- 电场:电流
- 共19537题
一个带正电的质点,电量q=2.0×10-9C,在静电场中由a点移到b点,在这一过程中,电场力做功为2.0×10-5 J,若该电荷又从b点移动到c点,此过程中克服电场力做功为4.0×10-5J,选择b点为零势能点,则:
(1)a、b两点间的电势差Uab是多少?
(2)c点的电势是多少?
(3)该电荷在a点具有的电势能是多大?
正确答案
解:(1)在静电场中由a点移到b点电场力做功为2.0×10-5J,根据Wab=qUab,
解得:Uab==1×104V
(2)在静电场中由b点移到c点克服电场力做功为4.0×10-5J,说明电场力做负功,则根据电场力做功的公式有:
Wbc=qUbc
解得:Ubc==-2×104V,
若取b点电势为0,则Ubc=φb-φc=-2×104V,
得:φc=2×104V,
(3)同理,则φa=1×104V,则a点的电势能为:
EPa=φaq=1×104×2×10-9=2×10-5J.
答:(1)a、b两点间的电势差Uab是1×104V;
(2)c点的电势是2×104V;
(3)该电荷在a点具有的电势能是2×10-5J.
解析
解:(1)在静电场中由a点移到b点电场力做功为2.0×10-5J,根据Wab=qUab,
解得:Uab==1×104V
(2)在静电场中由b点移到c点克服电场力做功为4.0×10-5J,说明电场力做负功,则根据电场力做功的公式有:
Wbc=qUbc
解得:Ubc==-2×104V,
若取b点电势为0,则Ubc=φb-φc=-2×104V,
得:φc=2×104V,
(3)同理,则φa=1×104V,则a点的电势能为:
EPa=φaq=1×104×2×10-9=2×10-5J.
答:(1)a、b两点间的电势差Uab是1×104V;
(2)c点的电势是2×104V;
(3)该电荷在a点具有的电势能是2×10-5J.
如图所示,一竖直固定且光滑绝缘的直圆筒底部放置一可视为点电荷的场源电荷A,已知带电量Q=+4×10-3 C的场源电荷A形成的电场中各点的电势表达式为
,其中静电力恒量k=9×109 N•m2/C2,r为空间某点到A的距离.现有一个质量为m=0.1kg的带正电的小球B,它与A球间的距离为a=0.4m,此时小球B处于平衡状态,且小球B在场源电荷A形成的电场中具有的电势能表达式为
,其中r为q与Q之间的距离.另一质量也为m的不带电绝缘小球C从距离B的上方某处自由下落,落在小球B上立刻与小球B粘在一起以2m/s的速度向下运动,它们到达最低点后又向上运动,向上运动到达的最高点为P.求:(不计空气阻力,结果可以保留根式)
(1)小球B的带电量q为多少?
(2)当小球B和C一起向下运动与场源电荷A距离多远时,其速度最大?
(3)P点与小球A之间的距离为多大?
正确答案
解:(1)小球B在碰撞前处于平衡状态,对B球进行受力分析知:
代入数据得:C
(2)当C和B向下运动的速度最大时,与A之间的距离为y,对C和B整体进行受力分析,由平衡条件得:有:
代入数据有:y=0.28m(或y=m)
(3)C和B向下运动到最低点后又向上运动到P点,运动过程中系统能量守恒,设P与A之间的距离为x,由能量守恒得:
代入数据得:x=0.68m或x=(0.4+)m
答:(1)小球B的带电量q为×10-8C.(2)当小球B和C一起向下运动与场源电荷A距离0.28m时,其速度最大.(3)P点与小球A之间的距离为0.68m.
解析
解:(1)小球B在碰撞前处于平衡状态,对B球进行受力分析知:
代入数据得:C
(2)当C和B向下运动的速度最大时,与A之间的距离为y,对C和B整体进行受力分析,由平衡条件得:有:
代入数据有:y=0.28m(或y=m)
(3)C和B向下运动到最低点后又向上运动到P点,运动过程中系统能量守恒,设P与A之间的距离为x,由能量守恒得:
代入数据得:x=0.68m或x=(0.4+)m
答:(1)小球B的带电量q为×10-8C.(2)当小球B和C一起向下运动与场源电荷A距离0.28m时,其速度最大.(3)P点与小球A之间的距离为0.68m.
