- 电势差与电场强度的关系
- 共485题
如图所示,a、b、c、d为匀强电场中四个等势面,相邻等势面间距离为2cm,已知UAC=60V,求:
(1)电场强度是多大?
(2)设B点电势为零,求A、C、D、P点的电势.
(3)求将q=-1.0×10-10C的点电荷由A移到D电场力所做的功WAD.
(4)将q=2×10-10C的点电荷由B移到C,再经D最后回到P,电场力所做的功WBCDP.
正确答案
如图所示,是一对彼此绝缘相距d=5cm的平行金属带电极板MN,N板接地,在两极板MN间A点有一带电量为q=4×10-6 C的带电液滴,其质量m=4×10-4 kg,恰好处于静止状态。求:
(1)两板间的电场强度E;
(2)两极板NM之间电势差UNM;
(3)M点的电势φM。
正确答案
(1)E=104v/m,方向由N指向M
(2)500V
(3)-500V
如图所示,在匀强电场中,一电荷量为q=5.0×10-10 C的正电荷,由a点移到b点和由a点移到c点,电场力做的功都是3.0×10-8 J,已知a、b、c三点的连线组成直角三角形,ab=20 cm,θ=37°。求:
(1)a、b两点间的电势差;
(2)匀强电场的场强大小;
(3)电场强度的方向。
正确答案
解:因为正电荷q从a到b和从a到c,电场力做功相等,所以由W=qU可得Uab=Uac,b、c两点在同一等势面上,则电场强度方向与ac平行,由a指向c
由U=Ed得,
质量为m、带电荷量为-q的微粒(重力不计),在匀强电场中A点的瞬时速度为v,方向与电场线垂直,在B点的速度为2v,如图所示,已知A、B两点间的距离为d,求:
(1)A、B两点的电压;
(2)电场强度的大小和方向。
正确答案
(1)
(2)
如图9所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图。在Oxy平面的ABCD区域内,存在两个场强大小均为E的匀强电场I和II,两电场的边界均是边长为L的正方形(不计电子所受重力)。
小题1:在该区域AB边的中点处由静止释放电子, 求电子离开ABCD区域的位置。
小题2:在电场I区域内适当位置由静止释放电子,电子恰能从ABCD区域左下角D处离开,求所有释放点的位置。
小题3:若将左侧电场II整体水平向右移动L/n(n≥1),
仍使电子从ABCD区域左下角D处离开(D不随电场移动),求在电场I区域内由静止释放电子的所有位置。
正确答案
小题1:坐标为(-2L,)
小题2:xy=
小题3:
小题1:设电子的质量为m,电量为e,电子在电场I中做匀加速直线运动,出区域I时的为v0,此后电场II做类平抛运动,假设电子从CD边射出,出射点纵坐标为y,有
解得 y=,所以原假设成立,即电子离开ABCD区域的位置坐标为(-2L,
)
小题2:设释放点在电场区域I中,其坐标为(x,y),在电场I中电子被加速到v1,然后进入电场II做类平抛运动,并从D点离开,有
解得 xy=,即在电场I区域内满足议程的点即为所求位置。
小题3:设电子从(x,y)点释放,在电场I中加速到v2,进入电场II后做类平抛运动,在高度为y′处离开电场II时的情景与(2)中类似,然后电子做匀速直线运动,经过D点,则有
,
解得 ,即在电场I区域内满足议程的点即为所求位置
一匀强电场,场强方向是水平的,如图所示,一个质量为m、电量为q的带正电的小球,从O点出发,初速度的大小为v0,在电场力和重力作用下恰好能沿与场强的反方向成θ角的直线运动,重力加速度为g,求:
(1)电场强度;
(2)小球运动到最高点时其电势能与O点的电势能之差。
正确答案
(1)
(2)
(1)由题意因小球做直线运动,所受的电场力qE和重力mg的合力必沿此直线。
如图所示有,mg=qEtanθ,则 ①。
(2)小球匀减速运动的加速度为 ②。设从O点到最高点的路程是s,根据
③,
由①、③式得 ④,
运动的水平距离 ⑤,
两点间的电势能之差 ⑥,
联立①、④、⑤、⑥解得。
如图所示,某空间有一竖直向下的匀强电场,电场强度E=1.0×102V/m,一块足够大的接地金属板水平放置在匀强电场中,在金属板的正上方高度h=0.80m的a处有一粒子源,盒内粒子以v0=2.0×102m/s的初速度向水平面以下的各个方向均匀放出质量为m=2.0×10-15 kg,电荷量为q=+10-12 C的带电粒子,粒子最终落在金属板b上。若不计粒子重力,求:(结果保留两位有效数字)
(1)粒子源所在处a点的电势;
(2)带电粒子打在金属板上时的动能;
(3)从粒子源射出的粒子打在金属板上的范围(所形成的面积);若使带电粒子打在金属板上的范围减小,可以通过改变哪些物理量来实现?
