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魯科版高中物理必修第三冊(cè)第2章電勢(shì)能與電勢(shì)差第3節(jié)第1課時(shí)電勢(shì)差與靜電力做功課件(49頁(yè)ppt)

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魯科版高中物理必修第三冊(cè)第2章電勢(shì)能與電勢(shì)差第3節(jié)第1課時(shí)電勢(shì)差與靜電力做功課件(49頁(yè)ppt)

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第2章 電勢(shì)能與電勢(shì)差
第3節(jié) 電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系
第1課時(shí) 電勢(shì)差與靜電力做功
核心素養(yǎng):1.理解電勢(shì)差的概念,知道電勢(shì)差與零電勢(shì)點(diǎn)的選擇無(wú)關(guān). 2.掌握電勢(shì)差 的表達(dá)式以及靜電力做功與電勢(shì)差的關(guān)系. 3.電勢(shì)差類比高度差,等勢(shì)面類比等高 線,體現(xiàn)類比的科學(xué)方法. 4.通過(guò)靜電力做功與電勢(shì)能的關(guān)系、電勢(shì)能與電勢(shì)的關(guān)系 推導(dǎo)靜電力做功與電勢(shì)差的關(guān)系,培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砹?xí)慣. 5.利用知識(shí)類比和遷移,激 發(fā)學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力.
第*頁(yè)
研習(xí)任務(wù)一 電勢(shì)差
合作 討論
仔細(xì)觀察下列兩圖,回答各問(wèn)題.


  (1)甲圖的意義是什么?
提示:(1)零高度的選取不一樣,地面和樓頂?shù)母叨葦?shù)值也不一樣,但是地面 和樓頂?shù)母叨炔钍冀K是一定的.
  (2)乙圖中選D點(diǎn)為零電勢(shì)點(diǎn),A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)差是多少?選C點(diǎn)為零電勢(shì)點(diǎn), A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)差是多少?
提示:(2)以D點(diǎn)為零電勢(shì)點(diǎn),A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)差為1 V. 以C點(diǎn)為零電勢(shì)點(diǎn), A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)差仍為1 V.
教材 認(rèn)知
電勢(shì)差
(1)定義:電場(chǎng)中兩點(diǎn)間 的差值,用符號(hào)U表示.
(2)與電勢(shì)的關(guān)系式:UAB= .
(3)單位:與電勢(shì)單位相同,國(guó)際單位是 ,符號(hào)為 .
(4)標(biāo)矢性:電勢(shì)差是 ,但有正負(fù)之分.UAB>0,表示A點(diǎn)電勢(shì)比B點(diǎn)電 勢(shì) .
電勢(shì) 
φA-φB 
伏特 
V 
標(biāo)量 
高 
核心 歸納
1. 電勢(shì)差的理解
(1)電勢(shì)差反映了電場(chǎng)的能的性質(zhì),決定于電場(chǎng)本身,與試探電荷無(wú)關(guān).
(2)電勢(shì)差可以是正值也可以是負(fù)值,電勢(shì)差的正負(fù)表示兩點(diǎn)電勢(shì)的高低;
UAB=-UBA,與零電勢(shì)點(diǎn)的選取無(wú)關(guān).
(3)電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)在數(shù)值上等于該點(diǎn)與零電勢(shì)點(diǎn)之間的電勢(shì)差.
