功能关系在电学中的应用.ppt

以题说法 * 路径 qU 不做功 移动电荷 Uq 负 电 电势能 受力分析 图1 (1)设匀强电场中挡板S所在位置的电势为零，则电场中P点 的电势φP为多少？小球自静止开始从P点运动到挡板S时， 电势能是增加还是减少？改变的电势能Δε为多少？ (2) 小球第一次与挡板S碰撞时的速度多大？第一次碰撞后小球能运动到离B板多远的地方？ * 题型用功能关系解决带电粒子在电场中运动问题 例1 如图1所示，在光滑绝缘水平面两端有两块平行带电金属板A、B其间存在着场强E＝200 N/C的匀强电场，靠近正极板A处有一薄挡板S.一个带负电小球，质量为m＝1×10－2 kg、电荷量q＝2×10－3 C，开始时静止在P点，它与挡板S的距离为l＝20 cm，与B板距离为L＝45 cm.静止释放后小球在电场力的作用下向左运动，与挡板S相碰后电量减少到碰前的k倍，k＝，碰后小球的速度大小不变． (1)设匀强电场中挡板S所在位置的电势为零，则电场中P点的电势φP为多少？小球自静止开始从P点运动到挡板S时，电势能是增加还是减少？改变的电势能Δε为多少？ (2)小球第一次与挡板S碰撞时的速度多大？第一次碰撞后小球能运动到离B板多远的地方？ (3)小球从P点出发第一次回到最右端的过程中电场力对小球做了多少功？ 解析　(1)挡板S与P点间的电势差USP＝El(2分) ＝200×0.2 V＝40 V(1分) USP＝φS－φP(1分) 则P点的电势φP＝φS－USP＝－40 V(1分) 小球自静止开始从P点运动到挡板S的过程中，电场力做正功，故带电小球的电势能减少．(1分) 改变的电势能为Δε＝qUSP(2分) ＝0.08 J(1分) 解析：小球自P点到第一次与挡板S碰撞的过程中，由动能定理有qUSP＝mv2(2分) 则小球第一次与挡板S碰撞时的速度v＝＝4 m/s(1分) 设第一次碰撞后小球能运动到离A板l1远处的地方，由动能定理有 Eql＝mv2，Ekql1＝mv2(2分) 则l1＝ l＝×20 m＝24 cm(1分) 第一次碰撞后小球能运动到离B板的距离d为 d＝l＋L－l1＝41 cm(1分) 解析　(1)小球应带正电(2分) (2)设小球在最高点的速度为v0，小球由静止释放到最高点的过程，由动能定理得(Eq－mg)L＝mv① (2分) 在最高点由向心力公式得FT－(qE－mg)＝m② (2分)解①②得FT＝3(qE－mg)＝15 N(2分) (3)细线断后球做类平抛运动：水平方向L＝v0t③ (2分) 竖直方向v＝t④ (2分) 合速度大小为v合＝＝ m/s＝3.5 m/s(4分) 　功能关系在电学中的应用 必备知识方法 知 识 回 扣 1．静电力做功与无关若电场为匀强电场，则W＝Flcos α＝Eqlcos α；若是非匀强电场，则一般利用W＝来求． 2．磁场力又可分为洛伦兹力和安培力．洛伦兹力在任何情况下对运动的电荷都安培力可以做正功、负功，还可以不做功． 3．电流做功的实质是电场做功．即W＝UIt＝. 4．导体棒在磁场中切割磁感线时，棒中感应电流受到的安培力对导体棒做功，使机械能转化为能． 5．静电力做功等于的变化，即WAB＝－ΔEp 规 律 方 法 1．功能关系在电学中应用的题目，一般过程复杂且涉及多种性质不同的力，因此通过审题抓住和运动过程的分析是关键，然后根据不同的运动过程各力做功的特点来选择规律求解． 2．力学中的动能定理和能量守恒定律在处理电学中能量问题时仍然是首选的方法． (3)设小球从P点出发第一次回到最右端的过程中电场力对小球做功为W，小球由P点向左运动到挡板S处和由挡板S处运动到回到最右端的两个过程中电场力做功分别为W1、W2，由动能定理有 W1＝mv2，W2＝0－mv2(2分) 所以W＝W1＋W2＝0(2分) 答案　(1)φP＝－40 V电势能减少0.08 J (2)4 m/s,41 cm　(3)0 预测演练1如图2所示，空间存在着电场强度E＝2.5×102 N/C方向竖直向上的匀强电场在电场内一长为L＝0.5 m的绝缘细线一端固定于O点另一端拴着质量m＝0.5 kg，电荷量q＝4×10－2 C的小球．现将细线拉至水平位置，将小球由静止释放，当小球运动到最高点时细线受到的拉力恰好达到它能承受的最大值而断开，取g＝10 m/s2.求： (1)小球的电性； (2)细线能承受的最大拉力值； (3)当小球继续运动到与O点水平方向的距离为L时，小球速度多大？ (3)小球从P点出发第一次回到最右端的过程中电场力对小球做了多少功？ 　1.电势能的变化应通过电场力做功来求解． 2．电场力做功与路径无关．因此在本题第(3)问的求解中只要我们注意到水平