在探讨电场与力学之间关系的过程中,我们深刻理解到能量的转换与守恒定律。那么,在电场中运动的带电粒子又存在着怎样的能量守恒关系呢?
设一实线代表电场线,虚线为等势面,等势面间的电势差相等。一个带正电的粒子在等势面L3处具有20J的动能,当其移动至L1处时,动能降为0。若以L2为参考平面,当粒子电势能为4J时,我们可轻易地通过电势能与动能之和的守恒关系推算出其此时的动能。
解析:依据我们的理论,电势能与动能的和是恒定的。由题意知,初始和最终状态的电势能差与动能差相等。我们可以轻松地推导出粒子在特定电势能下的动能。
考虑一个带负电的油滴在匀强电场中沿水平方向运动。已知其质量、重力加速度及初始速度等信息。当油滴达到最高点B时,其速度与初始速度相同。请分析B点的位置。
解析:根据能量守恒原理,油滴在A、B两点的动能相同。由于B点位置高于A点,所以B点的重力势能较大。根据能量守恒,我们可以推导出B点时的电势能较A点小,这表明电场力对油滴做了正功。油滴将逆着电场线方向移动以使电场力做正功。
考虑一个带正电的物体在匀强电场中沿水平方向运动。物体经过A点时动能为100J,到达B点时动能减少80J且电势能增加48J。请问当物体再次回到A点时动能是多少?
示例:考虑一个粗糙的绝缘斜面上的带电小物块Q在斜面上运动的情况。当小物块Q沿斜面向上运动时,系统内部的能量变化关系符合能量守恒原理。