- 电势差与电场强度的关系
- 共485题
如图所示,在水平放置的A、B两带点金属板形成的匀强电场中,MN两点之间的连线与竖直方向的夹角为60°.把带电量为q=-1.5×10-8C的点电荷由M点移到N点,克服电场力做了4.2×10-5J的功.MN长为1cm.试求:
(1)该点电荷的电势能如何变化?变化多少?
(2)M、N两点的电势差UMN;
(3)电场强度的大小和方向.
正确答案
(1)该点电荷由M点移到N点,克服电场力做了4.2×10-5J的功,则点电荷的电势能增加了4.2×10-5J的功.
(2)M、N 两点的电势差为:
UMN=-=
V=2800V
(3)电场强度为:
E==
=
V/m=5.6×104V/m
方向为:垂直于极板,由A板指向B板(或竖直向下).
答:(1)该点电荷的电势能增加了4.2×10-5J的功.
(2)M、N两点的电势差UMN为2800V.
(3)电场强度的大小为5.6×104V/m,方向垂直于极板,由A板指向B板(或竖直向下).
如图所示,长度为l的细线一端固定于O点,另一端系一质量为m的带电小球,整个装置置于水平向右的匀强电场(电场区域足够大)中,当小球静止时,细线与竖直方向的夹角为θ=60°.
(1)若将小球拉至O点右方使细线呈水平状态由静止释放,则小球的速度最大时,细线的张力为多少?
(2)现将小球拉至O点左方使细线呈水平状态由静止释放,则小球第一次运动到O点正下方时的速度大小为多少?
正确答案
(1)电场力与重力的合力即等效重力为=G等①
运动到原静止位置时速度最大,设最大速度为v,
则G等l(1-cosθ)=mv2②
T-G等=m③
由①②③得T=2(3-)mg
(2)设小球第一次运动到O点正下方时的速度大小为v1,由图象知小球带正电,则由动能定理知:
mgL+qEL=
tan60°=
联立得V1=
答:(1)若将小球拉至O点右方使细线呈水平状态由静止释放,则小球的速度最大时,细线的张力为T=2(3-)mg;
(2)现将小球拉至O点左方使细线呈水平状态由静止释放,则小球第一次运动到O点正下方时的速度大小为V1=.
如图所示,匀强电场的场强为5×103N/C,现带电荷量为2×10-9C的负电荷,从A点沿直线移动到B点,已知AB间距为20cm,AB与电场线的夹角为60°,试求电场力做的功及电荷电势能的变化.
正确答案
匀强电场的场强为5×103N/C,现带电荷量为2×10-9C的负电荷,从A点沿直线移动到B点,电场力为:
F=qE=2×10-9C×5×103N/C=10-5N,方向竖直向上;
从A点沿直线移动到B点,电场力做功为:
W=F•AB•cos60°=10-5N×0.2m×=10-6J
由于电场力做正功,故电势能减小,减小10-6J;
答:电场力做的功为10-6J,电荷电势能减小10-6J.
在电场中有A、B两点,它们的电势分别为φA=-100V,φB=200V,把电荷量q=-2.0×10-7C的电荷从A点移到B点,是电场力做功还是克服电场力做功?做了多少功?
正确答案
在电场中有A、B两点,它们的电势分别为φA=-100V,φB=200V,故:
UAB=φA-φB=(-100V)-200V=-300V
把电荷量q=-2.0×10-7C的电荷从A点移到B点,电场力做的功为:
WAB=qUAB=-2.0×10-7C×(-300V)=6×10-5J
答:电场力做正功,做了6×10-5J的正功.
如图所示的匀强电场中有a、b、c三点,ab与场强方向平行,bc与场强方向成60°,ab=4cm,bc=10cm,将一个带电量为+2×10-8C的电荷从a移到b时,电场力做功4×10-6J,求:
(1)a、b两点的电势差;
(2)匀强电场的场强大小;
(3)a、c两点的电势差.
