J;由A点移到C点的整个过程程中电势能增增加了1.8×10-5J，所以电荷在在C点的电势能为为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，如果规定定B点的电势能为为零，则该电电荷在A点和C点的电势能又又分别为多少少？【解析】如果规定B点的电势能为为零，电荷从从电场中的A点移到B点克服电场力力做了3×10-5J的功，若电荷荷从电场中的的B点移到A点，则电场力力要做3×10-5J的功，电势能能减少了3×10-5J，所以电荷在在A点的电势能为为-3×10-5J,同理电荷在C点的电势能为为-1.2×10-5J.答案：-3×10-5J-1.2×10-5J【典例2】如图所示，在在y轴上关于O点对称的AB两点有等量同同种点电荷+Q，在x轴上C点有点电荷－Q，且CO=OD，∠ADO=60°.下列判断正确的是是A．O点电场强度为为零B．D点电场强度为为零C．若将点电荷荷+q从O移向C，电势能增大大D．若将点电荷荷-q从O移向C，电势能增大大【自主解答】选B、D.两个+Q在O点的场强矢量和和为零，所以以O点的场强等于C点在O点产生的场强强（不为零），A项错误；A、B、C三点电荷在D点产生的场强强如图所示，，大小相等，设EA=EB=EC=E，EA、EB的矢量和沿x轴正方向，大大小也等于E，EC方向沿x轴负方向，故故三个场强的的矢量和为零，B项正确；在x<0的区间，合场场强方向沿x轴负方向，所所以将正电荷荷从O移向C，电场力做正正功，电势能能减小，将负负电荷从O移向C，电场力做负负功，电势能能增加，C项错误，D项正确.【变式训练】在场强为4×105N/C的匀强电场中中，一质子从从A点移动到B点，如图所示示，已知AB间的距离为20cm，AB连线与电场线线方向成30°夹角，求电场场力做的功以以及质子电势势能的变化.【解析】电场力对质子子做的功为W=qEscosθ=1.6×10-19×4×105×0.2×J=1.11×10-14J质子的电势能能减少了1.11×10-14J答案：1.11×10-14J减少了1.11×10-14J【典例3】质量为m的带电小球射射入匀强电场场后，以方向向竖直向上、、大小为2g的加速度向下下运动，在小小球下落h的过程中A.小球的重力势势能减少了2mghB.小球的动能减减少了2mghC.电场力做负功功2mghD.小球的电势能能增加了3mgh【思路点拨】解答本题时应应把握以下三三点:【标准解答】本题通过以下下表格分析答案：B、D1.(2010·华安高二检测测)一带电粒子射射入一固定正正点电荷Q形成的电场中中，并沿图中中虚线由a点运动到b点，a、b两点到点电荷荷Q的距离分别为为ra、rb，且ra>rb，若粒子只受受电场力作用用，这一过程程中（））A．电场力对粒粒子做负功B．粒子在b点电势能小于于在a点的电势能C．粒子在b点动能小于在在a点的动能D．粒子在b点加速度大于于在a点的加速度【解析】选A、C、D.由于曲线运动动的轨迹向合合外力的方向向弯曲，可知知粒子带正电电，电场力对对粒子做负功功，A正确；电场力力对粒子做负负功，电势能能增加，动能能减少，粒子子在b点电势能大于于在a点的电势能，，B错误，C正确；由电荷荷的电场线的的分布可知，，越靠近电荷荷电场线越密密，电场强度度越大，电荷荷受到的电场场力越大，加加速度也越大大，D正确.2.(2010·福州高二检测测)如图所示，空间有一水平平方向的匀强强电场，初速度为v0的带电粒子从从A点射入电场，，在竖直平面内内沿直线从A运动到B，在此过程中粒粒子的（））A．动能和电势势能都减少，，重力势能增增加B．动能和重力力势能都增加加，电势能减减少C．动能减少，，重力势能和和电势能都增增加D．动动能能不不变变，，重重力力势势能能增增加加，，电电势势能能减减少少【解析析】选C.因带带电电微微粒粒做做直直线线运运动动，，故合合外外力力方方向向与与速速度度方方向向在在同同一一直直线线上，，微微粒粒受受力力分分析析如如图图所所示示，，合合外外力力方向向与与v0反向向，，做做负负功功，，故故微微粒粒动动能能减少少.同时时，，我我们们知知道道重重力力和和电电场场力力均均做负负功功，，重重力力势势能能增增加加，，电电势势能能增增加加.故C正确,A、B、D错误.3.(2010·苏州高二检检测)一质量为m的带电小球球，在竖直直方向的匀匀强电场中中以水平速速度抛出，，小球的加加速度大小小为2g/3，阻力不计计，小球在在下落h的过程中（（））A.小球的动能能增加mgh/3B.小球的电势势能增加mgh/3C.小球的重力力势能减少少2mgh/3D.小球的机械械能减少2mgh/3【解析】选B.