(新教材)高中物理人教版必修第三册 10.2 电势差课件+word版练习含答案

文档属性

名称 (新教材)高中物理人教版必修第三册 10.2 电势差课件+word版练习含答案
格式 zip
文件大小 2.8MB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2020-05-11 10:43:03

文档简介

课件8张PPT。2.电 势 差 一、电势差
1.定义:电场中两点间_____的差值,也叫_____。
2.电场中两点间的电势差与零电势点的选择_____(选
填“有关”或“无关”)。电势电压无关3.公式:电场中A点的电势为φA,B点的电势为φB,则
UAB=_______,UBA=_______,可见UAB=____。
4.电势差是_____,UAB为正值,A点的电势比B点的电势
___;UAB为负值,A点的电势比B点的电势___。
5.电势差的单位和电势的单位相同,均为____,符号是__。φA-φBφB-φA-UBA标量高低伏特V二、静电力做功与电势差的关系1.关系:WAB=____, 。
2.适用范围:_____电场。qUAB任意三、等势面
1.定义:电场中_________的各点构成的面。
2.特点:
(1)等势面一定与电场线_____,即跟电场强度的方向垂
直。
(2)电场线总是由_______的等势面指向_______的等势
面。电势相同垂直电势高电势低(3)两个不同的等势面_________。永不相交温馨提示:
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关键能力·素养形成
一 静电力做功与电势差的关系
利用公式UAB=计算电势差的两种方法
方法1:各物理量均带正、负号运算,但代表的意义不同。WAB的正、负号表示正、负功;q的正、负号表示电性;UAB的正、负号反映φA、φB的高低。计算时W与U的角标要对应,即WAB=qUAB,WBA=qUBA。
方法2:绝对值代入法。WAB、q、UAB均代入绝对值,然后再结合题意判断电势的高低。
【思考·讨论】
如何求电场中两点A、B的电势之差?
提示:根据移动电荷从A到B静电力做的功,利用公式WAB=qUAB,计算求得UAB

【典例示范】
在电场中把4.0×10-9 C的正电荷从A点移到B点,静电力做功2.0×10-7 J。再把这个电荷从B点移到C点,静电力做功为-4.0×10-7 J。
(1)求A、B间,B、C间,A、C间的电势差各是多大?
(2)把电量为1.0×10-9 C的负电荷从A点移到C点,静电力做多少功?
【解析】(1)根据U=得:
UAB== V=50 V
UBC== V=-100 V
UAC=== V=-50 V
(2)根据W=Uq得电场力做功为:
W′AC=q′UAC=-1.0×10-9×(-50) J=5×10-8 J
答案:(1)50 V -100 V -50 V (2)5×10-8 J
【规律方法】
【素养训练】
1.电场中有A、B两点,一个点电荷在A点的电势能为1.2×10-8 J,在B点的电势能为0.80×10-8 J。已知A、B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1.0×10-9 C,那么 (  )
A.该电荷为负电荷
B.该电荷在A点所受的电场力比在B点所受的电场力大
C.A、B两点的电势差UAB=4.0 V
D.把电荷从A移到B,电场力做功为2.5×10-10 J
【解析】选A。点电荷在A点的电势能大于在B点的电势能,而A点电势小于B点电势,故该电荷一定为负电荷,故A正确; 因该电场线周围的电场线分布情况未知,所以A、B两点的场强大小无法比较,电场力大小也无法判定,故B错误; 从A到B电场力做功WAB=EpA-EpB=1.2×10-8 J-0.8×10-8 J=0.4×10-8 J,故D错误;由UAB=,得UAB= V=-4.0 V,故C错误。
2.测量表明,大地周围空间存在电场,在寻常日子里,平坦的旷野上,竖直向上每升高1 m,电势增加100 V。现有一运动员,身高2m,赤足站在位于旷野的运动场上,若将人视为导体,此运动员头顶与其脚底间的电势差为 (  )
A.0 B.100 V C.150 V D.200 V
【解析】选A。每升高1 m,电势约升高100 V,根据沿着电场线方向电势降低可知,地面处的电势低;由于人是导体,而电场中的导体是等势体,所以人的头部和脚底之间的电势差(电压)约为0 V,故A正确,B、C、D错误。
【补偿训练】
