如图所示,1、2、3为匀强电场中的三个竖直等势面且U12=U23.一带电粒子从a点进入,其轨迹与等势面交点依次为a、b、c,若不计重力影响,则( )
A. 粒子运动过程中,电场力做正功,电势能减小
B. 若带电粒子带负电,则受到的电场力方向竖直向下
C. 若带电粒子带正电,则电场强度方向一定水平向左
D. 1、2、3三个等势面的电势的关系是φ2=φ1+φ3
A
【解析】解:A、带电粒子穿越电场的过程中,所受的电场力水平向右,与速度方向的夹角为锐角,所以电场力做正功,电势能减小。故A正确;
B、若粒子带负电,其受力方向与电场线的方向相反,因此其电场力方向只能沿水平向左;故B错误;
C、若粒子带正电,受力方向与电场线方向相同,故电场强度方向一定水平向右,故C错误;
D、根据动能定理得:
a→b过程有qUAB=Ekb-Eka。
b→c过程有qUBC=Ekc-Ekb。
结合UAB=UBC,得2Ekb=Eka+Ekc.根据UAB=φ1-φ2,UBC=φ2-φ3,结合UAB=UBC,得2φ2=φ1+φ3,故D错误。
故选:A。
等势线是平行的均匀分布的直线,可以判定该电场是匀强电场,电场线的方向在水平方向上。根据带电粒子轨迹弯曲的方向,可以判定出带电粒子受力的方向,从而分析电场的方向。根据动能定理分析粒子在a、b、c三点的动能的关系。根据电势差等于电势之差,分析a、b、c三点的电势的关系。根据带电粒子电场力的方向与速度方向的关系,可以判定出带电粒子的电势能与动能的变化。
本题考查带电粒子在电场中的受力和运动情况的分析,要注意根据等势面分布特点,可以判定电场线分布的特点;根据粒子轨迹弯曲的方向,可以判定出带电粒子受力的方向是解决该题的关键。
电场的能的性质:
电场力做功的特点在电场中移动电荷时,电场力对电荷做的功只与电荷的起始位置和终止位置有关,而与电荷的运动路径无关。这一点与重力做功的情况类似。沿任一闭合路径移动一周,电场力所做的总功为零。
电势高低的比较方法:
(1)根据电场线或等势面判断。沿电场线方向,电势越来越低,电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面。
(2)利用电势差的正负判断。判断出的正负,再由比较的大小。若,则;则
(3)利用场源电荷判断。取无穷远处为零电势点,正电荷周围电势为正值,且离正电荷近处电势高;负电荷周围电势为负值,且离负电荷近处电势低。点电荷电场中某固定点的电势与场源电荷的电性及电荷量有关。场源电荷带正电时,电荷量越大.该点电势越高;场源电荷带负电时则相反。
(4)利用电势叠加判断。苦有多个场源电荷时,每个场源电荷产生的电场中的电势已知或易于判断,可将每个电场的电势先判断后叠加从而得到总电势。
(5)根据电场力做功来判断。正电荷在电场力作用下移动时,电场力做正功,电荷由高电势处移向低电势处;正电荷克服电场力做功,电荷由低电势处移向高电势处。对于负电荷,情况正好相反。
(6)根据电势能判断。正电荷在电势高处电势能较大,负电荷在电势低处电势能较大。
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