高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十章 静电场中的能量3 电势差与电场强度的关系优质课件ppt

第十章 静电场中的能量

3.电势差与电场强度的关系

课后篇巩固提升

基础巩固

1.

如图所示为某匀强电场的等势面分布图,每两个相邻等势面相距2 cm,则电场强度E的大小和方向分别为(　　)

A.E=100 V/m,竖直向下

B.E=100 V/m,竖直向上

C.E=100 V/m,水平向左

D.E=200 V/m,水平向右

解析电场强度E= V/m=100 V/m,电场强度的方向垂直等势面且由高电势处指向低电势处,故水平向左。

答案C

2.在水深超过200 m的深海,光线极少,能见度极低,有一种电鳗具有特殊的适应性,能通过自身发出的生物电获取食物、威胁敌害、保护自己。若该电鳗的头尾相当于两个电极,它在海水中产生的电场强度达到104 N/C,可击昏敌害。则身长50 cm的电鳗,在放电时产生的瞬间电压可达(　　)

A.50 V B.500 V

C.5 000 V D.50 000 V

解析U=Ed=104×0.5 V=5 000 V。

答案C

3.

如图所示,在匀强电场中,以A点为坐标原点,AB方向为位移x的正方向,图中能正确反映电势φ随位移x变化的图像是(　　)

解析在匀强电场中,沿任意一条直线电势均匀变化,沿AB方向的电势均匀降低,选项C正确。

答案C

4.a、b、c是匀强电场中同一平面上的三个点,各点的电势分别是φa=5 V,φb=2 V,φc=4 V,则如图所示的示意图中能表示该电场的电场强度方向的是(　　)

解析在匀强电场中,沿同一方向电势均匀变化,将线段ab三等分,靠近a的等分点电势为4 V,该等分点与c点的连线为一等势线,作该等势线的垂线并指向b点的一侧,该线所指的方向就是电场强度的方向。

答案D

5.

匀强电场中的三点A、B、C是一个三角形的三个顶点,AB的长度为1 m,D为AB的中点,如图所示。已知电场线的方向平行于△ABC所在平面,A、B、C三点的电势分别为14 V、6 V和2 V。设电场强度大小为E,一电荷量为1×10-6 C的正电荷从D点移到C点静电力所做的功为W,则(　　)

A.W=8×10-6 J　E>8 V/m

B.W=6×10-6 J　E>6 V/m

C.W=8×10-6 J　E≤8 V/m

D.W=6×10-6 J　E≤6 V/m

解析因电场是匀强电场,D是AB的中点,故D的电势φD==10 V。所以W=q(φD-φC)=8×10-6 J。设E的方向与 的夹角为α,则α≠0,否则等势面与AB垂直,C点电势就会高于B点电势。由E=可知,因α>0,则cos α<1,E>8 V/m,故选项A正确。

答案A

6.

如图所示,三个同心圆是点电荷q周围的三个等势面,A、B、C是这三个等势面与一条电场线的交点,且AB=BC。A、C两点的电势分别为φA=10 V和φC=2 V,则B点的电势(　　)

A.等于6 V B.低于6 V

C.高于6 V D.无法确定

解析在点电荷所形成的电场中,离点电荷越远电场强度越小,故有φA-φB>φB-φC,即φB<=6 V,B正确。

答案B

能力提升

1.如图所示,在匀强电场中有a、b、c、d四点,它们处于同一圆周上,且ac、bd分别是圆的直径。已知a、b、c三点的电势分别为φa=9 V,φb=15 V,φc=18 V,则d点的电势为(　　)

A.4 V B.8 V C.12 V D.16 V

解析连接a、c两点,将ac连线三等分为ae、ef、fc三段,则图中f点的电势为15 V,连接fb,则fb为一条等势线,连接de,由几何关系可以证明de∥fb,则de也是一条等势线,根据匀强电场中沿电场方向上相同距离对应的电势差相等,可知e点的电势为12 V,则d点的电势也为12 V,故C正确。

答案C

2.

如图所示,在平面直角坐标系中有方向平行于坐标平面的匀强电场,其中坐标原点O处的电势为0 V,点A处的电势为6 V,点B处的电势为3 V,则电场强度的大小为              (　　)

A.200 V/m B.200 V/m

C.100 V/m D.100 V/m

解析OA的中点C处的电势为3 V,

将C点与B点连接,如图所示,电场线与等势线垂直,根据几何关系得BC=3 cm,则OB沿电场线方向上的距离d= cm,所以电场强度E= V/m=100 V/m,故D正确。

答案D

3.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。仅在静电力作用下,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的加速度减小,b的加速度增大

C.MN两点电势差|UMN|等于NQ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静电力方向,由于电场线的方向不确定,因此不能判断带电粒子带电的性质,故A选项错误;由电场线的疏密可知,a的加速度将减小,b的加速度将增大,故B选项正确;因为是非匀强电场,故MN两点电势差并不等于NQ两点电势差,故C选项错误;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。

答案B

4.

平行的带电金属板A、B间是匀强电场,如图所示,两板间距离是5 cm,两板间的电压是 60 V。试问:

(1)两板间的电场强度是多大?

(2)电场中有P1和P2两点,P1点离A板0.5 cm,P2点离B板也是0.5 cm,P1和P2两点间的电势差为多大?

(3)若B板接地,P1和P2两点的电势各是多大?

解析(1)根据公式E=,代入数据得

E= V/m=1 200 V/m。

(2)P1、P2沿电场方向的距离为

d12=5 cm-(0.5 cm+0.5 cm)=4 cm

根据公式U=Ed得

U12=Ed12=1 200×4×10-2 V=48 V。

(3)由φ1-φB=Ed1B=1 200×4.5×10-2 V=54 V得φ1=54 V。

同理φ2-φB=Ed2B=1 200×0.5×10-2 V=6 V,得φ2=6 V。

答案(1)1 200 V/m　(2)48 V　(3)54 V　6 V