Question

14．如圖所示，a、b、c為勻強電場中的三個等勢面，它們的電勢關系為φ_a＜φ_b＜φ_c．A、B兩小球用長為L的絕緣輕質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動90°

Answer 1

分析 先根據(jù)電勢的關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系判斷電場力做的功，最后結合電場力做功與電勢能變化的關系判斷出結果即可．

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系，解答的關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．