电场力做功的几种计算方法 学法指导 不分版本

电场力做功的几种计算方法

马栋梁

由于电场力做功具有与路径无关，而仅与始末位置的电势差有关的特点，所以计算电场力做功可用多种方法。

1. 根据功的定义，用θ⋅=cos s F W 计算。此法仅适用于匀强电场中电场力做功的计算。 例1. 两带电小球，电荷量分别为q +和q -，固定在一长度为l 的绝缘细杆的两端，置于电场强度为E 的匀强电场中，杆与场强方向平行，其位置如图1所示。若此杆绕过O 点，垂直于杆的轴线转过180°，则在此转动过程中电场力做的功为多少？

图1

解析：因在电场中任意两点移动电荷时，电场力对电荷做的功，与移动电荷的路径无关，可设想两电荷均沿绝缘杆移动到相应位置，则l l l l l Eq 2Eq Eq F F W =+=+=。

2. 用qU W =计算。此法适用于任何电场。运算时q 、U 可只取绝对值，对于功W 的正负，可依据提供的物理模型，或根据题设条件构想物理模型，利用相关知识判定。

例2. 在电场中有A 、B 两点，它们的电势分别是为V 200V 100B A =ϕ-=ϕ，。把电荷量C 100.2q 7-⨯-=的电荷从A 点移动到B 点，是电场力做功，还是克服电场力做功？做了多少功？

解析：根据A 点电势低于B 点电势，可知始、终两点间的电场线的方向是由B 至A ，画出表示电场线方向的矢量线E ；根据负电荷所受的电场力方向与电场线方向相反，再画出表示电场力方向的矢量线F ；最后画出表示电荷移动方向（A →B ）的矢量线s 。由图2可以看出F 与s 方向相同，所以是电场力做功，电场力所做功的大小为：

A B

F

s

E

图2

|U ||q |W AB ⋅= J 100.6J

|)200()100(||100.2|57--⨯=--⨯⨯-=

3. 利用结论“电场力做的功等于电荷电势能增量的负值”（或等于电势能的变化）计算。这个方法在已知电荷电势能的值时比较方便，此法利用了功能关系，适用于任何电场。 例3. 如图3所示，在同一条电场线上，有A 、B 、C 三点，三点的电势分别是V 5A =ϕ，V 0V 2C B =ϕ-=ϕ，，将电荷量C 106q 6-⨯-=的点电荷从A 移到B 电场力做功多少？电势能变化了多少？若将该电荷从B 移到C ，电场力做功多少？电势能变化了多少？

A C B

图3 解析：电荷在A 、B 、C 三点的电势能分别为

J 5)106(q 6A A ⨯⨯-=ϕ=ε-

J 1035-⨯-=

J )2()106(q 6B B -⨯⨯-=ϕ=ε-

J 102.15-⨯=

J 0q C C =ϕ=ε

故)(W A B AB ε-ε-=

J 102.4)]103(102.1[555---⨯-=⨯--⨯-=

因此电势能增加了J 102.45-⨯ )(W B C BC ε-ε-= J )102.10(5-⨯--=

J 102.15-⨯=

因此电势能减少了J 102.15-⨯。

4. 利用动能定理计算，在知道电荷动能的改变量，以及知道除电场力以外其它力做功多少时，使用动能定理较方便。

例4. 一个带正电的质点，电荷量C 100.2q 9-⨯+=，在静电场中由a 点移到b 点，在这过程，除电场力外，其它力做的功为J 100.65-⨯，质点的动能增加了J 100.85-⨯，则电场力对质点做的功ab W 是多少？a 、b 两点间电势差ab U 为多少？

解析：由动能定理k E W ∆=得

J 100.8J 100.6W 55ab --⨯=⨯+

因为J 100.2W 5ab -⨯=

又ab ab qU W = 所以V 101V 100.2100.2q W U 495

ab ab ⨯=⨯⨯==--。