1.如图中虚线所示,静电场中的等势面1、2、3、4,相邻的等势面之间的电势差相等,其中等势面3的电势为0,一带正电的点电荷在静电力的作用下运动,经过A、B点时的动能分别为26 eV和5 eV。当这一点电荷运动到某一位置,其电势能变为-8 eV时,它的动能应为 (  )
A.8 eV   B.13 eV   C.20 eV   D.34 eV
【解析】选C。由于正点电荷由A到B动能减少了21 eV,而电场中机械能和电势能的总和不变,故在等势面3时动能应为12 eV,总能量E=12 eV+0 eV=12 eV,当在某一位置,电势能Ep=-8 eV时,动能Ek=12 eV-(-8 eV)=20 eV,故应选C。
2.(多选)如图所示,在a点由静止释放一个质量为m、电荷量为q的带电粒子,粒子到达b点时速度恰好为零,设a、b所在的电场线竖直向下,a、b间的高度差为h,则 (  )
A.带电粒子带负电
B.a、b两点间的电势差Uab=
C.b点场强大于a点场强
D.a点场强大于b点场强
【解析】选A、B、C。带电粒子由a到b的过程中,重力做正功,而粒子运动到b点时动能没有增大,说明静电力做负功。根据动能定理有mgh-qUab=0,解得a、b两点间电势差为Uab=。因为a点电势高于b点电势,即Uab>0,所以粒子带负电,选项A、B正确。带电粒子由a运动到b过程中,在重力和静电力的共同作用下,先加速运动后减速运动。因为重力为恒力,所以静电力为变力,且静电力越来越大,由此可见b点场强大于a点场强,选项C正确、D错误。
二 等势面的特点及其与电势的关系
1.四种常见的典型电场等势面的对比分析:
电场
等势面(实线)
特征描述
匀强
电场
垂直于电场线的一簇等间距平面
点电荷
的电场
以点电荷为球心的一簇球面
等量异
种点电
荷的电

连线的中垂面上的电势为零
等量同
种正点
电荷的
电场
连线上,中点电势最低,而在中垂线上,中点电势最高。关于中点左右对称或上下对称的点电势相等
2.带电粒子在电场中运动轨迹问题的分析方法:
(1)从轨迹的弯曲方向判断受力方向(轨迹向合外力方向弯曲),从而分析电场方向或电荷的正负;
(2)结合轨迹、速度方向与静电力的方向,确定静电力做功的正负,从而确定电势能、电势和电势差的变化等;
(3)根据动能定理或能量守恒定律判断动能的变化情况。
【典例示范】
(多选)如图是两个等量异种点电荷,周围有1、2、3、4、5、6各点,其中1、2之间距离与2、3之间距离相等,2、5之间距离与2、6之间距离相等。两条虚线互相垂直且平分,那么关于各点电场强度和电势的叙述正确的是 (  )
A.1、3两点电势相同      B.5、6两点电场强度相同
C.4、5两点电势相同 D.1、3两点电场强度相同
【解题探究】
(1)等量异种点电荷电场线的分布具有对称性,两点电荷连线的中垂线是一条等势线。
(2)根据电场线方向判断电势的高低:顺着电场线方向电势逐渐降低。
【解析】选B、C、D。沿着电场线电势降低,两点电荷连线上电场线方向从3指向1,则3的电势高于1的电势,故A错误;根据对称性,5、6两点处电场线疏密程度相同,电场强度大小相等,方向都与此虚线垂直向左,则5、6两点电场强度相同,故B正确;等量异种点电荷连线的中垂线是一条等势线,所以4、5两点电势相等,故C正确;等量异种点电荷电场线的分布具有对称性,1、3两点电场强度大小相同,方向均向左,故D正确。
【素养训练】
1.如图所示的电场中,虚线a、b、c为三个等势面,相邻等势面之间的电势差相等,即Uab=Ubc,一带负电的质点仅在电场力的作用下通过该区域时的运动轨迹如实线所示,P、Q是这条轨迹上的两点,由此可知 (  )
A.a、b、c三个等势面中,a的电势最高
B.带电质点在P点的动能比在Q点大
C.带电质点在P点的电势能比在Q点小
D.带电质点在P点时的加速度比在Q点小
【解析】选A。质点所受电场力指向轨迹内侧,由于质点带负电,因此电场线指向左上方,沿电场线电势降低,故c等势线的电势最低,a的电势最高,故A正确;从P到Q过程中电场力做正功,电势能降低,动能增大,故P点的动能小于Q点的动能,在P点的电势能比在Q点大,故B、C错误;P点等势面较Q点密集,则电场线也密集,则质点通过P点时的电场力比Q点大,则其加速度比Q点大,故D错误。
2.(多选)如图,直线a、b和c、d是处于匀强电场中的两组平行线,M、N、P、Q是它们的交点,四点处的电势分别为φM、φN、φP、φQ。一电子由M点分别运动到N点和P点的过程中,电场力所做的负功相等。则 (  )
A.直线a位于某一等势面内,φM>φQ
B.直线c位于某一等势面内,φM>φN
C.若电子由M点运动到Q点,电场力做正功
