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电势能和电势典型例题
2025-09-25 23:23:56 责编:小OO
文档
1.4电势能、电势

【例1】如图8-10所示,当带电体A靠近一个绝缘导体B时,由于静电感应,B两端感应出等量异种电荷。将B的左端接地,绝缘导体B带何种电荷?

答案: B导体将带负电荷

【分析解答】

因为导体B处于正电荷所形成的电场中,而正电荷所形成的电场电势处处为正,所以导体B的电势是正的,UB>U地;而负电荷在电场力的作用下总是从低电势向高电势运动,B左端接地,使地球中的负电荷(电子)沿电场线反方向进入高电势B导体的右端与正电荷中和,所以B导体将带负电荷。

【例2】如图8-1所示,实线是一个电场中的电场线,虚线是一个负检验电荷在这个电场中的轨迹,若电荷是从a处运动到b处,以下判断正确的是[       ]

A.电荷从a到b加速度减小

B.b处电势能大

C.b处电势高

D.电荷在b处速度小

答案:D

【分析解答】由图8-1可知b处的电场线比a处的电场线密,说明b处的场强大于a处的场强。根据牛顿第二定律,检验电荷在b处的加速度大于在a处的加速度,A选项错。

由图8-1可知,电荷做曲线运动,必受到不等于零的合外力,即Fe≠0,且Fe的方向应指向运动轨迹的凹向。因为检验电荷带负电,所以电场线指向是从疏到密。再利用“电场线方向为电势降低最快的方向”判断a,b处电势高低关系是Ua>Ub,C选项不正确。

根据检验电荷的位移与所受电场力的夹角大于90°,可知电场力对检验电荷做负功。功是能量变化的量度,可判断由a→b电势能增加,B选项正确;又因电场力做功与路径无关,系统的能量守恒,电势能增加则动能减小,即速度减小,D选项正确。

【例3】将一电量为的点电荷从电场外一点P移至电场中某点A, 电场力做功   ,求A点的电势.

答案:-20V

解:设设场外一点P的电势为

从P 到A,电场力做的功

【例4】在静电场中,下列说法中错误的是:(    )

A、电场强度为零的点,电势也一定为零

B、电场强度处处相等的区域内,电势也一定处处相等

C、只在电场力作用下,正电荷一定从电势高的地方向电势低的地方移动

D、沿着电场线方向电势一定越来越低

答案:A、B、C

【解析】电场强度和电势是从不同的角度描述电场性质的两个物理量,前者从力的角度,后者从能量的角度,两者之间没有直接的对于关系。

在等量同种电荷形成的电场中,它们连线的中点电场强度为零,但电势却不为零;匀强电场的场强处处相等,而沿着电场线方向电势却在不断降低;正电荷在电场中的移动方向还和它的初速度方向有关,如果初速度是逆着电场线方向的,那么它移动的开始阶段从低电势向高电势。电场线的方向是电势的降落的方向。综上所述:A、B、C中的表述都是错误的。

【例5】如图所示,a、b为竖直方向上的电场线上的两点,一带电质点在a由静止释放 ,沿电场线方向向上运动,到b点速度恰好为零,下列说法中正确的是:(    )

A、带电质点在a、b两点所受的电场力都是竖直向上的

B、a点电势比b点的电势高

C、带电质点在a点的电势能比在b点的电势能小

D、a点的电场强度比b点的电场强度大

答案:A、B、D

【解析】带电质点在a点,由静止释放向上运动,说明电场力向上,且应满足Eaq>mg,而又静止于b点,说明电场力仍向上,用Ebq=mg,选项A、D正确,因不知质点的带电性质,故无法确定a、b两点的电势高低,选项B错误,a到b的运动过程中,电场力和重力做功,由动能定理可知,W电+W重=0,因为W重为负值,故W电必为正值,而电场力做正功,电势能减小,即b点的电势能小于a点电势能,选项C错误。

【例6】如图所示,光滑绝缘细杆竖直放置,细杆右侧距杆0.3m处有一固定的点电荷Q,A、B是细杆上的两点,点A与Q、点B与Q的连线与杆的夹角均为=37°。一中间有小孔的带电小球穿在绝缘细杆上滑下,通过A 点时加速度为零,速度为3m/s,取g=10m/s2,求小球下落到B点时的加速度和速度的大小。

答案:20m/s2,5m/s

【解析】求小球至B的加速度,从受力分析出发,探求小球在A、B两点的受力情况,从而确定加速度的关系。

在A处,小球受力如图所示,由题意可知:

K·……⑴

在B处,小球受力如图所示,由题意可知:

K·……⑵

由⑴、⑵得a=2g=20m/s2

小球从A到B受到的合力为变力,故不宜用牛顿定律和运动学公式求解,抓住A、B处在等势面上由A到B电场力做功为零这个特点,用动能定理求解。

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