如图所示,匀强电场方向水平向右,竖直平面内的轨道Ⅰ和Ⅱ都由两段直杆连接而成,两轨道长度相等.在电场力作用下,穿在轨道最低点B的静止绝缘带电小球,分别沿Ⅰ和Ⅱ运动至最高点A,电场力的平均功率分别为P1、P2;机械能增量分别为△E1、△E2.假定球在经过轨道转折点前后速度大小不变,且球与Ⅰ、Ⅱ轨道间的动摩擦因数相等,则( )
正确答案
解析
解:带电小球从B运动到A初末位置相同,电场力做功相同,故根据动能定理可得△Ek=qUBA-mgh,电场力做功相同,重力做功相同,故动能的变化量相同,
作出在两个轨道上运动的速度时间图线如图所示,由于路程相等,则图线与时间轴围成的面积相等,由图可知,t1>t2.由电场力的平均功率为P=
可知,;P1<P2故D正确,A、B、C错误.
故选:D
(2015秋•乌兰察布校级期中)在静电场中,将一电量为q=1.5×10-6C的正电荷从A点移到B点,电场力做功为3×10-4J.如果将该电荷从B点移到C点,克服电场力做功1.5×10-4J.求静电场中A点和C点间的电势差.
正确答案
解:AB间的电势差为:
BC间的电势差为:
AC间电势差为U=UAB+UBC=200-100V=100V
答:静电场中A点和C点间的电势差为100V
解析
解:AB间的电势差为:
BC间的电势差为:
AC间电势差为U=UAB+UBC=200-100V=100V
答:静电场中A点和C点间的电势差为100V
一带电粒子在电场中仅受静电力作用,从O点出发沿x轴正方向做初速度为零的直线运动,其电势能Ep与位移x的关系如图所示,则以下所示的图象中正确的是( )
正确答案
解析
解:粒子仅受电场力作用,做初速度为零的加速直线运动,电场力做功等于电势能的减小量,故:F=||,即Ep-x图象上某点的切线的斜率表示电场力;
A、Ep-x图象上某点的切线的斜率表示电场力,故电场力逐渐减小,根据E=,故电场强度也逐渐减小;故A错误;
B、根据动能定理,有:F•△x=△Ek,故Ek-x图线上某点切线的斜率表示电场力;由于电场力逐渐减小,与B图矛盾,故B错误;
C、按照C图,速度随着位移均匀增加,而相同位移所用的时间逐渐减小(加速运动),故加速度逐渐增加;而电场力减小导致加速度减小;故矛盾,故C错误;
D、粒子做加速度减小的加速运动,故D正确;
故选:D.
在静电场中,有一带电荷量q=9×10-6C的点电荷,从电场中A点移到B点时,克服静电力做功18×10-4J,从B点移到C点时静电力做功27×10-4J.则:
(1)A、B、C三点的电势高低关系是怎样的?
(2)求AB、BC的电势差UAB、UBC.
正确答案
解:正电荷从A移到B点的过程,电荷克服电场力做功,可见正电荷从电势高处移至电势低处.即φA<φB
AB间的电势差为:UAB=
正电荷从B移至C,电场力做正功,可见正电荷从电势低处移至电势高处,即φC<φB
BC间的电势差:UBC=
由上可知,φB>φA>φc;
答:(1)A、B、C三点的电势高低关系是)φB>φA>φc;
(2)AB、BC的电势差UAB=-200V,UBC=300V.
解析
解:正电荷从A移到B点的过程,电荷克服电场力做功,可见正电荷从电势高处移至电势低处.即φA<φB
AB间的电势差为:UAB=
正电荷从B移至C,电场力做正功,可见正电荷从电势低处移至电势高处,即φC<φB
BC间的电势差:UBC=
由上可知,φB>φA>φc;
答:(1)A、B、C三点的电势高低关系是)φB>φA>φc;
(2)AB、BC的电势差UAB=-200V,UBC=300V.
在电场中把一个电荷量为6×10-6C的正电荷从A点移到B点,克服电场力做功3×10-5J,再将1.2×10-5C的负电荷从A点移到B点,电场力又做了多少功?负电荷的电势能怎样变化?变化了多少?
正确答案
解:AB间的电势差为
电场力做功为W
负电荷做正功,电势能减小,减小量为6×10-5J
答:电场力又做功为6×10-5J,负电荷的电势能减小,变化了6×10-5J
解析
解:AB间的电势差为
电场力做功为W
负电荷做正功,电势能减小,减小量为6×10-5J
答:电场力又做功为6×10-5J,负电荷的电势能减小,变化了6×10-5J
有一个带电量q=-3.0×10-6C的点电荷,从电场中的A点移到B点时,克服电场力做功6.0×10-4J,从B点移到C点时,电场力做功9.0×10-4J.试问:
(1)A、B、C三点之间的电势差UAB 和UCA各是多少?