2. 電勢(shì)差與電勢(shì)的比較
電勢(shì)φ 電勢(shì)差U
區(qū)
別 定義
決定因素 由電場(chǎng)和在電場(chǎng)中的位置決 定 由電場(chǎng)和場(chǎng)內(nèi)兩點(diǎn)位置決定
相對(duì)性 有,與零勢(shì)能點(diǎn)選取有關(guān) 無(wú),與零勢(shì)能點(diǎn)選取無(wú)關(guān)
聯(lián)
系 數(shù)值關(guān)系 UAB=φA-φB,當(dāng)φB=0時(shí),UAB=φA
單位 相同,均是伏特(V),常用還有kV,mV等
標(biāo)矢性 都是標(biāo)量,但均具有正負(fù)
物理意義 均是描述電場(chǎng)能的性質(zhì)的物理量
研習(xí) 經(jīng)典
[典例1] 如圖所示,如果B板接地(取大地的電勢(shì)為零,則與大地相連的導(dǎo)體的電勢(shì) 也為零),則A板電勢(shì)為8 V,M點(diǎn)電勢(shì)為6 V,N點(diǎn)電勢(shì)為2 V.
(1)求M、N兩點(diǎn)間的電勢(shì)差是多少?
4 V 
[解析] (1)M、N兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UMN=φM-φN=4 V.
(2)如果改為A板接地,B點(diǎn)的電勢(shì)是多大?M、N兩點(diǎn)的電勢(shì)各是多大?M、N兩點(diǎn) 間的電勢(shì)差是多少?
-8 V
-2 V
-6 V
4 V
[解析] (2)若A板接地,則根據(jù)UAB=φA-φB,得φB=-UAB=UBA =-8 V,
M、N兩點(diǎn)的電勢(shì),φM=UMA=-2 V,φN=UNA=-6 V,
UMN=φM-φN=4 V.
名師點(diǎn)評(píng)
電勢(shì)差求解技巧
(1)采用直接代入符號(hào)運(yùn)算的方法,會(huì)更加便捷,但要注意正負(fù)號(hào)的運(yùn)用.
(2)電場(chǎng)中各點(diǎn)間的電勢(shì)差可依次用代數(shù)方法相加,但要注意角標(biāo)的排序,如UAD= UAB+UBC+UCD,UAB=-UBA.
A. φA>φB>φC B. φA<φC<φB
C. φA>φC>φB D. φC>φB>φA
解析:因?yàn)閁AB=φA-φB=60 V>0,所以φA>φB,又UBC=φB-φC=-50 V<0,所以 φB<φC,又UAC=UAB+UBC=60 V+(-50 V)=10 V>0,所以φA>φC,故φA>φC> φB,C正確.
C
第*頁(yè)
研習(xí)任務(wù)二 靜電力做功與電勢(shì)差的關(guān)系
合作 討論
如圖所示的電場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn),若選取無(wú)窮遠(yuǎn)處為零電勢(shì)點(diǎn),A、B兩點(diǎn)的電勢(shì) 分別為φA、φB.
  (1)A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)差UAB是多少?若把某電荷q從A移到B,電荷的電勢(shì)能變化 了多少?
提示:(1)UAB=φA-φB,電勢(shì)能的變化量為ΔEp=EpB-EpA=q(φB -φA).
  (2)根據(jù)靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系,求靜電力對(duì)該電荷做的功.
提示:(2)WAB=EpA-EpB=qφA-qφB=q(φA-φB)=qUAB.
教材 認(rèn)知
靜電力做功
(1)公式:WAB= = .
(2)電子伏特:1 eV= J,表示一個(gè)電子在電勢(shì)差為1 V的兩點(diǎn)間移 動(dòng)時(shí) 所做的功.
說(shuō)明:電勢(shì)差UAB=φA-φB,UBA=φB-φA,所以有UAB=-UBA.
EpA-EpB 
qUAB 
1.60×10-19 
靜電力 
核心 歸納
(2)WAB、UAB、q均可正可負(fù),但代表的意義不同.WAB取正號(hào),表示靜電力做正 功;UAB取正號(hào),表示φA>φB;q取正號(hào),表示試探電荷為正電荷.WAB取負(fù)號(hào),表示靜 電力做負(fù)功;UAB取負(fù)號(hào),表示φA<φB;q取負(fù)號(hào),表示試探電荷為負(fù)電荷.
