电势差、电势、等势面典型例题

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1、电势差、电势、等势面典型例题　　【例1】如图所示，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，则静电计指针的偏角[]　　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

2、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】如图所示，

3、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。达到静电平衡后，以下说法正确的是　　[]　　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

4、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，球壳各处几部分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。在本题中，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]一般出于一种猜测．错

5、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，则下列说法中正确的是　　[]　　A．两球都不

6、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，净电荷只分布在外表面上”。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内壁的一部分，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内壁一部分来分析问题。　　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

7、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基本性质，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，反抗电场力做功3×10-5J，再将电荷从B移到C点，电场力做功1.

8、2×10-5J，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，反抗电场力做功，表示电场力做负功．相当于在重力场中把物体举高反抗重力做功．因此WAB=－3×10-5J．电荷从B移到C，WBC=1.2×10-5J．　　[解]根据电荷移动时电场力的功和电势差的关系，得　　∴UAC=UAB+UBC=5V+（－2V）=3V　　电场力做的功．（2）公式中W、q、U均可以有正负