| 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,空间中存在沿$x$轴的静电场,其电势$\varphi$沿$x$轴的分布如图所示,$x_{1}$$x_{2}$$x_{3}$$x_{4}$$x$轴上的四个点,质量为$m$、带电量为$-q$的粒子(不计重力),以初速度$v_{0}$$O$点沿$x$轴正方向进入电场,在粒子沿$x$轴运动的过程中,下列说法正确的是$(\qquad)$

["

粒子在$x_{2}$点的速度为$0$

","

$x_{1}$$x_{3}$点的过程中,粒子的电势能先减小后增大

","

若粒子能到达$x_{4}$处,则$v_{0}$的大小至少应为$\\sqrt{\\dfrac{2q\\varphi_{0}}{m}}$

","

$v_{0}=\\sqrt{\\dfrac{2q\\varphi_{0}}{m}}$,则粒子在运动过程中的最大动能为$3q\\varphi_{0}$

"]
[["C"]]

图像的斜率的绝对值为电场强度大小,因为沿电场线方向电势降低,所以,沿$x$轴,在$0\sim x_{1}$范围内电场强度沿$x$轴负方向,在$x_{1}\sim x_{3}$范围内电场强度沿$x$轴正方向,在$x_{3}\sim x_{4}$范围内电场强度沿$x$轴负方向

$\rm A$.粒子到达$x_{2}$处时,电势变化量为$0$,所以根据公式$E_{p}=qU$可知电势能变化量也为$0$,即电场力做功为$0$,根据功能关系可知,粒子的动能不变,所以粒子在$x_{2}$点的速度仍为$v_{0}$,故$\rm A$错误;

$\rm B$$x_{1}\sim x_{3}$电场力对带电粒子做负功,电势能一直增大。故$\rm B$错误;

$\rm C$.由题意可知,若粒子能到达$x_{4}$处,只需满足粒子到达$x_{3}$处,若粒子能够到达$x_{3}$处,由功能关系可得,需满足在这一过程中初动能大于等于电势能的增加量。$\dfrac{1}{2}mv_{0}^{2} \geqslant q\varphi_{0}$

上式解得$v_{0} \geqslant \sqrt{\dfrac{2q\varphi_{0}}{m}}$

$\rm C$正确

$\rm D$.由题意可知,粒子到达$x_{1}$处时,速度最大,若$v_{0}=\sqrt{\dfrac{2q\varphi_{0}}{m}}$,由功能关系可得,粒子$0\sim x_{1}$过程中$\dfrac{1}{2}mv_{0}^{2}+q\varphi_{0}=E_{\text{k}}$

解得粒子在运动过程中的最大动能$E_{k}=2q\varphi_{0}$

$\rm D$错误。

故选:$\rm C$

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