(3)WAB=qUAB中,靜電力做的功WAB與移動(dòng)電荷q的路徑無(wú)關(guān),只與初、末位置的 電勢(shì)差有關(guān).
2. 靜電力做功的四種求法
四種求法 表達(dá)式 注意問(wèn)題
功的定義 W=Fd=qEd (1)適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)
(2)d表示沿電場(chǎng)線方向的距離
功能關(guān)系 WAB=EpA-EpB=-ΔEp (1)既適用于勻強(qiáng)電場(chǎng),也適用于非 勻強(qiáng)電場(chǎng)
(2)既適用于只受電場(chǎng)力的情況,也 適用于受多種力的情況
電勢(shì)差法 WAB=qUAB
動(dòng)能定理 W靜電力+W其他力=ΔEk
(2)A、C兩點(diǎn)間的電勢(shì)差.
名師點(diǎn)評(píng)
應(yīng)用公式WAB=qUAB時(shí)正負(fù)號(hào)的處理方法
方法一:帶正負(fù)號(hào)計(jì)算
WAB的正負(fù)號(hào)表示靜電力做正功還是負(fù)功,UAB的正負(fù)號(hào)表示A點(diǎn)電勢(shì)高于或低于 B點(diǎn)電勢(shì),q的正負(fù)號(hào)表示是正電荷還是負(fù)電荷.
方法二:帶絕對(duì)值計(jì)算
該方式?jīng)]有負(fù)號(hào),靜電力做正功還是負(fù)功,通過(guò)電荷的正負(fù)以及電荷移動(dòng)的方向 與電場(chǎng)的方向關(guān)系來(lái)判斷.
一般來(lái)說(shuō)方法一更簡(jiǎn)便一些.
A. 靜電力對(duì)電子做功20 eV,電子的電勢(shì)能減少了20 eV
B. 電子克服靜電力做功20 eV,電子的電勢(shì)能減少了20 eV
C. 靜電力對(duì)電子做功20 eV,電子的電勢(shì)能增加了20 eV
D. 電子克服靜電力做功20 eV,電子的電勢(shì)能增加了20 eV
解析:根據(jù)靜電力做功公式得靜電力做功為:WAB=qUAB=q(φA-φB)=-e·20 V =—20 eV,即電子克服靜電力做功20 eV,則電子的電勢(shì)能增加了20 eV,故D正確, A、B、C錯(cuò)誤.
D
第*頁(yè)
課后提素養(yǎng)
基礎(chǔ) 題組
1. 思維辨析
×
×
×


A. 兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于電荷從其中一點(diǎn)移到另一點(diǎn)時(shí),靜電力所做的功
B. 1 C電荷從電場(chǎng)中一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn),如果靜電力做了1 J的功,這兩點(diǎn)間的電勢(shì)差 就是1 V
C. 在兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷時(shí),靜電力做功的多少跟這兩點(diǎn)間的電勢(shì)差無(wú)關(guān)
D. 兩點(diǎn)間的電勢(shì)差的大小跟放入這兩點(diǎn)的電荷的電荷量成反比
B
3. 如圖所示,某電場(chǎng)的等勢(shì)面用實(shí)線表示,各等勢(shì)面的電勢(shì)分別為10 V、6 V和-2 V,則UAB= ,UBC= ,UCA= .
解析:因?yàn)锳、B兩點(diǎn)在同一等勢(shì)面上,故UAB=0;UBC=φB-φC=10-(-2) V= 12 V;UCA=φC-φA=-2 V-10 V=-12 V.