D.若电子由P点运动到Q点,电场力做负功
【解析】选B。因电子由M点分别运动到N点和P点的过程中,电场力所做的负功相等,根据WAB=UABq可知,UMN=UMP,即φN=φP,N、P在同一等势面上,在匀强电场中等势面是相互平行的平面,因MQ∥NP,故M、Q也在同一等势面上,即φM=φQ,选项A错误;电子由M点分别运动到N点和P点电场力做负功,电场线与等势面垂直,故电场强度的方向为M→N或Q→P,即φM>φN,选项B正确;M、Q在同一等势面上,电子由M点运动到Q点电场力不做功,选项C错误;电子由P点运动到Q点,逆着电场线运动,电场力做正功,选项D错误。
【补偿训练】
1.(多选)如图甲所示的直线为某电场中的一条电场线,A、B是这条电场线上的两点,若将一负电荷从A点自由释放,负电荷沿电场线从A到B运动过程中的速度-时间图像如图乙所示,比较A、B两点电势φ的高低和场强E的大小可得(  )
A.φA>φB   B.φA<φB   C.EA>EB   D.EA=EB
【解析】选B、C。负电荷的速度在增加,说明电场力方向由A指向B,场强方向由B指向A,所以φB>φA,B正确。又知加速度在减小,所以EA>EB,C正确。
2.(多选)如图所示,实线是一个电场中的电场线,虚线是一个负的试探电荷在这个电场中仅在电场力作用下运动的轨迹。若电荷是从a处运动到b处,以下判断正确的是(  )
A.电荷从a到b加速度减小
B.电荷从a到b动能减小
C.电荷从a到b电势能减小
D.电荷从a到b电势能增大
【解析】选A、B、D。由电场线的疏密程度可知,Ea>Eb,再由a==知,A正确;电场力的方向指向曲线的内侧,即沿电场线指向左,粒子从a处运动到b处,电场力做负功,动能减小,电势能增大,所以B、D正确,C错误。
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课堂检测·素养达标
1.对于电场中确定的A、B两点,关于表达式UAB=,下列说法正确的
是 (  )
A.电势差UAB随着电场力所做的功WAB变化而变化
B.WAB随着检验电荷q运动路径不同而变化
C.检验电荷q的大小直接影响电势差UAB的大小
D.电势差UAB由电场决定,与电场力做功WAB及检验电荷q无关
【解析】选D。电势差的定义式为UAB=,是用比值法定义的物理量,其特点是电势差与试探电荷无关,由电场的强度和两点的位置决定,故A、C错误,D正确;电场力做功与路径无关,只与初末位置的电势差有关,故B错误。
2.在雷雨天气中,两头牛躲在一棵大树下,A牛面对大树站立,B牛侧对大树站立。当闪电击中大树时,大树周围的电势分布如图所示,则 (  )
A.A牛的前脚电势比后脚电势低
B.A牛比B牛受到伤害可能更大
C.大树周围形成的电场是匀强电场
D.大树周围形成的电场是图中的同心圆
【解析】选B。由该等势面的图可知,该电场类似于正点电荷的电场,A牛的前脚电势比后脚电势高,故A错误;由图可知,A牛的前脚电势比后脚电势高,而B牛的前脚电势与后脚电势近似相等,所以A牛比B牛受到伤害可能更大,故B正确;由该等势面的图可知,该电场类似于正点电荷的电场,不是匀强电场,故C错误;结合电场的特点可知,图中的同心圆是等势线,不是大树周围形成的电场,故D错误。
3.如图所示,处于在O点的点电荷+Q形成的电场中,试探电荷+q由A点移到B点,电场力做功为W1;以OA为半径画弧交OB于C点,再把试探电荷由A点移到C点电场力做功为W2;由C点移到B点电场力做功为W3。则3次电场力做功的大小关系为 (  )
A.W1=W2=W3<0    B.W1>W2=W3>0
C.W1=W3>W2=0 D.W3>W1=W2=0
【解析】选C。因为A、C在同一等势面上,所以UAB=UCB,UAC=0,W1=W3,W2=0。 选项C正确。
【补偿训练】
在电场中将一带电荷量为q=-1×10-9 C的负电荷从B点移至A点时,克服电场力做功2×10-6 J,将该电荷从A点移至C点时,则需克服电场力做功3×10-6 J,则B、C间的电势差大小为 (  )
A.5 000 V   B.3 000 V   C.2 000 V   D.1 000 V
【解析】选A。电荷由B移到C,电场力做功为
WBC=WBA+WAC=-2×10-6 J-3×10-6 J=-5×10-6 J,UBC== V=5 000 V,
所以B、C间的电势差大小为5 000 V。
4.在如图所示的电场中,把点电荷q=+2×10-11 C,由A点移到B点,电场力所做的功WAB=4×10-11 J。A、B两点间的电势差UAB等于多少?B、A两点间的电势差UBA等于多少?
