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这是一道关于外力克服电磁力做功的物理选择题。让我们来分析一下。当外力克服电磁力对电荷做功时,意味着外力做正功,而电磁力做负功。根据能量守恒定律,电磁力做负功会导致电荷的电势能增加,这表示电荷一定是从电势能小的地方移动到电势能大的地方。因此正确答案是D选项。
让我们深入理解功与能量的关系。外力做功等于动能的变化,而电磁力做功等于电势能变化的负值。当外力克服电磁力做功时,外力做正功,电磁力做负功,这导致电势能增加。从图中可以看到,电荷沿着电势能增加的方向移动,从低电势能处移向高电势能处。
现在我们逐一分析各个选项。选项A和B都涉及动能变化,但动能的变化取决于合外力做功,而不仅仅是外力做功,所以这两个选项都是错误的。选项C说电荷从电势能大处移向小处,这与实际情况相反。只有选项D正确,当外力克服电磁力做功时,电磁力做负功导致电势能增加,电荷必然从电势能小的地方移向电势能大的地方。
让我们通过数学推导来验证答案。当外力克服电磁力做功时,外力做正功,电磁力做负功。根据电磁力做功与电势能的关系,电磁力做功等于电势能变化的负值。由于电磁力做负功,所以电势能变化为正值,即电势能增加。这证明了电荷确实从电势能小的地方移动到电势能大的地方,选项D是正确的。
总结一下这道题的关键点。当外力克服电磁力对电荷做功时,外力做正功而电磁力做负功。根据能量守恒定律,电磁力做负功会导致电荷的电势能增加。这意味着电荷一定是从电势能较小的地方移动到电势能较大的地方。因此,正确答案是选项D。这类题目的关键在于理解功与能量变化的关系。