例2. 如图所示,虚线a、b、c代表某一电场中的三个等势面,相邻等势面之间的电势差相等,实线为一带正电的粒子仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹,P、R、Q是这条轨迹上的三点,其中R在等势面b上。下列判断正确的是()
A.三个等势面中,c的电势最低
C.带电粒子在P点的动能与电势能之和比在Q点的小
D.带电粒子在R点的加速度方向垂直于等势面b
由粒子的轨迹为曲线,合力(只受电场力)指向轨迹凹的一侧,
又要垂直于等势面,可知粒子所受电场力的方向偏向下,因粒子
带正电,电场线垂直于等势面,故加速度垂直于等势面电场线方
向从上到下,由沿电场线方向电势降低,c的电势最低,a的电
势最高。粒子若从P点运动到Q点,电场力做正功,动能增加,
电势能减小E p P>E p Q,只有电场力做功,动能与电势能之和不变,
综上所述,选项ABD正确。
例3. 如图所示,空间中存在着由一固定的负点电荷Q(图中未画出)产生的电场。另一正点电荷q仅在电场力作用下沿曲线MN运动,在M点的速度大小为v0,方向沿MP方向,
,则()
到达N点时速度大小为v,且v< v
A. Q一定在虚线MP下方
B. M点的电势比N点的电势高
C. q在M点的电势能比在N点的电势能小
D. q在M点的加速度比在N点的加速度小
场源电荷带负电,试探电荷带正电,它们之间是吸引力,而曲线运动所受合力指向曲线的凹侧,故Q应该在轨迹的凹侧,故A错误;试探电荷从M到N速度减小,说明M点离场源电荷较近,越靠近场源电荷电势越低,所以M点的电势比N点的电势低,故B错误;只有电场力做功,动能和电势能之和守恒,在N点动能小,故在N点电势能大,故C正确;离场源电荷越近,场强越大,加速度越大,所以q在M点的加速度比在N点的加速度大,故D错误。
例4. (多选)如图所示是阴极射线示波管的聚焦电场。实线为电场线,虚线为等差等势线,A、B、C为一个从左侧进入聚焦电场的电子运动轨迹上的三点,不计电子的重力,则()A.电场中A点的电势高于C点的电势
B.电子在A点处的动能大于在C点处的动能
C.电子在B点的加速度大于在C点的加速度
实线为电场线,沿电场线方向电势降低,A点的电势低于C点的电势,电子从A到C,电场力做正功,电势能减小,动能增大,故B错误D正确;等差等势面密集处电场强度大,故电子受到的电场力大,加速度大,故C正确。
例5. (多选)(2018·全国卷Ⅰ·21)图中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面,已知平面b上的电势为2 V。一电子经过a时的动能为10 eV,从a到d的过程中克服电场力所做的功为6 eV。下列说法正确的是()
A.平面c上的电势为零
B.该电子可能到达不了平面f
C.该电子经过平面d时,其电势能为4 eV
D.该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍
因等势面间距相等,由U=Ed得相邻虚线之间电势差相等,由a到d,-eU ad=-6 eV,故U ad=6 V;各虚线电势如图所示
因电场力做负功,故电场方向向右,沿电场线方向电
势降低,φc=0,A项正确;
因电子的速度方向未知,若不垂直于等势面,如图中
实曲线所示,电子可能到达不了平面f,B项正确;
经过d时,电势能E p=-eφd=2 eV,C项错误;
由a到b,W ab=E k b-E k a=-2 eV,所以E k b=8 eV;
由a到d,W ad=E k d-E k a=-6 eV,所以E k d=4 eV;则E k b=2E k d,根据E k=mv2/2知v b =√2v d,D项错误。
例6. 如图水平向右的匀强电场中,一带电粒子从A点以竖直向上的初速度开始运动,经最高点B后回到与A在同一水平线上的C点,粒子从A到B过程中克服重力做功2 J,电场力做功3 J,则()
A.粒子在B点的动能比在A点多1 J
B.粒子在C点的电势能比在B点少3 J
C.粒子在C点的机械能比在A点多12 J
D.粒子在C点的动能为6 J