高中物理第2章電場與示波器電場能的性質(zhì)的應(yīng)用習(xí)題課滬科版選修3-1(更新版)
【正文】 點(diǎn)都在勻強(qiáng)電場中，已知 AC⊥BC， ∠ ABC＝ 60176。時(shí)電場力做負(fù)功． 例 2 兩個(gè)固定的等量異號點(diǎn)電荷所產(chǎn)生電場 的等勢面如圖 2 中虛線所示，一帶負(fù)電的粒子以某一速度從圖中 A 點(diǎn)沿圖示方向進(jìn)入電場在紙面內(nèi)飛行，最后離開電場，粒子只受電場力的作用，則粒子在電場中 ( ) 圖 2 A．做直線運(yùn)動(dòng)，電勢能先變小后變大 B．做直線運(yùn)動(dòng)，電勢能先變大后變小 C．做曲線運(yùn)動(dòng)，電勢能先變小后變大 D．做曲線運(yùn)動(dòng)，電勢能先變大后變小 解析 帶負(fù)電的粒子受到的電場力垂直電勢為 0 V的等勢面向上，粒子做曲線運(yùn)動(dòng)，電場力先做正功后做負(fù)功，電勢能先變小后變大，故 C 正確． 答案 C 針對訓(xùn)練 某 靜電場中的電場線如圖 3 所示，帶電粒子在電場中僅受電場力作用，由 M 運(yùn)動(dòng)到 N，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中虛線所示，以下說法正確的是 ( ) 圖 3 A．粒子必定帶正電荷 B．由于 M 點(diǎn)沒有電場線，粒子在 M 點(diǎn)不受電場力的作用 C．粒子在 M 點(diǎn)的加速度小于它在 N 點(diǎn)的加速度 D．粒子在 M 點(diǎn)的動(dòng)能小于在 N 點(diǎn)的動(dòng)能 答案 ACD 解析 根據(jù)帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡彎曲的情況，可以確定粒子受電場力的方向沿電場線方向，故此粒子帶正電， A選項(xiàng)正確．由于電場線越密，電場強(qiáng)度越大，粒子受到的電場力就 越大， 根據(jù)牛頓第二定律可知其加速度也越大，故此粒子在 N 點(diǎn)加速度大， B 項(xiàng)錯(cuò)誤， C 選項(xiàng)正確．粒子從 M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到 N點(diǎn)，電場力做正功，根據(jù)動(dòng)能定理得此粒子在 N點(diǎn)的動(dòng)能大，故D 選項(xiàng)正確． 三、等分法確定等勢點(diǎn) (等勢線 ) 根據(jù) “勻強(qiáng)電場中，任意方向上，平行且相等的兩個(gè)線段之間的電勢差相等 ”，先確定電勢相等的點(diǎn)，畫出等勢面；根據(jù)電場線和等勢面的關(guān)系，畫出電場線． 例 3 如圖 4 所示， A、 B、 C 是勻強(qiáng)電場中等腰直角三角形的三 個(gè)頂點(diǎn)，已知 A、 B、 C三點(diǎn)的電勢分別為 φA＝ 15 V， φB＝ 3 V， φC＝－ 3 V，試確定場強(qiáng)的方向，并畫出電場線． 圖 4 解析 根據(jù) A、 B、 C 三點(diǎn)電勢的特點(diǎn)，在 AC 連線上取 M、 N 兩點(diǎn)，使 AM＝ MN＝ NC，如圖所示，盡管 AC 不一定是場強(qiáng)方向，但可以肯定 AM、 MN、 NC 在場強(qiáng)方向上的投影長度相等，由 U＝ Ed 可知， UAM＝ UMN＝ UNC＝ φA－ φC3＝ 15－ －3 V＝ 6 V．由此可知， φN＝ 3 V， φM＝ 9 V， B、 N 兩點(diǎn)等電勢， BN 的連線即為等勢線，那么電場線與 BN 垂直．電場強(qiáng)度的方向?yàn)殡妱萁档偷姆较颍盒毕蛳拢? 答案 見解析 四、電場中的力學(xué)問題分析 帶電體在電場中的平衡問題和一般的平衡問題相同，在原有受力分析的基礎(chǔ)上增加了電場力，根據(jù)帶電體在電場中的平衡情況列出平衡方程．當(dāng)帶電體在電場中做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，可用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和動(dòng)能定理求解． 例 4 如圖 5 所示的電場，等勢面是一簇互相平行的豎直平面，間隔均為 d，各 平面電勢已在圖中標(biāo)出，現(xiàn)有一質(zhì)量為 m 的帶電小球以速度 v0、方向與水平方向成 45176。＝ 410－ 2 32 m＝ 2 310－ 2 m. A、 B 兩點(diǎn)的電勢差 UAB＝ Wq ＝ － 310－ 10－ 10 V＝－ 10 3 V. 該電場的電場強(qiáng)度 E＝ UBAd ＝ 10 32 310－ 2 V/m＝ 5102 V/m. q 的小球用細(xì)線懸掛在兩塊面積很大的豎直平行板間的 O 點(diǎn)，小球質(zhì)量m＝ 2 g，懸線長 L＝ 6 cm，兩板間距離 d＝ 8 cm，當(dāng)兩板間加上 U＝ 2103 V的電壓時(shí)，小球自懸線水平的 A點(diǎn)由靜止開始向下運(yùn)動(dòng)到達(dá) O 點(diǎn)正下方的 B 點(diǎn)時(shí)的速度剛好為零，如圖11 所示，以后小球一直在 A、 B 之間來回?cái)[動(dòng)．取 g＝ 10 m/s2，求小球所帶的電荷量． 圖 11 答案 810－ 7 C 解析 取小球?yàn)檠芯繉ο?，重?mg 豎直向下，電場力 qE 水平向左，繩的 拉力為 T，在小球由 A向 B 運(yùn)動(dòng)的過程中，重力 mg對小球做正功，電場力 qE對小球做負(fù)功，拉力 T 不做功，根據(jù)動(dòng)能定理 mgL－ qEL＝ 0， 又因?yàn)?E＝ Ud， 由以上兩式可得： q＝ 810－ 7 C.
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