2.如图1所示,在点电荷+Q形成的电场中有一个带电粒子通过,其运动轨迹如图中实线所示,虚线表示电场的两个等势面,则        [   ].

A.等势面电势A<B,粒子动能EKA>EKB

B.等势面电势A>B,粒子动能EKA>EKB

C.等势面电势A>B,粒子动能EKA<EKB

D.等势面电势A<B,粒子动能EKA<EKB

 

答案:1.A、B、D,2.A.

静电场的应用举例

重点讨论以下内容:

(1)带电粒子在电场中的平衡问题;

(2)带电粒子在电场中的非平衡问题

(3)电容器.

(1)平衡问题.

注意:共点力平衡条件。

[例题1)用两根轻质细线把两个质量未知的带电小球悬挂起来,a球带电+q,b球带电-2q,且两球间的库仑力小于b球受的重力,即两根线都处于竖直绷紧状态.若突然增加一个如图2中所示的水平向左的匀强电场,待最后平衡时,表示平衡状态的图可能是                         [   ].

分析及解答:

(2)非平衡问题.

[例题2]

把一个带正电荷q的小球用细线悬挂在两块面积很大的竖直平行板间的O点.小球质量m=2g,悬线长L=6cm,两板间距离d=8cm.当两板间加上U=2×103V的电压时,小球自悬线水平的A点由静止开始向下运动.到达O点正下方的B点时的速度刚好为零.如图4所示.以后一直在A、B 间来回摆动.(取g=10m/s2.)

求:

(1)小球所带的电量.

(2)摆动过程中小球的最大速度.

分析及解答:

(1)取小球作研究对象.重力mg竖直向下,电场力Eq水平向左,绳的拉力T.

当小球由A向B运动过程中,重力mg对小球做正功mgL,电场力Eq对小球做负功-EqL,拉力T随时变化,但因拉力T与运动方向垂直,故不做功.因此,小球做变速运动.起初于A点时速度为零,到达B点速度又是为零.

根据动能定理∑W=△EK有:mg L-Eq L=0.

而电场强度 E=

联立两式可得:q==8×10C

(2)设在下落角为θ的C点处小球速度达最大值v,如图5(a)所示.因在小球运动过程中,张力为变力,但此张力对小球所做的功恒等于零,故采用功能定理时可不考虑张力.

对小球自A至C的过程运用动能定理,有

 mgLsinθ-qEL(1-cosθ)=

 mgsinθ+qEcosθ=+qE

当mv2/2达极大值时,左式也达极大值.如图5(b)所示,在△MNO中,

 mg=cosφ

 qE=sinφ

代入*式,则其左式变为:(sinθcosφ+cosθsinφ)=sin(θ+φ)

显然,当θ+φ=π/2时,左式达极大值,即∠NMO=θ=tan―1(mg/qE),代入数据,得θ=π/4;再代入上式解得:v≈0.7m/s.

(3)平行板电容器

平行板电容器的决定式C=

电容定义式C=

[例题3]如图7,平行板电容器充电后与电源分离,上板带负电,下板带正电且与大地相接,在两板间固定着一个负电荷(电量很小),现将电容器两板水平错开一段距离(两板间距保持不变),则  [   ]

A.电容器两板间电压变大

B.电容器两板间的场强变大

C.负电荷所在处的电势升高

D.负电荷的电势能变大

本题中电容器所带的电量Q不变,当电容器两板水平错开时,两极板的正对面积S减小;由电容决定式判知,电容器的电容C变小,再由电容定义式判知,电容器两板

由“沿电场线方向电势降低”判知,负电荷所在处的电势低于零电势,故负电荷所在处的电势Uq=-Ed',式中d'为负电荷所在处到电容器下板(即电势零点)的距离.由此式可判知,随着两板间场强E的变大,负电荷所在处的电势降低,再由“负电荷放于电势低处比放于电势高处电势能大”判知,该负电荷的电势能变大.

综上可知选项A、B、D正确.

[例题4]如图9所示,把电容为C的电容器接在电压为U的电路中,讨论在下列情况下,电容器的电容、带电量和电势差的变化.

(1)接通S,使电容器的两极板间距离减为原来的一半.

(2)S接通后再断开,使电容器两极板的正对面积减为原来的一半.

首先,请同学思考,然后同桌互相交流启发,最后找两个学生将讨论过程及结果写在黑板上.

(1)U不变.由C∝1/d,且d'=d/2,故C'=2C.由C∝Q知,Q'=2Q.

(2)Q不变.由C∝S,且S'=S/2,故C'=C/2.由C∝1/U知,U'=2U.

 0  307616  307624  307630  307634  307640  307642  307646  307652  307654  307660  307666  307670  307672  307676  307682  307684  307690  307694  307696  307700  307702  307706  307708  307710  307711  307712  307714  307715  307716  307718  307720  307724  307726  307730  307732  307736  307742  307744  307750  307754  307756  307760  307766  307772  307774  307780  307784  307786  307792  307796  307802  307810  447090 

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