第十章 作业2 电势差

第1题 (单选题) 难度 - 基础题 :

对于电场中AB两点,下列说法中正确的是(  )

解析:

电场中某两点间的电势差是由电场及两点的位置决定的,与移动电荷的电荷量、零电势点的选取以及静电力做功均无关,AB两点间的电势差是恒定的,但有正负之分,UAB=-UBA,A错误,B正确;将负电荷从A点移动到B点静电力做正功,则A点电势较低,有UAB<0,C错误;电场中AB两点间的电势差UAB等于将单位正电荷qA点移动到B点时静电力所做的功,D错误。

第2题 (计算题) - 简答题 难度 - 基础题 :

(来自教科教材)将电荷量为6×106 C的负电荷从C点移到D点,克服静电力做功3×105 J,电势能是增加还是减少了?变化量是多少?若以D点电势为零,则C点电势是多少?

答案:

电势能增加 增加了3×105 J 5 V

解析:

负电荷从C点移到D点,静电力做的功为WCD=-3×105 J

所以电势能增加,增加了3×105 J

WCDqUCDCD,又因q=-6×106 C,φD=0,则φC=5 V。

第3题 (多选题) 难度 - 基础题 :

(多选)(来自鲁科教材)对以点电荷为球心、r为半径的球面上的各点,具有的相等物理量是(  )

解析:

以点电荷为球心的球面是一个等势面,即各点的电势相等,故A正确;以点电荷为球心的球面各点的电场强度大小相等,方向不同,故电场强度不同,故B错误;由FqE可知,同一电荷受到的静电力大小相等,方向不同,故静电力不同,故C错误;由电势能与电势的关系可知,电势相同,同一电荷具有相同的电势能,故D正确。

第4题 (单选题) 难度 - 基础题 :

(2024·杭州市高二期中)某带电体周围的电场线和等势面如图所示,图中AB两点的电场强度大小分别为EAEB,电势分别为φAφB,则(  )

解析:

电场线疏密表示电场强弱,电场线越密的地方,电场强度越大,可知EA<EB,故A错误;由带电体周围的等势面分布图可知φA<φB,故B错误;根据Ep=-,电子在A处的电势能比在B处的电势能大,故C正确;将+qA处移到B处静电力做负功,故D错误。

第5题 (单选题) 难度 - 基础题 :

(2024 ·华中师范大学第一附中高二期中)避雷针可通过尖端放电中和空气中的电荷,进而使高大建筑有效避免雷击。如图为雷雨前夕某避雷针附近电场的等势面,下列说法正确的是(  )

解析:

电场强度的方向由高电势指向低电势,故避雷针带正电,A正确;根据电场线与等势面垂直,可知AB两点的电场强度方向不同,B错误;由WACqUACq(φAφC),根据q>0,φA>φC,可知正电荷从A移动到C点, 该过程静电力做正功,C错误;负电荷在电势低的地方电势能大,因为φA>φC,故负电荷在C处电势能大,D错误。

第6题 (单选题) 难度 - 中档题 :

电场中有AB两点,一个点电荷在A点的电势能为1.2×108 J,在B点的电势能为0.80×108 J。已知AB两点在同一条电场线上,如图所示,该点电荷的电荷量大小为1.0×109 C,那么(  )

解析:

点电荷在A点的电势能大于其在B点的电势能,从AB静电力做正功,所以该点电荷一定为负电荷,且WABEpAEpB=1.2×108 J-0.80×108 J=0.40×108 J,故A项正确,B、D项错误;UABWABq0.40×10-8-1.0×10-9 V=-4.0 V,故C项错误。

第7题 (单选题) 难度 - 中档题 :

(2024·广州市高二月考)如图所示,AB为两个等量同种点电荷,aOb在点电荷AB的连线上,cOd在连线的中垂线上,OaObOcOd,则(  )

解析:

在等量同种点电荷的连线上,中点处的电场强度为零,从中点向两边电场强度在增大,方向都是背离中点O处,所以ab两点的电场强度大小相等,方向不同,而ab两点关于O点对称,根据等势线分布可知ab电势相同,故A错误;在中垂线上电场强度在c点竖直向下,在d点竖直向上,所以cd两点的电场强度方向不同,根据对称性可知电势相等,故B错误;ab过程,电势先升高再降低,所以电子电势能先减小后增大,故C正确;dc过程,电势先降低再升高,所以电子电势能先增大后减小,故D错误。

第8题 (单选题) 难度 - 中档题 :

(2021·全国乙卷)如图(a),在一块很大的接地金属平板的上方固定一负电荷。由于静电感应,在金属平板上表面产生感应电荷,金属板上方电场的等势面如图(b)中虚线所示,相邻等势面间的电势差都相等。若将一正试探电荷先后放于MN处,该试探电荷受到的静电力大小分别为FMFN,相应的电势能分别为EpMEpN,则(  )

解析:

由题图(b)中等差等势面的疏密程度可知EM<EN,根据FqE,可知FM<FN;由题可知题图中电场线方向是由金属板指向负电荷,假设将该试探电荷从M点移到N点,可知静电力做正功,电势能减小,即EpM>EpN,故选A。

第9题 (计算题) - 简答题 难度 - 中档题 :

(2024·云南广南县第十中学高二月考)如图所示的匀强电场中,有abc三点,ab=5 cm,bc=10 cm,其中ab沿电场线方向,bc和电场线方向成60°角,一个电荷量为q=4×107 C的正电荷从a移到b静电力做功为Wab=1.6×107 J。求:

(1)匀强电场的电场强度E的大小;

(2)正电荷从b移到c,静电力做的功Wbc

(3) ac两点间的电势差Uac

答案:

(1)8 N/C (2)1.6×107 J (3)0.8 V

解析:

(1)由WabEq·ab,代入数据解得匀强电场的电场强度E=8 N/C

(2)正电荷从b移到c,静电力做的功

WbcqE·bccos 60°

代入数据可得Wbc=1.6×107 J

(3)正电荷从a移到c,静电力做的功WacWabWbc=3.2×107 J

ac两点间的电势差UacWacq

代入数值可得Uac=0.8 V。

第10题 (多选题) 难度 - 中档题 :

(多选)(2023·辽宁卷)图(a)为金属四极杆带电粒子质量分析器的局部结构示意图,图(b)为四极杆内垂直于x轴的任意截面内的等势面分布图,相邻两等势面间电势差相等,则(  )

解析:

由图结合电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面,可知P点电势比M点的高,选项A错误;因M点所在的等差等势面密集,则M点电场强度比P点大,即P点电场强度大小比M点的小,选项B错误;电场强度方向垂直等势面,且沿电场线方向电势逐渐降低,可知M点电场强度方向沿z轴正方向,选项C正确;因x轴上各点电势相等,则沿x轴运动的带电粒子电势能不变,选项D正确。