1、由功的定義式W=Fscosθ來計(jì)算。
在高中階段,要求式中F為恒力,所以此法僅適用于勻強(qiáng)電場中電場力做功的計(jì)算或判斷電場力做功的正負(fù)。
2、用結(jié)論“電場力做的功等于電荷電勢能增量的負(fù)值”來計(jì)算,即W=-△ε。
這個(gè)方法在已知電荷電勢能的值的情況下比較方便。
3、用WAB=qUAB來計(jì)算
此時(shí),一般又有兩種處理方法:一是嚴(yán)格帶符號(hào)運(yùn)算,q和UAB均考慮正和負(fù),所得W的正、負(fù)直接表示電場力做功的正負(fù),二是只取絕對值進(jìn)行計(jì)算,所以W只是功的數(shù)值,至于做功的正負(fù),可用力學(xué)知識(shí)判定。
4、用動(dòng)能定理W電+W其他=△Ek計(jì)算
它是能量轉(zhuǎn)化與守恒定律在電場中的應(yīng)用,不僅適用于勻強(qiáng)電場,也適用于非勻強(qiáng)電場中電場力做功的計(jì)算。
例1、 電場中a、b兩點(diǎn),已知,將帶電量為q=-4×10-9C的點(diǎn)電荷從a移到b時(shí),電場力做了多少功?是正功還是負(fù)功?
解法一:用W=-△ε計(jì)算
電荷在a、b處的電勢能分別為:
現(xiàn)從a到b,由W=-△ε得
W=-(εb-εa)=8×10-6J,W>0,表示電場力做正功
解法二:用WAB=qUAB計(jì)算
1、帶符號(hào)運(yùn)算:
從a到b,
因?yàn)閃>0,所以電場力做正功
2、取絕對值進(jìn)行計(jì)算:
W=qU=4×10-9×2000J=8×10-6J(注意符號(hào)僅為數(shù)值)
因?yàn)槭秦?fù)電荷從電勢低處移至電勢高處,所以電場力做正功。
例2、如圖1所示,光滑絕緣細(xì)桿豎直放置,它與以正點(diǎn)荷Q為圓心的某一圓周交于B、C兩點(diǎn),質(zhì)量為m、帶電量為-q的有孔小球從桿上A點(diǎn)無初速下滑,已知q遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Q,AB=h,小球滑到B點(diǎn)時(shí)的速度大小為,求:
1)小球由A到B過程中電場力做的功
2)AC兩點(diǎn)的電勢差
解析:1)因小球由A到B只有電場力和重力做功,則由動(dòng)能定理可得:
即
則電場力做的功為:
2)因?yàn)锽、C是在電荷Q產(chǎn)生的電場中處在同一等勢面上的兩點(diǎn),即,則可得:
即A、C兩點(diǎn)間的電勢差為
例3、如圖2所示,豎直面內(nèi)正電荷從A處沿圓弧運(yùn)動(dòng)到B處,勻強(qiáng)電場的方向正好沿著半徑OB豎直向上,若電荷電量為q,圓弧半徑為R,場強(qiáng)為E,求電場力所做的功。
解析:按題意,A點(diǎn)與圓心O處于同一等勢線上,則A、B間的電勢差等同于O、B間的電勢差,令其為U,則在勻強(qiáng)電場中U=ER。
則W=qU=qER
從圖中易知本題屬正電荷逆電場方向移動(dòng),電場力與位移方向的夾角大于90°,故電場力做負(fù)功。
在W=qER中,qE是電荷在勻強(qiáng)電場中受的恒力,R是電荷在電場力方向上移動(dòng)的距離,所以在勻強(qiáng)電場中,不管電荷移動(dòng)路徑如何,用電場力乘電荷在電場力方向上移過的距離就是電場力做功的值,此點(diǎn)與計(jì)算重力做功十分相似。
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