例三、图一表示等量异种电荷p和Q形成的电场内的一簇等势面,求
(1) (1)p、Q各带何种电荷?
(2) (2)把q=10-7C的正点电荷从A移到B,电场力做多少功?
(3) (3)把q从B移到C电场力做多少功?
(4) (4)把q从C匀速回到A电场力做多少功?
(5) (5)q从A出发经过B和C回到A的过程中电场力对电荷做的总功为多少?
解析:沿Qp方向电势降低方向,可见电场线应是由Q指向p,电场线应是从正电荷出发,结束于负电荷,所以,Q带正电,p带负电,A、B所示在等势面分别为30V、-10V,UAB=30-(-10)=40V,WAB=UAB·q=40×10-6J。q从B到C
WBC=20×10-7=2×10-6J。电荷q从C到A时,UCA=-30V -30V=-60V,WCA=-60×10-7=-6×10-6J。q从A经B、C又回到A,从上面计算看,电场力做功总和为0J。
注意:如果A、B、C三点不离开各自的等势面,无论如何变化位置,本题计算结果都不会改变。
例四、如图二所示的一簇平等线为求知方向的匀强电场的电场线。沿与平行线成60°角的 方向,把1μC负电荷以A点移到B点,电场力做了2μJ的功。AB间距离为2cm, 问
(1) (1)匀强电场的场强多大?方向如何?
(2) (2)若B点电势为1V,则A点电势是多大?
(3) (3)电子处于B点时,它具有的电势能是多少电子伏?它从A点移到B点,电势能增加多少电子伏?
解析:电场力做正功,有时也说电场力做功,电场力做负功也说成克服电场力做功,或非电场力做功,本题中电场力做2μJ的功即是2μJ的正功。另:1μC=10-6C, 1μJ=10-6J。(1)W=UAB·q UAB=,A点电势比B点电势低2V。E= d=2×10 -2×sin30°=1×10 -2m。d应为沿电场线方向的距离,E= 其方向沿斜线向下。
(2) (2)UAB=UA-UB UA=UB+UAB=1-2=-1V
(3) (3)εB =-eUb=-1e V,△ε = εB -εA =-1-1=-2e V。电子带负电在B处电势能为负。A处电势为-1V,电子带负电,电势能应为正。
本题要求:概念,规定必须清楚,如题中给出AB间移动2cm,但公式中的d不是2cm,应是沿电场线AB间的距离,故不能直接用2cm。又如电势,电势能的正负必须清楚。