小球在下落落h的过程中，，重力做正正功W=mgh,小球的重力力势能减少少mgh，C错误；由动动能定理得得小球的动动能增加量量等于合外外力做的功功2mgh/3，A错误；由牛牛顿第二定定律mg-F=ma,可得小球受受到的电场场力F=mg/3，且电场力力做负功，，电势能增增加mgh/3，B正确；小球球的重力势势能减少mgh，而小球的的动能增加加2mgh/3，故小球的的机械能减减少mgh/3，D错误.4.（2010··济南高二检检测）一均均匀电场，，场强方向是是水平向左左，如图所所示，一质质量为m的带正电的的小球，从从O点出发，初初速度的大小为为v0，在电场力力与重力的的作用下，恰能沿沿与场强的的反方向成成θ角的直线运运动.求小球运动动到最高点点时其电势势能与在O点的电势能能之差.【解析】设场强为E，小球电量量为q，小球的电场力qE和重力mg的合力必沿沿此直线，如图图，qE=，由图可知知，小球做匀减减速直线运运动的加速速度大小为为a=，设从O到最高点的的路程为s，v02=2as,运动的水平平距离为L=scosθ,两点的电势势能之差为为qEL，由以上各各式得最高点时时其电势能能与在O点的电势能能之差为答案：1.(5分)电场中有A、B两点，把电电荷从A点移到B点的过程中中，电场力力对电荷做做正功，则则()A.电荷的电势势能减少B.电荷的电势势能增加C.A点的场强比比B点的场强大大D.A点的场强比比B点的场强小小【解析】选A.电场力做正正功，电势势能减小，，故A对，B错；电势能能的大小与与场强的大大小无关，，故C、D错.2.（5分）如图所所示，电场场中a、b、c三点，ab=bc,则把点电荷荷+q从a点经b点移到c点的过程中中，电场力力做功的大大小关系有有（））A.Wab＞WbcB.Wab=WbcC.Wab＜WbcD.无法比较【解析】选C.由电场线的的疏密可知知，a点的场强最最小，c点的场强最最大，位移移相同时，，bc段受到的平平均电场力力大，所以以Wab＜Wbc，故C正确，A、B、D错误.3.（5分）如图所所示，带正正电的小球球在重力和和电场力的的作用下由由A点运动到B点，轨迹如如图所示，，则关于小小球，下列列说法正确确的是()A.电势能减小小B.重力势能增增加C.减小的重力力势能小于于增加的动动能D.小球的机械械能不变【解析】选A、C.重力做正功功，重力势势能减小，，B错；电场力力做正功，，电势能减减小，A对；除重力力之外的力力做功，引引起机械能能的变化，，电场力做做了正功，，所以机械械能增加，，D错；根据功功能关系，，减少的重重力势能和和电势能的的和等于动动能的增加加量，C对.4.(2009·广东高考)（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.带负电粒粒子在向向右的电电场中所所受电场场力向左左,因此，当当带电粒粒子向右右运动时时，电场场力做负负功，电电势能增增加.当向左运运动时，，电场力力做正功功，电势势能减小小，所以以在M点的电势势能最大大,动能最小小，速率率最小.故A、B、D错误.粒子在匀匀强电场场中所受受电场力力不变，，所以加加速度不不变，故故C正确.5.(5分)如图所示示，一带带正电的的点电荷固定于于Q点，电子子在库仑仑力的作作用下，做以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.由题图可可知电子子从M点到P点过程中中只有电电场力做做正功，，电子动动能增加加，电势势能减小小，vP>vM，故A对，B错；从P到N，电场力力做负功功，其动动能减小小，电势势能增加加，故电电子从M经P到N的过程中中，电势势能先减减小后增增大，C对，D错.6.(5分)如图所所示，，a、b带等等量量异异种种电电荷荷，，MN为ab连线线的的中中垂垂线线，，现现有有一一个个带带电电粒粒子子从从M点以一定定初速度度v0射入，开开始时一一段轨迹迹如图中中实线，，不考虑虑粒子重重力，则则在飞越越该电场场的整个个过程中中()A.该粒子带带正电B.该粒子的的动能先先增大，，后减小小C.该粒子的的电势能能先减小小，后增增大D.该粒子运运动到无无穷远处处后，【解析】选B、C、D.由粒子开开始一段段轨迹可可以判断断，粒子子在该电电场中受受到大致致向右的的电场力力，因而而可以判判断粒子子带负电电，A错误.因为等量量异种电电荷连线线的中垂垂面是一一个等势势面，又又由两个个电荷的的电性可可以判定定，由a到b电势逐渐渐升高，，即逆着着电场线线，也就就是沿着着电场力力移动，，所以电电场力做做正功，，粒子电电势能减减小，动动能增加加，且还还是单调调变化，，所以B、C正确.因为M点所处处的等等量异异种电电荷连连线的的中垂垂面与与无穷穷远等等电势势，所所以在在由M点到无无穷远远运动动的过过程中中，电电场力力做功功W=qU=0,所以粒粒子到到达无无穷远远处时时动能能仍然然为原原来值值，即即速度度大小小一定定为v0，D正确.7.