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- 2021-06-01 发布
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第6节 电势差与电场强度的关系
「基础达标练」
1.关于匀强电场中的场强和电势差的关系,下列说法正确的是( )
A.任意两点间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积
B.沿电场线方向,相同距离上电势降落必相等
C.电势降落的方向必是场强方向
D.在相同距离的两点上,电势差大的,其场强也大
解析:选B 在匀强电场中,沿场强方向的某两点之间的电势差等于场强E与这两点间距离d的乘积,即U=Ed,公式中d是这两点沿场强方向的距离,A错,B对;电势降落的方向不一定就是场强方向,C错;D选项中的距离不一定是沿场强方向的距离,故不能由电势差的大小来判断两点电场的场强的大小,D错.
2.如图所示,在E=400 V/m的匀强电场中,a、b两点相距d=2 cm,它们的连线跟电场强度方向的夹角是60°,则Uab等于( )
A.-8 V B.-4 V
C.8 V D.4 V
解析:选B 在电场线方向上a、b两点间的距离(或a、b两点所在等势面间的距离)为d′=d·cos 60°=0.01 m,根据匀强电场中,电势差与电场强度的关系可知,Uab=-Ed′=-4 V,B选项正确.
3.(多选)如图所示, 在电场中任取一条电场线, a、b两点相距为d, 则( )
A.a点的场强一定大于b点的场强
B.a点的电势一定高于b点的电势
C.a、b两点的电势差一定等于Ed(E为a点场强)
D.a、b两点的电势差在数值上等于单位正电荷由a沿任意路径移到b点电场力所做的功
解析:选BD 一条电场线无法确定场强的强弱,A选项错误;沿电场线电势逐渐降低,故a点的电势一定高于b点的电势,B选项正确;匀强电场中,两点间的电势差等于电场强度与间距的乘积,该电场不一定为匀强电场,C选项错误;根据电势差的定义式Uab=可知,a、b两点的电势差在数值上等于单位正电荷由a沿任意路径移到b点电场力所做的功,D选项正确.
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4.如图所示,a、b、c为电场中同一条水平方向电场线上的三点,c为ab的中点,a、b电势分别为φa=5 V、φb=3 V.下列叙述正确的是( )
A.该电场在c点处的电势一定为4 V
B.a点处的场强Ea一定大于b点处的场强Eb
C.一正电荷从c点运动到b点电势能一定减少
D.一正电荷运动到c点时受到的静电力由c指向a
解析:选C 匀强电场中,同一直线上相等间距两点的电势差相等,题干中不一定为匀强电场,在c点处的电势不一定为4 V,A选项错误;电场线的疏密程度表示场强强弱,一条电场线无法比较场强的大小,a点处的场强Ea不一定大于b点处的场强Eb,B选项错误;沿电场线电势逐渐降低,故φc>φb,正电荷在电势高的地方电势能大,一正电荷在c点的电势能大,从c点运动到b点电势能一定减少,C选项正确;电场线方向从a指向b,正电荷运动到c点时受到的电场力由c指向b,D选项错误.
5.如图所示,匀强电场方向平行于xOy平面,在xOy平面内有一个半径为R=5 cm的圆,圆上有一动点P,半径OP与x轴正方向的夹角为θ,P点沿圆周逆时针移动时,O、P两点的电势差满足UOP=25sin θ(V),则该匀强电场的大小和方向分别为( )
A.5 V/m,沿x轴正方向
B.500 V/m,沿y轴负方向
C.500 V/m,沿y轴正方向
D.250 V/m,沿x轴负方向
解析:选C 分析O、P两点的电势差公式U=25sin θ(V)可知,P点运动到角度为θ的P1点和角度为180°-θ的P2点时,两点电势相等,即垂直于y轴正向的平面为等势面,电场强度方向为y轴正方向,当θ=270°时,P的电势最大,为25 V;当θ=180°或0°时,P的电势最小,为0 V,根据公式U=Ed得E==500 V/m,C选项正确.
6.如图所示,充电的平行板电容器两板间形成匀强电场,以A点为坐标原点,AB方向为位移x的正方向,能正确反映电势φ随位移x变化的图象是( )
7
解析:选C 沿电场线的方向电势逐渐降低,A、B错误;在匀强电场中电势与场强的关系为U=Ed,成线性关系,C正确,D错误.
7.某静电场的电场线与x轴平行,电势φ随x坐标变化的关系图象如图所示.已知电场中P、Q两点的x坐标分别为1 m、4 m.将一带负电的粒子(重力不计)从坐标原点O由静止释放,则 ( )
A.粒子在P点的动能等于在Q点的动能
B.粒子在P点的动能大于在Q点的动能
C.粒子在P点的电势能小于在Q点的电势能
D.粒子在P点的电势能大于在Q点的电势能
解析:选A 分析图象可知,P、Q两点的电势相等,电势差为零,粒子从P运动到Q的过程中,电场力做功为零,根据动能定理知,两点的动能相等,A选项正确,B选项错误;粒子在P点的动能等于在Q点的动能,由能量守恒定律知,粒子在P点的电势能等于在Q点的电势能,C、D选项错误.