正确答案
(1)a、b两点的电势差为:Uab==
=200V;
(2)匀强电场的场强大小为:E==
=5×103V/m
(3)b、c间的电势差为:Ubc=E•dbccos60°=5×103×0.1×=250V
a、c两点的电势差为:Uac=Uab+Ubc=450V.
答:(1)a、b两点的电势差为200V;
(2)匀强电场的场强大小为5×103V/m;
(3)a、c两点的电势差为450V.
如图所示,电荷量为-e,质量为m的电子从A点沿与电场垂直的方向进入匀强电场,初速度为v0,当它通过电场中B点时,速度与场强方向成150°角,不计电子的重力,求:
(1)电子经过B点的速度多大;
(2)AB两点间的电势差多大.
正确答案
(1)电子垂直进入匀强电场中,做类平抛运动,B点的速度 v==2v0,
(2)电子从A运动到B由动能定理得:
-eUAB=mv2-
m
A、B两点间的电势差 UAB==-
答:
(1)电子经过B点的速度为2v0;
(2)AB两点间的电势差为-.
在电场中有A、B两点,UAB=5V,质量m=0.1Kg,电量q=0.25C的带电小球由A点静止释放,只在电场力作用下,到B点时的速度等于多少?
正确答案
由题意知,从A至B过程中只有电场力对小球做功,根据动能定理有:
qUAB=mv2-0
小球到达B点时的速度v==
m/s=5m/s
答:到B点时小球的速度等于5m/s.
如图所示,光滑绝缘杆竖直放置,它与以正点电荷Q为圆心的某一圆周交于B、C两点,质量为m,带电量为-q的有孔小球从杆上A点无初速下滑,已知q<<Q,AB=h,BC=2h,小球滑到B点时速度大小为,则小球从A运动到B的过程中,电场力做的功为______;小球在C点的速度为______.
正确答案
小球由A到B重力和电场力做功,由动能定理,有:
mgh+W=m
-0
解得:
W=m
-mgh=
m×3gh-mgh=
小球从B运动到C过程,电场力做功为零,根据动能定理,有:
mg(2h)=m
-
m
解得:
vC==
=
故答案为:,
.
如图所示为一组未画出方向的匀强电场的电场线把q=1×10-6C的负电荷从A移到B点电场力做功为W1=2×10-6J,A、B间距离为2cm.问:
(1)匀强电场的场强为多大?方向如何?
(2)A、B间的电势差多大?若B点电势为1V,则A点的电势多大?电子在B点的电势能有多少?
正确答案
(1)A、B间电势差为:UAB==
V=-2V
则匀强电场的场强:E==-
=
V/m=200V/m
(2)已知B点电势为φB=1V,由于UAB=φA-φB,则得,A点电势为φA=-1V
电子处于B点时,具有的电势能是Ep=-eφB=1eV
答:(1)匀强电场的场强是200V/m.
(2)若B点电势为1V,则A点电势为-1V.电子处于B点时,具有的电势能是1eV.
如图所示,在虚线DF的右侧整个空间存在着垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感强度B=0.5特,其中在矩形区域DFGH内还分布有水平向左的匀强电场。绝缘光滑斜面倾角θ=60°,其末端与边界DF交于C点,一带正电的小球质量为m=2×10—3kg,从距C点高H=0.8米处的A点由静止释放,离开斜面后,从C点进入DFGH区域后恰能沿直线运动最后从边界HG上的M点进入磁场,取g=10m/s2,求:
(1)小球滑到C点时速度。
(2)电场强度的大小。
(3)如果小球从M点进入磁场后能经过图中的N点,已知MN两点竖直高度差h=0.45米,求小球经过N点时的速度大小。
正确答案
(1)4m/s(2)(3)5m/s
(1)小球下滑,机械能守恒.
………………………①(2分)
解得V0= 4m/s ………………………②(2分)
(2)做直线运动,分析可知一定为匀速直线运动,由平衡条件知
………………………③(4分
解得E=(2分)
(3)进入磁场区域,洛伦兹力不做功,机械能守恒,有
………………………⑤(4分)
可知VN=5m/s ……………⑥(2分)
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