势差电势等势面典型例题.doc

势差、电势、等势面典型例题【例1】如下图，把绝缘金属板A与静电计相连，用一根跟丝绸摩擦过的有机玻璃棒接触金属板A，静电计指针有一偏角，现用另一块不带电金属板B靠近金属板A，那么静电计指针的偏角[]A．变大B．变小C．不变D．上述三种情况都可能[分析]有机玻璃棒跟丝绸摩擦，棒上带有正电荷，用它接触金属板A，A板带上正电，因此，静电计指针有一偏角．这个偏角的大小，反映了指针〔包括金属杆、A板等〕与静电计外壳间的电势差的大小．B板靠近后，由于静电感应，B板两侧呈现等量异号的感应电荷，靠近A板的内侧为负电荷，外侧为正电荷．根据电势的叠加原理，此时A板的电势由它自身的电荷跟B板两侧的感应电荷共同决定．由于B板上的负电荷离A板近，它使A板电势降低的影响比外侧正电荷使A板电势升高的影响大，结果使A板〔包括指针等〕的电势降低，指针偏角减小．[答]B．[说明]如B板接地，其外侧正电荷被中和．使A板的电势更为降低．B板靠近后，如要使指针偏角恢复到原来的大小，就需要对A板再增加带电量．这个事实正说明了电容器的作用——靠近的两板在同样电势差条件下能比单独的一块板容纳更多的电荷．【例2】如下图，有一个球壳〔图中涂成阴影的区域〕较厚的绝缘金属体A，原来不带电。将一个带正电的小球B从小孔放入金属球空腔内但不与球壳接触。到达静电平衡后，以下说法正确的选项是[]A．球壳外侧电势高，内侧电势低B．取地球电势为零时，球壳的电势也为零C．金属球内空腔处电场强度为零D．金属球壳内电场强度为零[误解一]选A。[误解二]选B。[误解三]选C。[正确解答]选D。[错因分析与解题指导][误解一]错率较高，错选者的想法是：由于静电感应，球壳外侧带正电，所以电势高；内侧带负电，所以电势低。这是对球壳电势的涵义了解不深所致。球壳上各处的电势既有施感电荷电场的影响，又有感应电荷电场的影响。静电平衡到达时，球壳各处几局部电场电势的叠加值都是一样大的，整个球壳是一个等势体。[误解二]错率也高，错选者应用了一个结论：“静电场中的导体内部场强为零〞，但对什么是“静电场中的导体内部〞理解有误。在此题中，金属球壳内部〔题图涂阴影区域〕才是处于带电体B的电场中的“导体内部〞，此处场强才处处为零。金属球的内腔空间里，存在着由带正电的B球与球壳内侧感应负电荷共同形成的电场，此处场强并不为零。[误解三]一般出于一种猜想．错选者既未注意带电球壳与大地“绝缘〞，也不知道如何判定其电势的正、负。对这问题，可以虚拟一根导线将球壳与地接触一下，看看有什么情况发生。容易知道这时球壳上的“正电荷〞将被B球的正电排斥而“跑〞向大地，因为正电荷在电场力作用下总是从电势高处移向电势低处，所以球壳的电势高于大地电势而为正电势。这种“虚拟〞的方法在解释同类型问题中常有应用。【例3】带正电的空心金属球P置于绝缘支架上，将两个原来不带电的金属小球A和B按图1中位置安放。如果用导线将A球与P的内壁a点相连，那么以下说法中正确的选项是[]A．两球都不带电，电势都为零B．两球都不带电，电势相同C．两球都带正电，电势与P的电势相同D．A球带正电，B球不带电，两球电势相同[误解]选〔B〕。[正确解答]选〔D〕。[错因分析与解题指导][误解]基于一个结论：“处于静电平衡的导体，净电荷只分布在外外表上〞。既然P的内壁没有净电荷，A和B当然都不会带电。对B球而言，它确实成为P内壁的一局部，它不带电是正确的。可是A球虽有导线与P的内壁相接，却不能当作P内壁一局部来分析问题。因A在P的外部空间处，由于静电感应，有电场线落在A球上如图2。电场线的指向是电势降低的方向，从图中可见此时A的电势低于P的电势。当用导线将A与P的内壁相接时，正电荷在电场力作用下将从电势高的P移向电势低的A〔实质上是自由电子在电场力作用下从A移向P〕，从而使A球电势升高。到达静电平衡时，A便与P等电势，这时，A球已经带上正电荷了。对于静电平衡中许多物理现象，分析的依据仍是处于静电平衡的导体的一些根本性质，但对这些结论一定要正确理解而不要用错。【例4】在电场中把一个电量为6×10-6C的负电荷从A点移到B点，对抗电场力做功3×10-5J，再将电荷从B移到C点，电场力做功×10-5J，求A与B，B与C，A与C两点间电势差．[分析]电荷从A移到B时，对抗电场力做功，表示电场力做负功．相当于在重力场中把物体举高对抗重力做功．因此WAB=－3×10-5J．电荷从B移到C，WBC×10-5J．[解]根据电荷移