我們前面已經討論過,動能定理的適用范圍比牛頓定理要廣,所以動能定理在電場中也是適用的。
電場中的動能定理可表示為qU+=?mV′2-?mV2。(U為兩點間的電位差)
均勻電場中的動能定理表達式為:θ+=?mV′2-?mV2,其中q為電荷(正電荷用正值表示,負電荷用負值表示),E為場強,d為兩點間距離。
顯然,電力做正功時,動能增加,電力做負功時,動能減少。我們繼續舉個例子。
如圖所示,O、A、B為同一垂直平面內三點,OB在垂直方向,∠BOA=60°,OB=3/2OA,一個質量為m的小球以一定的初動能從O點向右水平拋出,運動過程中小球剛好經過A點,使小球帶上電荷q(q>0)留學之路,同時外加一個均勻電場,場強方向與△OAB所在平面平行。現將此帶電小球以同樣的初動能從O點向某一方向拋出,小球經過A點,到達A點時的動能為初動能的3倍。若將此小球以同樣的初動能從O點向另一方向拋出,剛好經過B點,到達B點時的動能為初動能的6倍,重力加速度的大小為g,求:
(1)當沒有電場時,小球到達A點時的動能與其初始動能之比;
(2)電場強度的大小和方向。
分析:不管這道題有多復雜,我們還是按照前面說的一步一步來。顯然第一步是紅色文字部分,也就是橫著扔。橫著扔是橫著豎著的。水平方向:a=0,v1=v,x=vt,豎直方向:a=g,v2=gt,y=?gt2動能定理適用條件,補充條件:x/y=tan60°。所以E結束/E開始=(?mv12+?mv22)/?mv2=7/3。
第二個過程是綠色文字部分動能定理適用條件,電場中的動能定理 ° + qUOA = 3E初始 - E初始
第三個過程是藍色文字部分,電場中的動能定理mgOB+qUOB=6E初-E初
補充條件:OB=3/2OA
通過計算可得到UOA與UOB的關系,進而可知等位面,其余不再贅述。
通過這道題希望大家對電場中的動能定理有一個更加直觀、清晰的認識。
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