【解析】根据电势差的定义式U=可得:A、B两点间的电势差UAB==
V=2 V
B、A两点间的电势差UBA=-UAB=-2 V
答案:2 V -2 V
情境:如图为某一平面内非匀强电场的等势线分布图,已知相邻的等势线间的电势差大小相等,其中A、B两点电势分别为φA=10 V,φB=2 V。
问题:
(1)比较A、B两点电场强度的大小。
(2)若将一电子从A点沿某一路径运动到B点,则电子的电势能如何变化?变化了多少?
【解析】(1)等差等势面密的地方电场强度大,B处的等势面密,所以B点的电场强度大。
(2)根据公式:W=qU得:W=qU=-e·(φA-φB)=-1.6×10-19×8 J=-1.28×10-18 J电场力做负功,电子的电势能增大。
答案:(1)B点的电场强度大 (2)增大 1.28×10-18 J
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课时素养评价 六
电势差与电场强度的关系
(25分钟 60分)
一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)
1.下列说法正确的是(  )
A.由公式E=得,电场强度E与电势差UAB成正比,与两点间距离d成反比
B.由公式E=得,在匀强电场中沿电场线方向上两点间距离越大,电场强度就越小
C.在匀强电场中,任意两点间电势差等于场强和这两点间距离的乘积
D.公式E=只适用匀强电场
【解析】选D。公式E=只适用匀强电场,与电势差和两点间的距离无关,故A错误,D正确;在匀强电场中,电场强度处处不变,故B错误;在匀强电场中,两点间电势差等于电场强度与两点间沿电场方向距离的乘积,故C错误。
2.如图所示,a、b、c、d、e五点在一条直线上,b、c两点间的距离等于d、e两点间的距离。在a点固定一个点电荷,带电荷量为+Q,已知在+Q形成的电场中,d、e两点间的电势差为U。将一个试探电荷+q从b点移动到c点的过程中(  )
A.电场力做功qU
B.克服电场力做功qU
C.电场力做功大于qU
D.电场力做功小于qU
【解析】选C。由题意可知,场源电荷为正电荷,所以b、c之间电场强度的方向由b指向c,试探电荷+q从b点移动到c点的过程中电场力做正功。据点电荷的电场强度公式E=k,b、c之间平均电场强度大于d、e之间的平均电场强度;再根据匀强电场中电势差与沿电场强度方向距离的关系U=Ed,可得Ubc>Ude;因此试探电荷+q从b点移动到c点的过程中电场力做功大于qU。故C项正确,A、B、D三项错误。
3.如图所示为边长为2 m的菱形ABCD,匀强电场方向平行于菱形所在平面,
∠B=60°,将一电子从A点移动到B点或D点,克服电场力做功均为8 eV。下列说法正确的是 (  )
A.匀强电场的电场强度为8 V/m,方向由A指向C
B.匀强电场的电场强度为4 V/m,方向由A指向C
C.匀强电场的电场强度为8 V/m,方向由C指向A
D.匀强电场的电场强度为4 V/m,方向由C指向A
【解析】选A。将一电子从A点移动到B点或D点,克服电场力做功均为8 eV,所以BD为电场中一条等势线,电场线方向垂直BD;根据电场力做功计算公式可得:WAB=-eUAB解得:UAB===8 V,所以电场线方向由A指向C;由于菱形ABCD边长为2 m,∠B=60°,所以ABC为等边三角形,AC长度d=2 m,UAC=2UAB=16 V,电场强度E== V/m=8 V/m,故A正确,B、C、D错误。
