高中 | 电势差与电场强度的关系 题目答案及解析

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选修3-1

第一章 静电场

1.6 电势差与电场强度的关系

电势差与电场强度的关系

如图所示的坐标系$xOy$平面内有一匀强电场,虚线与横坐标轴围成一矩形,其坐标值已标出。已知$a$点电势为$7\;\rm V$$c$点电势为$3\;\rm V$$d$点电势为$1\;\rm V$。则下列说法正确的是$(\qquad)$

["

$e$点电势为$5\\;\\rm V$

","

电场强度大小为$25\\;\\rm V/m$

","

匀强电场的方向由$a$指向$b$

","

电子在$b$点的电势能比$O$点少$2\\;\\rm eV$

"]
[["AD"]]

$\rm A$.由于$ae$$cd$平行且相等,由匀强电场的特点可知$\varphi_{a}-\varphi_{e}=\varphi_{c}-\varphi_{d}$

解得$\varphi_{e}=5\;\rm V$

$\rm A$正确;

$\rm BC$$b$$ac$连线中点,则$b$点电势为$\varphi_{b}=\dfrac{\varphi_{a}+\varphi_{c}}{2}=5\;{\rm V}=\varphi_{e}$

$be$连线所在的直线为一个等势面,设连接$eb$$aO$交于$f$点,四边形$abOe$为正方形,则$aO⊥eb$

可知$aO$为匀强电场的一条电场线,方向由$a$指向$O$,则$U_{af}=\varphi_{a}-\varphi_{b}=2\;\rm V$

由几何关系知$af=\dfrac{aO}{2}=\dfrac{\sqrt{8^{2}+8^{2}}}{2}\ \text{cm}=4\sqrt{2}\;\rm \text{cm}$

则匀强电场的电场强度大小为$E=\dfrac{U_{af}}{af}=25\sqrt{2}\ \text{V/m}$

$\rm BC$错误;

$\rm D$$O$$eb$的中点,则$O$点电势为$\varphi_{O}=\dfrac{\varphi_{e}+\varphi_{d}}{2}=3\;\rm \text{V}$

电子在$O$点的电势能为$E_{pO}=−e\varphi_{O}=-3\;\rm eV$

电子在$b$点的电势能为$E_{pb}=−e\varphi_{b}=-5\;\rm eV$

$E_{pb}-E_{pO}=-2\;\rm eV$

可知,电子在$b$点的电势能比$O$点少$2\;\rm eV$,故$\rm D$正确。

故选:$\rm AD$

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