0 
12 V 
-12 V 
中檔 題組
A. UAB表示B點(diǎn)相對(duì)于A點(diǎn)的電勢(shì)差,即UAB=φB-φA
B. UAB和UBA是不同的,它們有關(guān)系UAB=-UBA
C. φA、φB都可以有正、負(fù),所以電勢(shì)是矢量
D. 電勢(shì)零點(diǎn)的規(guī)定是任意的,但人們通常規(guī)定大地或無(wú)窮遠(yuǎn)處為電勢(shì)零點(diǎn)
解析:UAB表示A點(diǎn)相對(duì)于B點(diǎn)的電勢(shì)差,UAB=φA-φB,A錯(cuò)誤;UBA表示B點(diǎn)相對(duì)于A 點(diǎn)的電勢(shì)差,UBA=φB-φA,故UAB=-UBA,B正確;電勢(shì)是標(biāo)量,正負(fù)號(hào)是相對(duì)于 零電勢(shì)點(diǎn)而言的,正號(hào)表示高于零電勢(shì)點(diǎn),負(fù)號(hào)表示低于零電勢(shì)點(diǎn),C錯(cuò)誤;零電勢(shì) 點(diǎn)理論上是可以任意選取的,但通常取無(wú)窮遠(yuǎn)處或大地為零電勢(shì)點(diǎn),D正確.
BD
A. A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比C點(diǎn)的小
B. 負(fù)電荷在A點(diǎn)的電勢(shì)能比在C點(diǎn)的電勢(shì)能大
C. 電荷沿等勢(shì)面AB移動(dòng)的過(guò)程中,電場(chǎng)力始終不做功
D. 正電荷由A移動(dòng)到C,電場(chǎng)力做負(fù)功
解析:A點(diǎn)的等勢(shì)面比C點(diǎn)的等勢(shì)面密,則A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比C點(diǎn)的大,故A錯(cuò)誤;負(fù) 電荷在高電勢(shì)點(diǎn)電勢(shì)能小,在低電勢(shì)點(diǎn)電勢(shì)能大,故B錯(cuò)誤;沿著等勢(shì)面移動(dòng)點(diǎn)電 荷,靜電力不做功,故C正確;正電荷由A到C,電勢(shì)能減小,則靜電力做正功,故D 錯(cuò)誤.
C
A. A點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小等于B點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小
B. C點(diǎn)電勢(shì)低于B點(diǎn)電勢(shì)
C. 將電子從A點(diǎn)移到B點(diǎn),靜電力不做功
D. 將質(zhì)子從A點(diǎn)移到C點(diǎn),其電勢(shì)能增加
解析:由點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)公式知A、B兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小相等,A項(xiàng)正確;沿電場(chǎng)線方向,電勢(shì) 降低,B項(xiàng)正確;由圖可知A、B兩點(diǎn)電勢(shì)差為0,所以將電子從A點(diǎn)移到B點(diǎn),靜電力 不做功,故C正確;A點(diǎn)的等勢(shì)面的電勢(shì)高于C點(diǎn)的等勢(shì)面的電勢(shì),將質(zhì)子從A點(diǎn)移到 C點(diǎn),靜電力做正功,其電勢(shì)能減小,故D錯(cuò)誤.
ABC
A. A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比C點(diǎn)的大
B. A、B兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相等
C. B、C兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同
D. C點(diǎn)的電勢(shì)比A點(diǎn)的高
解析: A點(diǎn)處電場(chǎng)線比C點(diǎn)處電場(chǎng)線稀疏,所以A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比C點(diǎn)的小,同理A點(diǎn) 的電場(chǎng)強(qiáng)度大于B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,故A、B錯(cuò)誤;B、C兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向與電場(chǎng)線 相切,它們的電場(chǎng)強(qiáng)度方向不相同,故C錯(cuò)誤;沿著電場(chǎng)線電勢(shì)逐漸降低,則C點(diǎn)的 電勢(shì)比A點(diǎn)的電勢(shì)高,故D正確.故選D.