(8分)真空中中存在在空间间范围围足够够大的的、水水平向向右的的匀强强电场场.在电场中（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，求小球从抛出点至最高点的电势能变化量.【解析】（1）根据题设设条件，电电场力大小小Fe=mgtan37°°=mg，方向水平平向右.（2）小球沿竖竖直方向做做匀减速直直线运动，，初速度为为v0，vy=v0-gt.沿水平方向向做初速度度为零的匀匀加速直线线运动，加加速度为ax,ax=小球上升到到最高点的的时间t=，此过程小球球沿电场力力方向位移移.电场力做功功W=Fesx=.小球上升到到最高点的的过程中，，电势能减减少答案：（1）方方向向水平向右右（2）电势能减减少8.（12分）如图所所示，ABCDF为一绝缘光光滑轨道，，竖直放置置在水平方方向的匀强强电场中，，BCDF是半径为R的圆形轨道道，已知电电场强度【解析】要使小球在在圆轨道上上做圆周运运动，小球球在“最高”点不脱脱离圆环.这“最高””点并不是是D点，可采用用等效重力场的方法法进行求解解.重力场和电电场合成等等效重力场场，其方向为电场场力和重力力的合力方方向，与竖直方向向的夹角（（如图所示示）tanθ==1,θθ=45°°等效重力加加速度g′==在等效重力力场的“最最高”点，，小球刚好好不掉下来来时mg′=,从A到等效重重力场的““最高”点点，由动能能定理答案：1.如图所所示，在直直角三角形形ABC中中，∠C=30°，D为为斜边AC的中点，，在顶点A处有一一点电荷+Q，试探探电荷q由由B移至C电场场力做功W1，由B移至至D电场力做功W2，由D移至至C电场力力做功W3，关于W1、W2、W3的关系，下列列说法正确的的是（））A.W1=W2+W3B.W1=W2C.W1=W3D.W2=W1+W3【解析】选A、C.根据电场力做做功的特点，，试探电荷由由B移至C电场力做功与与由B先经过D再移至C电场力做功相相等，即W1=W2+W3，A正确，D错误；若以A点为圆心、以以AB为半径画圆，，则D在圆周上，将将试探电荷由由B点沿圆周移至至D点时，试探电电荷所受电场场力始终与其其速度垂直，，即电场力不不做功，W2=0，C正确，B错误.2.如图所示，两两个带电小球球的电量分别为+q和-q,固定在长度为为L的绝缘细杆的两端，并并置于电场强强度为E的匀强电场中，杆与与场强方向平平行，若此杆杆绕过O垂直于杆的轴轴转过180°，则在此转动过程A.零B.qELC.2qELD.-2qEL【解析】选C.杆转动180°的过程中，两两带电小球在在匀强电场中中受到恒定的的电场力作用用，大小均为为qE,由功的定义式式知，电场力力对+q做正功W1=qEL,电场力对-q做正功，W2=qEL，所以整个过过程中电场力力做的总功为为W=W1+W2=2qEL，故C项正确.3.如图所示，在在粗糙水平面面上固定一点点电荷Q,在M点无初速释放放一带有恒定定电荷量的小小物体，小物物体在Q的电场中运动动到N点静止，则从从M点运动到N点的过程中（（）A.小物体所受电电场力逐渐减减小B.小物体具有的的电势能逐渐渐减小C.M点的场强一定定高于N点的场强D.小物体电势能能变化量的大大小一定等于于克服摩擦力力做的功【解析】选A、B、C、D.从释放开始，，带电物体由由M点向N点运动，说明明带电物体受受到点电荷Q的静电力是向向左的，电场场力对带电物物体做正功，，电势能减小小；小物体向向左离点电荷荷Q的距离增大，，所受电场力力一定逐渐减减小；这是点点电荷产生的的电场，所以以M点场强一定大大于N点的场强；小小物体初末速速度为零，因因此电势能减减少量与克服服摩擦力做的的功两者大小小相等.4.如图所示，光光滑绝缘半圆圆环轨道在竖竖直向下的匀匀强电场中，，场强为E.在与环心等高高处放有一质质量为m、带电+q的小球，由静静止开始沿轨轨道运动，下下列说法正确确的是（）A.小球在运动过过程中机械能能守恒B.小球经过环的的最低点时速速度最大C.小球电势能增增加EqRD.小球由静止释释放到达最低低点，动能的的增加量等于于mgR【解析】选B.小球在运动过过程中除重力力做功外，还还有电场力做做功，所以机机械能不守恒恒，A错；小球运动动到最低点的的过程中，重重力与电场力力均做正功，，重力势能减减小mgR,电势能减少EqR，而动能增加加mgR+EqR，到最低点时时动能最大，，所以速度最最大，因此B正确，C、D错误.5.如图所示的匀匀强电场E的区域内，由A、B、C、D、A′、B′、C′、D′作为顶顶点构构成一一正方方体空空间，，电场场方向与与面ABCD垂直，，下列列说法法正确确的是（））A.带电粒粒子从从A点沿路路径A→D移到D点与沿沿路径径A→A