(2)若规定B点电势为零,则A、C两点的电势φA和φC各是多少?该电荷在A、C两点的 电势能EPA和EPC分别又是多少?
正确答案
解:(1)由电势差和电场力做功的关系可得:
UAB==
=200V
UBC==
=-300V
UCA=-UAC=-(UAB+UBC)=100V
(2)因为ΦB=0,由UAB=φA-φB,UCA=φC-φA,得 ΦA=200V,ΦC=300V
由电势和电势能的关系可得:
EpA=ΦAq=-6.0×10-4J
EpC=ΦCq=-9.0×10-4J
答:
(1)A、B、C三点之间的电势差UAB 和UCA各是200V和100V.
(2)A、C两点的电势φA和φC各是200V和300V,该电荷在A、C两点的电势能EPA和EPC分别是-6.0×10-4J 和-9.0×10-4J.
解析
解:(1)由电势差和电场力做功的关系可得:
UAB==
=200V
UBC==
=-300V
UCA=-UAC=-(UAB+UBC)=100V
(2)因为ΦB=0,由UAB=φA-φB,UCA=φC-φA,得 ΦA=200V,ΦC=300V
由电势和电势能的关系可得:
EpA=ΦAq=-6.0×10-4J
EpC=ΦCq=-9.0×10-4J
答:
(1)A、B、C三点之间的电势差UAB 和UCA各是200V和100V.
(2)A、C两点的电势φA和φC各是200V和300V,该电荷在A、C两点的电势能EPA和EPC分别是-6.0×10-4J 和-9.0×10-4J.
两无限大平行平面均匀带电,电荷的面密度分别为±σ,求平面各部分电场分布.
正确答案
解:电荷的面密度为σ的平行板电容器板间场强为 E=
又C=、C=
、εr=1、Q=Sσ
联立解得 E=4πσ
据题理想的平行板电容器可看成是两个无限大的带电平板组成,则知一板无限大的带电平板周围产生的电场强度是 E′=E=2πσ
答:平面各部分电场分布为2πσ
解析
解:电荷的面密度为σ的平行板电容器板间场强为 E=
又C=、C=
、εr=1、Q=Sσ
联立解得 E=4πσ
据题理想的平行板电容器可看成是两个无限大的带电平板组成,则知一板无限大的带电平板周围产生的电场强度是 E′=E=2πσ
答:平面各部分电场分布为2πσ
(2015秋•胶州市期中)如图,A、B、C是匀强电场中的三点,已知φA=10V,φB=4V,φC=-2V,∠A=30°,∠B=90°,AC=4
cm,
(1)在图中画出该电场中的一条电场线(要有作图的过程,只画一条电场线不给分);
(2)场强E的大小.
正确答案
解:(1)如图所示,用D、F、G把AC四等分,因此φD=7 V,φF=4 V,φG=1 V,连结BF直线便是电场中电势为4 V的等势线,过该等势线上任一点M作垂线并指向电势降落方向,便得到一条电场线.
(2)如图,B、C两点在场强方向上的距离dBC=CN=CFsin60°=×
cm=3 cm,所以由E=
V/m=200 V/m.
答:(1)电场线如解析图中ME所示 (2)场强E的大小为200 V/m
解析
解:(1)如图所示,用D、F、G把AC四等分,因此φD=7 V,φF=4 V,φG=1 V,连结BF直线便是电场中电势为4 V的等势线,过该等势线上任一点M作垂线并指向电势降落方向,便得到一条电场线.
(2)如图,B、C两点在场强方向上的距离dBC=CN=CFsin60°=×
cm=3 cm,所以由E=
V/m=200 V/m.
答:(1)电场线如解析图中ME所示 (2)场强E的大小为200 V/m
如图所示为一组未知方向的匀强电场的电场线,将带电荷量为q=-1.0×10-6C的点电荷由A点沿水平线移至B点,克服静电力做了2×10-6J的功,已知A、B间的距离为2cm.
(1)试求A、B两点间的电势差UAB;
(2)若A点的电势为φA=1V,试求B点的电势φB.
正确答案
解:(1)由题意可知,静电力做负功,有:
根据UAB=
得:UAB=2V
(2)由UAB=φA-φB,可得φB=φA-UAB=1V-2V=-1V
答:(1)试求A、B两点间的电势差UAB2V
(2)若A点的电势为φA=1V,试求B点的电势φB为-1V
解析
解:(1)由题意可知,静电力做负功,有:
根据UAB=
得:UAB=2V
(2)由UAB=φA-φB,可得φB=φA-UAB=1V-2V=-1V
答:(1)试求A、B两点间的电势差UAB2V
(2)若A点的电势为φA=1V,试求B点的电势φB为-1V
如图所示,实现为一条电场线,虚线为电场中的两个等势面,已知φA=60V,电子在静电力作用下由A点运动到B点时做功为40eV,求出φB并标出电场线方向.
