如图所示的匀强电场中,有a、b、c三点,ab=5cm,bc=12cm,其中ab沿电场方向,bc和电场方向成60°角,一个电量为q=4×10-8C的正电荷从a移到b电场力做功为W1=1.2×10-7J,求:
(1)匀强电场的电场强度E;
(2)电荷从b移到c,电场力做的功W2;
(3)a、c两点的电势差Uac.
答案:(1)60V/m (2)1.44×10-7J (3)6.6V
解析:(1)从a到b电场力做功
W1=qUab①
由匀强电场中电场强度和电势差的关系
Uab=E·dab②
所以E==
V/m=60V/m
(2)把电荷从b移到c,电场力做功
W2=qUbc=qE·dbc·cos60°
=4×10-8×60×12×10-2×0.5J
=1.44×10-7J
(3)a与c间的电势差
Uac=Uab+Ubc=E·dab+E·dbc·cos60°
=(60×5×10-2+60×12×10-2×0.5)V=6.6V
Uac也可以用Uac=求解.
场强与电势差的关系:
(1)大小关系或
,公式
表明,匀强电场的电场强度在数值上等于沿电场强度方向上单位距离的电势差,正是依据这个关系,规定电场强度的单位是V/m。
(2)适用条件只能用在匀强电场中进行定量计算,在非匀强电场中,E是电势差随空间的变化率,用
得到的是AB间场强的平均值。
(3)方向关系场强的方向就是电势降低最快的方向。只有沿场强方向,在单位长度上的电势差最大,也就是说电势降低最快的方向为电场强度的方向。但是,电势降低的方向不一定是电场强度的方向。
(4)匀强电场中的三个推论
①匀强电场中相互平行的直线上(包括同一直线) 距离相等的点电势差相同。
②匀强电场中相互平行的直线上,若A、B两点间距离是C、D两点间距离
的n倍,则A、B两点间电势差
是C、D两点间电势差的n倍,即当
时,
③在匀强电场中同一直线上,若B是A、C的中点,则B点电势等于A、C两点电势的算术平均值,即
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