
文章插圖
在重力場的學(xué)習(xí)中,我們知道了機械能守恒定律 。那么帶電粒子在電場中運動時,又有哪些能量守恒關(guān)系呢?
一、在電場中,如果僅有電場力做功,則帶電物體的電勢能和動能之間相互轉(zhuǎn)化,但二者之和保持不變 。用例題說明 。
如圖所示,實線為電場線,虛線為等勢面,相鄰兩等勢面間的電勢差相等,一個帶正電的粒子在等勢面L3處的動能為20J,運動到等勢面L1處時動能為零;現(xiàn)取L2為零電勢參考平面,則當(dāng)此粒子的電勢能為4J時,它的動能為(不計重力及空氣阻力)( )
解析:根據(jù)我們的結(jié)論,我們利用動能與電勢能之和保持不變可以非常容易得出結(jié)果,即φ1q+EK1=φ3q+EK3 。由題意知φ1-φ2=φ2-φ3,φ2=0,得φ1=-φ3,帶入上式有φ1q+0=-φ1q+20,得φ1q=10 。因此,帶電粒子動能與電勢能之和為10J,因此當(dāng)帶電粒子電勢能為4J時,其動能應(yīng)為6J 。
二、在電場中,如果只有電場力和重力做功,則帶電物體電勢能、重力勢能和動能之間相互轉(zhuǎn)化,但三者之和保持不變 。大家可以嘗試下例題 。
一帶負電q的油滴,從A點以速度v0與水平方向成θ角射入沿水平方向的勻強電場中,如圖,已知油滴質(zhì)量為m,重力加速度為g,測得油滴在電場中達到最高點B時,它的速度大小恰為v0,則B點的位置:
解析:根據(jù)結(jié)論,重力勢能、電勢能和動能之和保持不變 。油滴在A、B兩處速度大小相等,即動能相同 。點B的位置高于A點,所以油滴在B點重力勢能大于在A點的重力勢能,由三者能量之和保持不變可知,油滴在B點電勢能一定小于在A點的電勢能,這就說明電場力對油滴做了正功,從而使電勢能減少,因油滴帶負電,所受電場力的方向和電場線方向相反,所以油滴要逆著電場線方向運動,電場力才能做正功,所以B點應(yīng)在A點左上方 。
三、在電場中,如果只有電場力和滑動摩擦力做功,則相互摩擦的系統(tǒng)電勢能、動能和內(nèi)能之和保持不變 。利用以下例題進行練習(xí) 。
如圖所示,勻強電場方向水平向左,帶正電的物體沿絕緣的水平板向右做勻變速運動,經(jīng)A點時,動能為100J,到B點時動能減少了80J,電勢能增加了48J,當(dāng)物體再次回到A點時動能為______ 。20J 。
四、在電場中,除電場力做功外,還有重力、摩擦力做功,則相互摩擦的系統(tǒng)電勢能、重力勢能、動能和內(nèi)能之和保持不變 。示例如下:
如圖所示,粗糙絕緣斜面的底端固定著一個帶正電的小物塊P,將另一個帶電小物塊Q在斜面的某位置由靜止釋放,它將沿斜面向上運動 。設(shè)斜面足夠長,則在Q向上運動過程中( ) A、物塊Q的動能一直增大 。B、物塊P、Q之間的電勢能一直增大 。C、物塊P、Q的重力勢能和電勢能之和一直增大 。D、系統(tǒng)內(nèi)能一直增加 答案:D
結(jié)論:上面的總結(jié)有的小伙伴心里可能覺得總結(jié)的還可以,但是不是太繁瑣,有沒有簡單一點的方法呢?[耶]有,還是我們以前說過的,所有的能量守恒都是動能定理的變形 。大家用動能定理看一看是不是很容易有上面的結(jié)論?
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