小議電勢(shì)能大小的判斷方法及其運(yùn)用

電場(chǎng)力做功必然引起電勢(shì)能的改變，而電勢(shì)能的概念極為抽象，教材對(duì)這一概念的描述也極為簡(jiǎn)略，學(xué)生在學(xué)習(xí)這一部分內(nèi)容時(shí)感覺(jué)很困難，對(duì)電勢(shì)能大小的判斷往往不知從何處入手。根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為電勢(shì)能大小的判斷可以采取以下幾種方法。

第一，場(chǎng)源判斷法:離場(chǎng)源正(負(fù))電荷越近，檢驗(yàn)正電荷的電勢(shì)能越大(小)，檢驗(yàn)負(fù)電荷的電勢(shì)能越小(大)。

第二，電場(chǎng)線法:正(負(fù))電荷順著電場(chǎng)線方向移動(dòng)時(shí)，電勢(shì)能逐漸減小(增大);逆著電場(chǎng)線的方向移動(dòng)時(shí)，電勢(shì)能逐漸增大(減小)。

第三，公式判斷法:電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)P的電勢(shì)能EP=qΦP，將q、Φp的大小、正負(fù)代入公式，EP的正值越大，電勢(shì)能越大;EP負(fù)值絕對(duì)值越大，電勢(shì)能越小。

第四，做功判斷法:無(wú)論正、負(fù)電荷，電場(chǎng)力做正功，電荷從電勢(shì)能較大的地方移向電勢(shì)能較小的地方;反之電荷克服電場(chǎng)力做功，電荷從電勢(shì)能較小的地方移向電勢(shì)能較大的地方。

第五，根據(jù)能量守恒定律判斷:在電場(chǎng)中，若只有電場(chǎng)力做功時(shí)，電荷的動(dòng)能和電勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化。若動(dòng)能增加，電勢(shì)能減小。反之，電勢(shì)能增加。

下面結(jié)合兩道例題談?wù)勁袛嚯妱?shì)能大小的常用方法。

圖1

【例1】 (2009年安徽卷)在光滑的絕緣水平面上，有一個(gè)正方形abcd，頂點(diǎn)a、c處分別固定一個(gè)正點(diǎn)電荷，電荷量相等，如圖1所示。若將一個(gè)帶負(fù)電的粒子置于b點(diǎn)，自由釋放，粒子將沿著對(duì)角線bd往復(fù)運(yùn)動(dòng)。粒子從b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到d點(diǎn)的過(guò)程中()。

A.先做勻加速運(yùn)動(dòng)，后做勻減速運(yùn)動(dòng)

B.先從高電勢(shì)到低電勢(shì)，后從低電勢(shì)到高電勢(shì)

C.電勢(shì)能與機(jī)械能之和先增大，后減小

D.電勢(shì)能先減小，后增大

分析:由于負(fù)電荷受到的電場(chǎng)力是變力，加速度是變化的。所以A錯(cuò);由等量正電荷的電場(chǎng)分布知道，在兩電荷連線的中垂線O點(diǎn)的電勢(shì)最高，所以從b到a，電勢(shì)是先增大后減小，故B錯(cuò);由于只有電場(chǎng)力做功，所以只有電勢(shì)能與動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化，故電勢(shì)能與機(jī)械能的和守恒，C錯(cuò);由b到O電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小，由O到d電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，D正確。

【例2】 (2009年山東卷)如圖2所示，在x軸上關(guān)于原點(diǎn)O對(duì)稱的兩點(diǎn)固定放置等量異種點(diǎn)電荷+Q和-Q，x軸上的P點(diǎn)位于O點(diǎn)的右側(cè)。下列判斷正確的是()。

A.在x軸上還有一點(diǎn)與P點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度相同

B.在x軸上還有兩點(diǎn)與P點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度相同

C.若將一試探電荷+q從P點(diǎn)移至O點(diǎn)，電勢(shì)能增大

D.若將一試探電荷+q從P點(diǎn)移至O點(diǎn)，電勢(shì)能減小

分析:根據(jù)等量正負(fù)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)分布可知，在x軸上還有一點(diǎn)與P點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度相同，即和P點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱，A正確。若將一試探電荷+q從P點(diǎn)移至O點(diǎn)，電場(chǎng)力先做正功后做負(fù)功，所以電勢(shì)能先減小后增大。一般規(guī)定無(wú)窮遠(yuǎn)電勢(shì)為零，過(guò)O點(diǎn)的中垂線電勢(shì)也為零，所以試探電荷+q在P點(diǎn)時(shí)電勢(shì)能為負(fù)值，移至O點(diǎn)時(shí)電勢(shì)能為零，所以電勢(shì)能增大，C正確。

由此可見(jiàn)，首先要熟悉掌握等量正負(fù)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)分布。知道WAB=EPA-EPB，即電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，電勢(shì)能減少;電場(chǎng)力做負(fù)功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能，電勢(shì)能增加，即W=-ΔE。

盡管電勢(shì)能大小的判斷方法較多，從上述兩道高考題可以看出，用做功或用能量守恒定律確定電勢(shì)能的大小是我們常用的方法。

(責(zé)任編輯 黃春香)