正确答案
解:由题,电子在静电力作用下由A点运动到B点时做功为40eV,
根据公式:qUAB=W,解得:UAB==-
=-40V;
再由UAB=φA-φB,已知φA=60V,则有:φB=φA-UAB=60V-(-40V)=100V;
根据沿着电场线方向,电势降低,且电场线垂直于等势面,那么电场线方向由B到A,
如图所示:
.
答:因此φB为100V,且电场线方向由B到A.
解析
解:由题,电子在静电力作用下由A点运动到B点时做功为40eV,
根据公式:qUAB=W,解得:UAB==-
=-40V;
再由UAB=φA-φB,已知φA=60V,则有:φB=φA-UAB=60V-(-40V)=100V;
根据沿着电场线方向,电势降低,且电场线垂直于等势面,那么电场线方向由B到A,
如图所示:
.
答:因此φB为100V,且电场线方向由B到A.
(2016•浦东新区一模)在匀强电场中建立空间坐标系O-xyz,电场线与xOy平面平行,与xOz平面夹角37°,在xOz平面内有A、B、C三点,三点连线构成等边三角形,其中一边与Ox轴重合.已知点电荷q=-1.0×10-8C在A点所受电场力大小为1.25×10-5N;将其从A点移到B点过程中克服电场力做功2.0×10-6J,从B点移到C点其电势能减少4.0×10-6J,则A、B、C三点中电势最高的点是______点,等边三角形的边长为______m.(cos37°=0.8,sin37°=0.6)
正确答案
C
0.4
解析
解:将负点电荷从A点移到B点过程中克服电场力做功2.0×10-6J,电势能增大2.0×10-6J,从B点移到C点其电势能减少4.0×10-6J,所以C点的电势能最小,由推论:负电荷在电势高处电势能小,在电势低处电势能大,则C点的电势最高.
由于点电荷从B移动到C电势能变化量最大,由等边三角形的对称性可知,BC边应与x轴重合,设等边三角形的边长为L.
从B点移到C点电场力做功 W=4.0×10-6J
已知点电荷q=-1.0×10-8C在A点所受电场力大小为 F=1.25×10-5N,由W=FLcos37°得 L==
=0.4m
故答案为:C;0.4.
真空中有一电场,在电场中的P点放一电荷量为-4×10-9C的检验电荷,它受到的电场力为2×10-5N,方向向右,则P点的场强大小为______N/C,方向向______.把检验电荷的电荷量变为+2×10-9C,则检验电荷所受到的电场力大小为______N,方向向______.如果把这个检验电荷取走,则P点的场强大小为______N/C,方向向______.
正确答案
5000
左
1×10-5N
左
5000
左
解析
解:由题意:检验电荷的电荷量 q=-4×10-9C,所受的静电力 F=2×10-5N,则P点的场强为:
E=N/C=5000N/C.场强方向向左.
把检验电荷的电荷量改为2×10-9C,该点的场强大小不变,仍为5000N/C.
则检验电荷所受到的静电力为:F′=q′E=2×10-9×5000N=1×10-5N,方向向左.
故答案为:5000,左,1×10-5N,左,5000,向左
如图所示,固定于同一条竖直线上的A、B是两个带等量异种电荷的点电荷,电荷量分别为+Q和-Q,A、B相距为2d.MN是竖直放置的光滑绝缘细杆,另有一个穿过细杆的带电小球p,质量为m、电荷量为+q(可视为点电荷,不影响电场的分布.),现将小球p从与点电荷A等高的C处由静止开始释放,小球p向下运动到距C点距离为d的O点时,速度为v.已知MN与AB之间的距离为d,静电力常量为k,重力加速度为g.求:
(1)C、O间的电势差UCO;
(2)O点处的电场强度E的大小.
正确答案
解答:(1)小球p由C运动到O时,由动能定理,
得:
∴
(2)小球p经过O点时受力如图:由库仑定律得:
它们的合力为:
∴O点处的电场强度,
答:(1)C、O间的电势差;
(2)O点处的电场强度E的大小为.
解析
解答:(1)小球p由C运动到O时,由动能定理,
得:
∴
(2)小球p经过O点时受力如图:由库仑定律得:
它们的合力为:
∴O点处的电场强度,
答:(1)C、O间的电势差;
(2)O点处的电场强度E的大小为.
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