8.如图所示,在水平方向的匀强电场中,一电场线上有相距6 cm的A、B两点,且UAB=150 V,求:
(1)电场强度的大小和方向;
(2)电场中A、C两点相距14 cm,A、C两点连线与电场线方向成37°夹角,则C点与A点的电势差UCA为多少?
解析:(1)电场强度的大小
E== V/m=2.5×103 V/m,
方向水平向右.
(2)C点与A点的电势差
UCA=-EdCAcos 37°=-280 V.
答案:(1)2.5×103 V/m 方向水平向右
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(2)-280 V
「能力提升练」
1.(多选)如图所示,匀强电场电场强度为1×103 N/C,ab=dc=4 cm,bc=ad=3 cm,则下述计算结果正确的是( )
A.a、b之间的电势差为4 000 V
B.a、c之间的电势差为40 V
C.将q=-5×10-3 C的点电荷沿矩形路径abcda移动一周,静电力做功为零
D.将q=-5×10-3 C的点电荷沿abc或adc从a移动到c,静电力做功都是-0.25 J
解析:选BC Uab=E·ab=1×103×0.04 V=40 V,选项A错误;Uac=Uab=40 V,选项B正确;将电荷移动一周,电势差为零,静电力做功为零,选项C正确;Wac=qUac=(-5×10-3)×40 J=-0.2 J,选项D错误.
2.如图所示,实线为方向未知的三条电场线,虚线分别为等势线1、2、3,已知MN=NQ,a、b两带电粒子从等势线2上的O点以相同的初速度飞出.仅在电场力作用下,两粒子的运动轨迹如图所示,则( )
A.a一定带正电,b一定带负电
B.a加速度减小,b加速度增大
C.M、N电势差|UMN|等于N、Q两点电势差|UNQ|
D.a粒子到达等势线3的动能变化量比b粒子到达等势线1的动能变化量小
解析:选B 由带电粒子的运动轨迹,结合曲线运动的特点可知带电粒子所受的电场力方向,但因为电场线的方向不确定,故不能判断带电粒子带电的性质,A错误;由电场线的疏密可知,a加速度将减小,b加速度将增大,B正确;因为是非匀强电场,故M、N电势差并不等于N、Q两点电势差,C错误;但因为等势线1与2之间的电场强度比2与3之间的电场强度要大,故1、2之间的电势差要大于2、3之间的电势差,但两粒子的带电荷量大小不确定,故无法比较动能变化量的大小,D错误.
3.(多选)在x轴上有两个点电荷q1、q2,其静电场的电势φ在x轴上分布如图所示.下列说法正确有( )
7
A.q1和q2带有异种电荷
B.x1处的电场强度为零
C.负电荷从x1移到x2,电势能减小
D.负电荷从x1移到x2,受到的电场力增大
解析:选AC 正电荷周围电势为正,负电荷周围电势为负,分析图象可知,q1和q2带有异种电荷,A选项正确;φ x图象的斜率表示电场强度的大小,x2处的电场强度为零,B选项错误;从x1到x2,电势逐渐升高,负电荷在电势高的地方电势能小,故负电荷从x1移到x2,电势能减小,C选项正确;从x1移x2,斜率减小,电场强度减小,负电荷受到的电场力减小,D选项错误.
4.(多选)如图所示,在两等量异种点电荷的电场中,MN为两电荷连线的中垂线,a、b、c三点所在直线平行于两电荷的连线,且a与c关于MN对称,b点位于MN上,d点位于两电荷的连线上.以下判断正确的是( )
A.b点电场强度大于d点电场强度
B.b点电场强度小于d点电场强度
C.a、b两点间的电势差等于b、c两点间的电势差
D.试探电荷+q在a点的电势能小于在c点的电势能
解析:选BC 如图所示,两电荷连线的中点位置用O表示,在中垂线MN上,O点电场强度最大,在两电荷之间的连线上,O点电场强度最小,即EbφB)
(1)它受到的静电力多大?
(2)静电力做功是多少?
(3)电势能是增加还是减少?改变了多少?
解析:(1)E==V/m=5.0×106 V/m,
则F=qE=1.6×10-19×5.0×106 N=8.0×10-13 N.
(2)W=qU=1.6×10-19×35×10-3 J
=5.6×10-21 J.
(3)因为静电力做5.6×10-21 J的正功,所以电势能减少,减少了5.6×10-21 J.
答案:(1)8.0×10-13 N
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(2)5.6×10-21 J
(3)减少 减少了5.6×10-21 J
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