4.如图所示,M、N、Q是匀强电场中的三点,MN垂直于NQ,MN=4 cm,NQ=3 cm。MQ与电场方向平行,M、N两点的电势分别为5 V和1.8 V。则电场强度大小和Q点的电势分别为(  )
A.100 V/m和1 V     B.80 V/m和0
C.100 V/m和0 D.80 V/m和1 V
【解析】选C。由图知∠M=37°,MN沿电场线方向的距离为d=dMN×cos37°=
3.2 cm=0.032 m,则:E== N/C=100 N/C,又UMQ=EdMQ ,则φM-φQ=100×
0.05 V=5 V,由φM=5 V得φQ=0 V,故应选C。
5.如图所示,在匀强电场中有A、B、C三点,三点构成直角三角形,∠A=37°,AB边长为5 m,D为AB中点,电场线与ABC所在平面平行,A、B、C三点的电势分别为14 V、6 V和6 V,取sin37°=0.6,cos37°=0.8,则 (  )
A.DC两点间电势差UDC=8 V
B.D点电势φD=8 V
C.该电场的电场强度E=2 V/m
D.该电场的方向为沿BC方向
【解析】选C。在匀强电场中,平行等距离的两点电势差相等,则φA-φD=φD-φB,解得:φD=10 V,所以UDC=φD-φC=4 V,故A、B错误;三角形中B、C的电势分别为6 V和6 V,则B和C为等势点,BC为等势线,电场线方向沿AC方向,则电场强度E== V/m=2 V/m,故C正确、D错误。
6.如图所示,匀强电场中有a、b、c三点,在以它们为顶点的三角形中,∠a=30°,∠c=90°。电场方向与三角形所在平面平行。已知a、b和c点的电势分别为
(2-) V、(2+) V和2 V,则该三角形的外接圆上最低、最高电势分别为(  )
A.(2-) V、(2+) V
B.0 V、4 V
C. V、 V
D.0 V、2 V
【解析】选B。如图,圆心O是ab的中点,所以圆心O点的电势为2 V,所以Oc是等势线,则电场线如图中MN所示,方向由M指向N。沿电场线方向电势均匀降低,圆心的电势为2 V,则圆周上电势最低为0,最高为4 V,选B。
二、计算题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)
7.(12分)如图所示的匀强电场,电场强度E=2×104 N/C。一电荷量q=+1×10-8 C的电荷从电场中的A点移动到B点,A、B之间的距离d=0.1 m。求:
(1)电荷所受电场力F的大小;
(2)A、B之间的电势差U;
(3)电场力对电荷做的功W。
【解析】(1)由电场力的公式有:
F=Eq=2×104×1×10-8 N=2×10-4 N;
(2)匀强电场中电场强度处处相同,大小均为E,
则A、B两点之间的电势差为:
U=Ed=2×104 N/C×0.1 m=2.0×103 V;
(3)在A到B过程中电场力是恒力,做的功为:
W=qU=1×10-8×2.0×103 J=2.0×10-5 J。
答案:(1)2×10-4 N (2)2×103 V (3)2×10-5 J
8.(12分)如图所示为一组未知方向的匀强电场的电场线,将1×10-6 C的负电荷由A点沿水平线移至B点,电场力做了2×10-6 J的功,A、B间距离为2 cm。问:
(1)A、B两点间的电势差为多大?
(2)匀强电场电场强度大小。
(3)若B点电势为1 V,A点电势为多少?该电荷在A点的电势能多大?
