Question

14．如圖所示，a、b、c為勻強電場中的三個等勢面，它們的電勢關(guān)系為φ_a＜φ_b＜φ_c．A、B兩小球用長為L的絕緣輕質(zhì)桿連接放置于該勻強電場中，桿與等勢面垂直．小球A帶電量為-q，小球B帶電量為+2q，在電場內(nèi)使A、B及桿分別做如下運動，則運動后A、B系統(tǒng)的電勢能最大的是（　　）

• A． A、B及桿向左平移距離L
• B． A、B及桿向上平移距離L
• C． A、B及桿向下平移距離L
• D． A、B及桿繞過A、B中點且垂直紙面的軸轉(zhuǎn)動90°

Answer 1

分析 先根據(jù)電勢的關(guān)系判斷出電場線的方向，然后根據(jù)點電荷受到的電場力的方向與移動的方向之間的關(guān)系判斷電場力做的功，最后結(jié)合電場力做功與電勢能變化的關(guān)系判斷出結(jié)果即可．

解答 解：由于φ_a＜φ_b＜φ_c，所以c的電勢最高，則電場線的方向向下，負電荷受到的電場力的方向向上，正電荷受到的電場力的方向向下．根據(jù)F=qE，整體受到的電場力的方向向下．設(shè)電場強度為E，選擇向上為正方向．
A、A、B及桿向左平移距離L，運動的方向與電場力的方向垂直，電場力不做功，電勢能不變．
B、A、B及桿向上平移距離L，電場力做的功：W=（-q）E•（-L）+2qE•（-L）=-qEL；電勢能增大qEL；
C、A、B及桿向下平移距離L，與電場力的合力的方向相同，電場力做正功，電勢能減小．
D、A、B及桿繞過A、B中點且垂直紙面的軸轉(zhuǎn)動90°時，正電荷向上運動，電場力做負功，負電荷向下運動，電場力也做負功，則：W′=（-q）E$•\frac{1}{2}$L+2qE•$\frac{1}{2}$（-L）=-1.5qEL，所以電勢能增大1.5qEL．
比較以上的分析可知，在D的情況下A、B系統(tǒng)的電勢能最大．
故選：D

點評 該題考查電場力做功與電勢能的變化關(guān)系，解答的關(guān)鍵是注意負電荷受到的電場力的方向與電場 的方向相反，分析電場對負電荷做功的情況要注意方向．