D.电荷从a到b电势能增加
解析:选AD 根据电场线的疏密程度可以判断在a处的场强大于b处的,也就是说试探电荷在a处受到的电场力大于在b处的,由牛顿第二定律可知粒子在a处运动的加速度大于b处的,所以选项B错误;根据带电粒子做曲线运动的条件,曲线向力的方向弯曲可判定,电荷在a、b两点所受到的电场力的方向都应在电场线上并大致向左。由此判断电场线方向发散向外,粒子在电场中从a向b点运动,电场力对电荷做负功,其动能减小,电势能增大,故选项C错误,选项A、D正确。
11.如图6是一匀强电场,已知场强E=2×102 N/C。现让一个电荷量q=4×10-8 C的负电荷沿电场方向从M点移到N点,MN间的距离s=30 cm。
图6
(1)试求:电荷从M点移到N点电势能的变化。
(2)若此电荷从N点移到P点(P点在图中没有画出)电势能减少4.8×10-6 J,试求电场力对电荷做的功。
解析:(1)由题图可知,负电荷在该电场中所受电场力F方向向左。因此,从M点移到N点,电荷克服电场力做功,电势能增加,增加的电势能ΔEp等于电荷克服电场力做的功W。
电荷克服电场力做功为W=qEs=4×10-8×2×102×0.3 J=2.4×10-6 J。
即电荷从M点移到N点电势能增加了2.4×10-6 J。
(2)电势能的减少量等于电场力对电荷做的功,即W′=-ΔEp′=4.8×10-6 J。
答案:(1)增加2.4×10-6 J (2)4.8×10-6 J
12.真空中存在空间范围足够大的、水平向右的匀强电场。在电场中,若将一个质量为m、带正电的小球由静止释放,运动中小球的速度方向与竖直方向夹角为37°(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,重力加速度为g)。求:
(1)小球受到的电场力的大小及方向;
(2)若以速度v0竖直向上抛出该小球,求小球从抛出点至最高点的电势能变化量。
解析:(1)根据题设条件,电场力大小F=mgtan 37°=mg,方向水平向右。
(2)小球沿竖直方向做匀减速直线运动,初速度为v0,则vy=v0-gt。
沿水平方向做初速度为零的匀加速直线运动,加速度为ax,则ax==g