D
A. P、M兩點(diǎn)電勢(shì)差UPM=2 kV
B. P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小比M點(diǎn)的小
C. M、N兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)相同
D. 電子在P點(diǎn)的電勢(shì)能大于其在N點(diǎn)的電勢(shì)能
BD
解析:由題圖可知,P、M兩點(diǎn)電勢(shì)差UPM = φP-φM = -2 kV,故A錯(cuò)誤;因M點(diǎn)比 P點(diǎn)等勢(shì)面密集,可知電場(chǎng)線密集,則P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小比M點(diǎn)的小,故B正確;M、N 兩點(diǎn)的等勢(shì)線密集程度相同,可知電場(chǎng)線密集程度相同,則兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小相同,但是 方向不同,故C錯(cuò)誤;因P點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的低,可知電子在P點(diǎn)的電勢(shì)能大于其在N 點(diǎn)的電勢(shì)能,故D正確.故選BD.
第*頁(yè)
課時(shí)作業(yè)
A. 它是由兩點(diǎn)的位置決定的,與移送的電荷的種類和數(shù)量有關(guān)
B. 電勢(shì)差與靜電力做功成正比,與被移送的電荷量成反比
C. 電勢(shì)差的大小等于移動(dòng)單位正電荷時(shí)靜電力所做的功
D. 電場(chǎng)中兩點(diǎn)間沒(méi)有電荷移動(dòng),則電勢(shì)差為零
解析:電勢(shì)差是描述電場(chǎng)性質(zhì)的物理量,與移送的電荷無(wú)關(guān),A、B、D錯(cuò)誤;電勢(shì)差 的大小可以用靜電力做功與電荷量的比值計(jì)算,數(shù)值上等于移動(dòng)單位正電荷時(shí)靜電力 所做的功,C正確.
C
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4
5
6
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8
9
10
11
A. 4.8×10-8 J B. -4.8×10-8 J
C. 8.0×10-8 J D. -8.0×10-8 J
解析:由于UAD=φA-φD=-40 V-(-10) V=-30 V,所以從A至D,電場(chǎng)力對(duì)電 荷做的功:WAD=qUAD=1.6×10-9×(-30) J=-4.8×10-8 J,B正確.
B
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2
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5
6
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8
9
10
11
A. W1=W2=W3<0
B. W1>W(wǎng)2=W3>0
C. W1=W3>W(wǎng)2=0
D. W3>W(wǎng)1=W2=0
解析:點(diǎn)電荷形成電場(chǎng)的等勢(shì)面是以該電荷為中心的球面,由題意知,三點(diǎn)的電勢(shì)關(guān) 系φA=φC>φB,所以電勢(shì)差UAB=UCB>0,UAC=0,而W1=qUAB,W2=qUAC,W3= qUCB,所以W1=W3>W(wǎng)2=0,選項(xiàng)C正確.
C
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10
11
A. M點(diǎn)和N點(diǎn)電勢(shì)相同
B. M點(diǎn)和N點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度相同
C. 負(fù)電荷由M點(diǎn)到N點(diǎn),電勢(shì)能始終增大
D. 負(fù)電荷由M點(diǎn)到N點(diǎn),電場(chǎng)力始終做正功
解析:M、N是同一圓上的兩點(diǎn),則電勢(shì)相同,場(chǎng)強(qiáng)大小相等、方向不同,A正確,B 錯(cuò)誤;由于兩點(diǎn)電勢(shì)相等,負(fù)電荷由M點(diǎn)到N點(diǎn),電場(chǎng)力做功為零,電勢(shì)能變化量為 零,C、D錯(cuò)誤.
A
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11
A. 3×104 V B. 1×104 V
C. 4×104 V D. 7×104 V
B
1
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3
4
5
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7
8
9
10
11
A. 16 J B. 10 J C. 6 J D. 4 J
解析:由題意得運(yùn)動(dòng)到φ2上時(shí)動(dòng)能為10 J,又φ2=0,故在φ2上時(shí)電勢(shì)能為零,因此動(dòng) 能與勢(shì)能的和為10 J,故所求動(dòng)能為10 J-4 J=6 J.
