题目内容

13.带有等量异号电荷,相距10cm的平行板A和B之间有一个匀强电场.电场强度E=2×104V/m,方向向下.电场中C点距B板3cm,D点距A板2cm.
(1)C、D两点哪点电势高?两点的电势差UCD等于多少?
(2)如果令B板接地(即电势φB=0),则C和D的电势φC和φD各是多少?如果令A板接地,则φC和φD各是多少?在这两种情况中,UCD相同吗?
(3)如果使电子先移动到P点.再移到D点,静电力做功多少?

分析 本题涉及电势差、电势、及电场强度与电势差的关系等内容,这种题型一般要假设某点电势为零,求出电势差,再求电势.
(1)电势高低由电场线方向来判定:顺着电场线电势降低.大小由U=Ed 来求.
(2)令B板接地,先求出UCB、UDB,再求C、D两点的电势.
(3)求出UPD,再由WPD=UPDq 求出静电力做的功.

解答 解:(1)由于顺着电场线方向电势降低,所以D点电势较高.有:
${U}_{CD}=-E{d}_{CD}=-2×1{0}^{4}×5×1{0}^{-2}V$=-1000V
(2)令B接地,则φB=0,又因为:${U}_{CB}=E{d}_{CB}=2×1{0}^{4}×3×1{0}^{-2}V$=600V,所以φC=600V.
而:${U}_{DB}=E{d}_{DB}=2×1{0}^{4}×8×1{0}^{-2}V$=1600V,所以φD=1600V.
令A接地,则φA=0   又因为:${U}_{DA}=-E{d}_{DA}=-2×1{0}^{4}×2×1{0}^{-2}V$=-400V,所以φD=-400V
而:${U}_{CA}=-E{d}_{CA}=-2×1{0}^{4}×7×1{0}^{-2}V$=-1400V,所以φC=-1400V.
不论哪种情况,UCD=-1000V,与零电势点的选取无关.
(3)P点距B板2cm,所以有:${U}_{PD}=-E{d}_{PD}=-2×1{0}^{4}×6×1{0}^{-2}V$=-1200V.
   所以将电子从P点移到D点静电力做的功为:${W}_{PD}={U}_{PD}q=-1200×(-1.6×1{0}^{-19})J$=1.92×10-16J.
答:(1)C、D两点D点电势高,两点的电势差UCD等于-1000V.
(2)如果令B板接地(即电势φB=0),则C和D的电势φC和φD各是600V和1600V,如果令A板接地,则φC和φD各是-400V和-1400V,在这两种情况中,UCD相同.
(3)如果使电子先移动到P点.再移到D点,静电力做功是1.92×10-16J.

点评 本题考察的是电势、电势差、匀强电场中E与U的关系、电场力做功公式等内容,在应用这些公式时,要特别注意所有公式中的物理量都包含有正、负号.还要注意的是U=Ed中的d是沿着场强方向的距离,不是两点间的距离.

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