- 电势差与电场强度的关系
- 共485题
如图所示,匀强电场中,直角三角形ABC的平面与匀强电场方向平行,边长AB=8cm、BC=6cm.把电荷量q=-2×10-10C的点电荷由A点移到B点,静电力做功W1=1.6×10-9J;再由B点移到C点,克服静电力做功W2=1.6×10-9J.已知sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
(1)A、B和B、C间的电势差UAB和UBC;
(2)该电场的电场强度E大小和方向.
正确答案
(1)根据U=,分别可求AB间和BC间的电势差,
即UAB==
=-8V
UBC==
=8V.①
(2)据UAB=-8V 和UBC=8V可知:A点和C点电势相等,即直线AC是等势线;根据场强方向与等势线垂直,判断场强的方向.
由几何关系知,B点到直线AC的距离:d=ABsin37°…②
匀强电场电势差与场强的关系式得:E=…③
联立①②③解之得:E=1.67×102V/m 方向与AC垂直斜向下;
答:(1)A、B和B、C间的电势差分别为-8V和8V;(2)该电场的电场强度E大小为1.67×102V/m,方向方向与AC垂直斜向下.
在研究微观粒子时常用电子伏特(eV)作能量的单位,1 eV等于一个电子经过1 V的电压加速后所增加的动能,那么1 eV=____________J.
正确答案
1.60×10-19
1 eV=qU=1.60×10-19×1 J=1.60×10-19 J.
水平放置的两金属板相距为d,充电后,其间形成匀强电场,一带电荷量为q、质量为m的液滴从下板边缘射入电场,并沿直线从上板边缘射出,如图所示,求两金属板间的电势差为多少?
正确答案
依据题意可知带电液滴做匀速直线运动,则有:Eq=mg,解得:E=
又因为U=Ed,解得:U=.
如图13-7-9所示,实线为匀强电场中的电场线,虚线为等势面,且相邻等势面间的电势差相等.一正电荷在等势面A处的动能为20 J,运动到等势面C处的动能为零.现取B等势面为零电势能面,则当此电荷的电势能为2 J时的动能是__________J.(不计重力和空气阻力)
图13-7-9 图13-7-10
正确答案
8
由于AB间及BC间电势差相等,故正电荷由A运动到B及由B运动到C过程中,电场力做功相等.根据动能定理有WAB+WBC=0-20,WAB="-10" J
故电荷运动到等势面B时,其动能EkB为WAB=EkB-20,EkB="10" J
所以,该电荷动能和电势能总和为(10+0)="10" J.故当其电势能为2 J时,其动能为8 J.
平行的金属板A、B间是匀强电场,如图13-7-11所示,两板间的距离是5 cm,两板间的电压是60 V.
(1)求两板间的场强;
(2)电场中有P、Q两点,P点离A板的距离为0.5 cm,Q点离B板的距离为0.5 cm,求P、Q两点之间的电势差为多少?
(3)若B板接地,P、Q两点的电势为多少?
图13-7-11
正确答案
(1)1.2×103 V/m (2)48 V (3)φP="54" V φQ="6" V
(1)两板间是匀强电场,可以应用E=U/d和U=Ed求解,故两板间的场强为E=U/d=V/m=1.2×103 V/m.
(2)P、Q两点间沿场强方向的距离D:D=4 cm,所以UPQ="ED=1" 200×0.04 V="48" V.
(3)若B板接地,即B板的电势为零,电场中某点的电势就等于该点与B点的电势差.
所以φP=Ed1=1.2×103×4.5×10-2 V="54" V,所以φQ=Ed2=1.2×103×0.5×10-2="6" V
应用U=Ed求两点之间的电势差,一定要正确理解d是两点间沿场强方向的距离.
图13-7-8中画出了一个电场中一簇互相平行等距的等势面,并标出3个等势面的电势值.电场中A、B两点所处的位置如图所示,它们之间的距离为5 cm,两点连线与等势面间的夹角为37°.一个电荷量为q=3×108 C的电荷正好平衡在此电场中,则此电荷的重力为多少?
图13-7-8
正确答案
2×10-5 N
对电荷q受力分析:重力G=mg、电场力F=qE,所以有G=mg="Qe " ①
A、B两点之间的电势差UAB=φA-φB="-40" V-(-20 V)="-20" V
过B点作等势面的垂线BC,连接AB,设BC=d,d=ABsin37°=5×0.6 cm="3" cm
场强E=="666.7" V/m
所以G=qE=3×10-8×666.7 N=2×10-5 N.
将一个电量为2×10-9C的点电荷从电场中的A点移到B点,电场力做功WAB=8×10-9J,则A、B两点间的电势差UAB为多少?
正确答案
由题意知AB两点间的电势差UAB==
V=4V.
答:AB两点间的电势差UAB=4V
如图所示,在方向水平向右的匀强电场中,一不可伸长的绝缘细线的一端连着一个带电量为q、质量为m的带正电的小球,另一端固定于O点.把小球拉起至细线与场强平行,然后无初速释放.已知小球摆到最低点的另一侧,线与竖直方向的最大夹角为θ,θ=37°.求:
(1)电场强度E的大小;
(2)小球经过最低点时绳子的拉力大小;
(3)小球经过最低点时小球的加速度.
正确答案
(1)对全过程运用动能定理得,mglcosθ-Eql(1+sinθ)=0
解得E=
(2)对小球从释放到最低点运用动能定理得,mgl-Eql=mv2
解得v=
根据牛顿第二定律得,T-mg=m
解得T=2mg
(3)向心加速度a1==g
切向加速度a2==
g
根据平行四边形定则知,a==
g.
答:(1)电场强度E的大小为;
(2)小球经过最低点时绳子的拉力大小为2mg;
(3)小球经过最低点时小球的加速度为g.
如图13-7-9所示是一组不知方向的匀强电场的电场线,把1.0×10-6 C的负电荷从A
点沿水平线移动到B点,电场力做功2.0×10-6 J.A、B两点之间的距离为2 cm,求:
图13-7-9
(1)匀强电场的场强为多大?方向如何?
(2)A、B两点之间的电势差为多大?
正确答案
(1)200 V/m 方向斜向上 (2)-2 V
根据电势差的定义式
UAB=V="-2" V
A、B两点所在等势面间的距离为d,
d=|AB|cos60°=2×0.5 cm="1" cm,所以,E=="200" V/m,方向斜向上.
如图所示,水平放置的平行金属板的N板接地,M板电势为+U,两板间距离为d,d比两板的尺寸小很多,在两板之间有一长为2l的绝缘轻杆,可绕杆的水平固定轴O在竖直面内无摩擦地转动,O为杆的中点.杆的两端分别连着小球A和B,它们的质量分别为2m和m,它们的带电量分别为+q和-q.当杆由图示水平位置从静止开始转过900到竖直位置时,已知重力加速度为g,求:
(1)两球的电势能的变化;
(2)两球的总动能;
(3)杆对A球的作用力.
正确答案
(1)电场中的场强为:E=
电场力对两球做的功为:WE=2qEl=
电势能的减小量为:=
(2)两球减少的重力势能:WG=mgl
由能量转化与守恒定律得,有:WG+WE=Ek
解得:Ek=mgl+
(3)根据(2)问,有:•2mv2+
mv2=mgl+
A球在最低点,由牛顿第二定律,有:
F-2mg-=2m
解得:F=+
答:(1)两球的电势能的变化量是;
(2)两球的总动能是mgl+;
(3)杆对A球的作用力大小是+
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