【解析】(1)A、B两点间的电势差
UAB== V=-2 V;
(2)由解析(1)可知A点的电势低于B点的电势,电场强度的方向斜向上,
匀强电场的大小
E== V/m=200 V/m;
(3)因为UAB=φA-φB,
则A点的电势φA=φB+UAB=1 V-2 V=-1 V
电势能为:
Ep=qφA=-1×10-6×(-1) J=1×10-6 J。
答案:(1)-2 V (2)200 V/m
(3)-1 V 1×10-6 J
(15分钟 40分)
9.(6分)(多选)如图所示是一电场强度大小为E的匀强电场,现将一电子从A点移动到B点。已知电子的电荷量大小为e,A、B间距离为d,A、B连线与电场线成37°角,则可知 (  )
A.A点的电势φA低于B点的电势φB
B.电场力做功为W=-eEdcos37°
C.A、B两点的电势差为UAB=Edcos37°
D.电子的电势能增大
【解析】选B、C、D。沿着电场线方向,电势逐渐降低,所以φA>φB,A错误;匀强电场电场力做功W=-eEdcos37°,故B正确;A、B两点的电势差为UAB=Edcos37°,故C正确;电场力对电子做负功,电势能增加,故D正确。
10.(6分)(多选)如图所示,已知某匀强电场方向平行正六边形ABCDEF所在平面,若规定D点电势为零,则A、B、C的电势分别为8 V、6 V、2 V,初动能为16 eV、电荷量大小为3e (e为元电荷)的带电粒子从A沿着AC方向射入电场,恰好经过BC的中点G。不计粒子的重力,下列说法正确的是
(  )
A.该粒子一定带正电
B.该粒子达到G点时的动能为4 eV
C.若该粒子以不同速率从D点沿DF方向入射,该粒子可能垂直经过CE
D.只改变粒子在A点初速度的方向,该粒子不可能经过C
【解析】选B、D。根据A、B、C三点的电势值可知,BF连线为等势面,场强垂直于BF水平向右,由粒子的轨迹可知,粒子带负电,选项A错误;G点的电势φG==4 V,由能量关系知EpA+EkA=EpG+EkG,故EkG=EpA+EkA-EpG=-3×8 eV+16 eV
-(-3e)·4 V=4 eV,B正确;因电场线垂直于CE连线,若该粒子以不同速率从D点沿DF方向入射,该粒子沿CE方向总有速度分量,故不可能垂直经过CE,C错误;若只改变粒子在A点的初速度的方向,该粒子若能经过C点,则8×(-3e) V+
16 eV=2×(-3e) V+EkC,EkC=-2 eV,与事实不符,故粒子不可能经过C点,D正确。
11.(6分)(多选)如图,空间有平行于纸面的匀强电场,处于该电场中直角三角形ABC直角边BC=20 cm,∠A=60°,AD是∠A的角平分线。若在直角顶点B处有一个射线源朝空间各方向射出动能为1 000 eV的电子,则能在顶点A和C分别探测到动能为1 100 eV和900 eV的电子,本题中运动的电子仅需考虑匀强电场的电场力,则 (  )
A.A、B间的电势差UAB=100 V
B.该匀强电场的电场强度E=1 000 V/m
C.电场强度的方向沿A指向D
D.整个三角形内,顶点C的电势最高
【解析】选A、B、C。由B到A由动能定理可得:-eUBA=1 100 eV-1 000 eV,可得UBA=-100 V,所以UAB=100 V,故A正确;同理可知B、C间的电势差UBC=100 V,所以A、C间的电势差为UAC=UAB+UBC=100 V+100 V=200 V,由几何知识可得AC在AD上的投影是AB在AD投影的2倍,这就说明电场的方向一定沿着AD,并且由A指向D,所以C正确;由几何知识可得AB在AD上的投影为10 cm,所以电场强度的大小为:E= V/m=1 000 V/m,故B正确; 分析可知,整个三角形内,顶点A的电势最高,故D错误。
12.(22分)如图所示,A、B、C为一等边三角形的三个顶点,某匀强电场的电场线平行于该三角形平面。现将电荷量为10-8 C的正点电荷从A点移到B点,电场力做功为3×10-6 J,将另一电荷量为10-8 C的负点电荷从A点移到C点,克服电场力做功3×10-6 J。若AB边长为2 cm,则电场强度的大小为多大?方向如何?
【解析】正点电荷从A点移到B点时,电场力做正功,故A点电势高于B点,可求得:UAB== V=300 V。
负点电荷从A点移到C点,克服电场力做功,同理可判断A点电势高于C点,可求得:
UAC== V=300 V。
因此B、C两点电势相等,UBC=0。由于匀强电场中的等势线是一簇平行直线,因此,BC为一等势线,故电场线方向垂直BC。设D为直线BC的中点,则电场方向为由A指向D。直线AB在电场方向的距离d等于线段AD的长度,故由匀强电场中电势差与电场强度的关系式可得:
E== V/m=104 V/m。
答案:104 V/m 方向为垂直B、C连线,由A指向BC
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