正确答案
解:(1)题中匀强电场竖直向下,b板接地
因此
(2)不计重力,只有电场力做功;对粒子由动能定理
可得带电粒子打在金属板上时的动能为
(3)粒子源射出的粒子打在金属板上的范围以粒子水平抛出为落点边界,由平抛运动知识可得:
①
②
③
④
联立以上各式得所形成的面积4m2,可以通过改变减小h或增大E来实现
“电子能量分析器”主要由处于真空中的电子偏转器和探测板组成.偏转器是由两个相互绝缘、半径分别为RA和RB的同心金属半球面A和B构成,A、B为电势值不等的等势面,其过球心的截面如图所示.一束电荷量为e、质量为m的电子以不同的动能从偏转器左端M的正中间小孔垂直入射,进入偏转电场区域,最后到达偏转器右端的探测板N,其中动能为Ek0的电子沿等势面C做匀速圆周运动到达N板的正中间.忽略电场的边缘效应.
(1)判断球面A、B的电势高低,并说明理由;
(2)求等势面C所在处电场强度E的大小;
(3)若半球面A、B和等势面C的电势分别为φA、φB和φC,则到达N板左、右边缘处的电子,经过偏转电场前、后的动能改变量△Ek左和△Ek右分别为多少?
(4)比较|△Ek左|和|△Ek右|的大小,并说明理由.
正确答案
(1)电子做匀速圆周运动,电场力提供向心力,受力的方向与电场的方向相反,所以B板的电势较高;
(2)电场力提供向心力:eE=
又:R=,EK0=
mv2
联立以上3式,得:E=
(3)到达N板左、右边缘处的电子,在运动的过程中,电场力对它们做功,电子动能的改变量等于电场力做功,即:
△EK左=eUCB=e(φC-φB),△EK右=eUCA=e(φC-φA)
(4)该电场是放射状电场,内侧的电场线密,电场强度大,所以UBC>UCA,即:φC-φB>φC-φA,所以:|△EK左|>|△EK右|
答:(1)B板电势高于A板; (2)求等势面C所在处电场强度E的大小E=;(3)△Ek左=e(φC-φB),△Ek右=e(φC-φA);(4)|△Ek左|>|△Ek右|
如图所示为匀强电场中的一组等势面.已知相邻两个等势面间的距离为0.1 m,则匀强电场的场强大小为_________,方向为_________.
正确答案
200 V/m 水平向右
由E=U/d得:E=(40-20) V/0.1 m="200" V/m,由电场线与等势面垂直且指向电势降低的方向可知:场强的方向水平向右.
如图所示,在匀强电场中,a、b两点连线与电场线成60o角。将正电荷由a点移到b点,电场力做正功,可以判定电场线的方向是由_______指向_______的。如果ab相距0.20m,场强为2×103N/C,正电荷的电量为4×10-4C,则电荷的电势能变化了_______焦耳。
正确答案
下方;上方;
因为电场力做正功,可以判定电场线的方向是是从下方指向上方;。
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