C
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2
3
4
5
6
7
8
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11
A. 該電場(chǎng)是由負(fù)點(diǎn)電荷所激發(fā)的電場(chǎng)
B. 電場(chǎng)中a點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)的電勢(shì)高
C. 帶電粒子在a點(diǎn)的加速度比在b點(diǎn)的加速度小
D. 帶電粒子在a點(diǎn)的動(dòng)能比在b點(diǎn)的動(dòng)能大
D
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4
5
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8
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11
解析:由于粒子的電性未知,所以無(wú)法判斷電場(chǎng)線的方向,進(jìn)而無(wú)法判斷場(chǎng)源電荷的 電性以及a、b兩點(diǎn)電勢(shì)的高低,故A、B錯(cuò)誤;電場(chǎng)線越密的地方電場(chǎng)強(qiáng)度越大,所 以帶電粒子在b點(diǎn)的加速度一定比在a點(diǎn)的加速度小,故C錯(cuò)誤;帶電粒子所受電場(chǎng)力 方向沿電場(chǎng)線方向指向軌跡凹側(cè),若粒子從a運(yùn)動(dòng)到b,則電場(chǎng)力方向與速度方向夾角 大于90°,電場(chǎng)力做負(fù)功,粒子動(dòng)能減小;若粒子從b運(yùn)動(dòng)到a,則電場(chǎng)力方向與速度 方向夾角小于90°,電場(chǎng)力做正功,粒子動(dòng)能增加,綜上所述可知,帶電粒子在a點(diǎn) 的動(dòng)能一定比在b點(diǎn)的動(dòng)能大,故D正確.故選D.
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(1)求A、C間的電勢(shì)差;
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(2)若規(guī)定B點(diǎn)電勢(shì)為零,求C點(diǎn)的電勢(shì).
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[能力提升]
A. 三點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小關(guān)系是EA∶EB∶EC=3∶2∶1
B. 三點(diǎn)的電勢(shì)大小關(guān)系是φA-φB>φB-φC
C. 該試探電荷在三點(diǎn)的電勢(shì)能大小關(guān)系是EpA<EpB<EpC
D. 該試探電荷在三點(diǎn)的動(dòng)能大小關(guān)系是EkC-EkB<EkB-EkA
BD
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A. 粒子帶負(fù)電
B. 速度先減小后增大
C. 電勢(shì)能先減小后增大
D. 經(jīng)過(guò)b點(diǎn)和d點(diǎn)時(shí)的速度大小和方向均相同
AB
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解析:根據(jù)兩個(gè)固定的等量異種點(diǎn)電荷所形成電場(chǎng)的等勢(shì)線的特點(diǎn)可得,正電荷在上 方,負(fù)電荷在下方,從粒子運(yùn)動(dòng)軌跡看出,軌跡向上彎曲,可知帶電粒子受到了向上 的力的作用,所以粒子帶負(fù)電,故A正確;粒子從a→b→c過(guò)程中,電場(chǎng)力做負(fù)功, c→d→e過(guò)程中,電場(chǎng)力做正功.粒子在靜電場(chǎng)中電場(chǎng)力先做負(fù)功后做正功,電勢(shì)能先 增大后減小,速度先減小后增大,故B正確,C錯(cuò)誤;由于b、d兩點(diǎn)處于同一個(gè)等勢(shì) 面上,所以粒子在b、d兩點(diǎn)的電勢(shì)能相同,粒子經(jīng)過(guò)b點(diǎn)和d點(diǎn)時(shí)的速度大小相同,方 向不同,故D錯(cuò)誤.故選AB.
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11. 如圖所示,勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線與水平虛線夾角θ=37°,把一帶電荷量為q=10-8 C的正電荷從C點(diǎn)移至A點(diǎn)的過(guò)程中,電場(chǎng)力做功WCA=-3.6×10-8 J,AC長(zhǎng)x=6 cm,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,求:
(1)A、C兩點(diǎn)的電勢(shì)差UAC;
3.6 V
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(2)勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E的大小.
100 V/m
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