2020-2021學(xué)年高中物理 第2章 電勢能與電勢差 2 電勢與等勢面課時練習(xí)魯科版必修3

1、2020-2021學(xué)年高中物理 第2章 電勢能與電勢差 2 電勢與等勢面課時練習(xí)魯科版必修32020-2021學(xué)年高中物理 第2章 電勢能與電勢差 2 電勢與等勢面課時練習(xí)魯科版必修3年級：姓名：- 10 -電勢與等勢面(25分鐘60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.在靜電場中,關(guān)于場強和電勢的說法中正確的是()a.電場強度大的地方電勢一定高b.電勢為零的地方場強也一定為零c.場強為零的地方電勢也一定為零d.場強大小相同的點電勢不一定相同【解析】選d。電場強度和電勢沒有必然聯(lián)系,場強大的地方電勢不一定高,電勢高處的電場強度也不一定大。則d正確,a、b、c錯誤。2.在以點電荷

2、為球心、r為半徑的球面上各點的物理量不相同的是()a.電場強度b.同一電荷所受電場力的大小c.電勢d.同一電荷具有的電勢能【解析】選a。電場強度、電場力都是矢量,有方向,在以點電荷為球心的球面上的各點,這兩個量的大小相同但方向卻不同,電勢、電勢能是標(biāo)量,在球面上的各點上,同一電荷所具有的電勢能以及電勢都是相同的。則a正確,b、c、d錯誤?！炯庸逃?xùn)練】點電荷q周圍的電場線如圖所示,a、b、c是電場中的三點,虛線是以點電荷q為圓心的圓周。以下判斷正確的是()a.q是正電荷,a點的電場強度等于b點的電場強度b.q是正電荷,a點的電勢等于b點的電勢c.q是負(fù)電荷,a點的電勢高于c點的電勢d.q是負(fù)電荷

3、,a點的電勢低于c點的電勢【解析】選b。電場線是從正電荷出發(fā)止于無窮遠(yuǎn)。所以q是正電荷,故c、d錯誤;根據(jù)點電荷的場強公式e=得知:a點的電場強度大小等于b點的電場強度大小,但方向不同,a錯誤。q是正電荷,根據(jù)順著電場線方向電勢逐漸降低,等勢面與電場線垂直,可知a點的電勢等于b點的電勢,b點的電勢大于c點的電勢,故a點的電勢高于c點的電勢,故b正確。3.在如圖所示的四種電場中,分別標(biāo)記有a、b兩點。其中a、b兩點的電勢相等,電場強度大小相等、方向也相同的是()a.甲圖:與點電荷等距的a、b兩點b.乙圖:兩等量異種電荷連線的中垂線上與連線等距的a、b兩點c.丙圖:點電荷與帶電平板形成的電場中平板

4、上表面的a、b兩點d.丁圖:勻強電場中的a、b兩點【解析】選b。甲圖中的a、b兩點電勢相同,場強的大小也相同,但是場強的方向不同,故選項a錯誤;乙圖中的a、b兩點電勢相等,電場強度大小相等、方向都是水平向左,故選項b正確;丙圖中的a、b兩點電勢相等,場強的方向垂直于平板,但是大小不同,故選項c錯誤;丁圖中勻強電場中的a、b兩點,a點電勢低于b點,兩點的場強大小和方向均相同,故選項d錯誤。4.關(guān)于等勢面的說法,錯誤的是()a.電荷在等勢面上移動時不受電場力作用,所以不做功b.等勢面上各點的場強不一定相等c.點電荷在真空中形成的電場的等勢面是以點電荷為球心的一簇球面d.勻強電場中的等勢面是相互平行

5、的垂直電場線的一簇平面【解析】選a。在等勢面上移動電荷,電場力不做功并不是電荷不受電場力的作用,而是電場力和電荷的移動方向垂直,電場力做功為零,因此a項錯誤。等勢面上各點的電勢相等,但是場強是否相等則不一定,如在點電荷形成的電場中,等勢面上各點的場強的大小相等,但是方向卻不同,因此b項正確。根據(jù)所學(xué)各種等勢面的分布情況可知,c、d兩項是正確的。【加固訓(xùn)練】如圖所示的實線為某靜電場的電場線,虛線是僅在靜電力作用下某帶正電粒子的運動軌跡,a、b、c、d是電場線上的點,其中 a、d 兩點在粒子的軌跡上,下列說法正確的是()a.該電場可能是正點電荷產(chǎn)生的b.b 點的電勢一定高于 c 點的電勢c.粒子在

6、 a 點的加速度一定大于在 d 點的加速度d.將該粒子在 c 點由靜止釋放,它可能一直沿電場線運動【解析】選c。正電荷產(chǎn)生的電場線是從正電荷出發(fā)的直線,該靜電場的電場線是曲線,故a錯誤;帶正電粒子的運動軌跡是曲線,粒子做曲線運動,合外力指向凹的一側(cè),如圖所示:故在由c指向b的電場線上,沿著電場線的方向,電勢越來越低,故c點的電勢高于b點的電勢,故b錯誤;電場線越密集的地方,電場強度越大,故a點的電場強度大于d點的電場強度,故粒子在 a 點的加速度一定大于在 d 點的加速度,故c正確。電場中的帶電粒子受力的方向沿電場線的切線方向,由于c點所在的電場線為曲線,所以將該粒子在c點由靜止釋放,它一定不

7、能沿電場線運動,故d錯誤。5.如圖甲所示,在一條電場線上有a、b兩點,若從a點由靜止釋放一電子,假設(shè)電子僅受電場力作用,電子從a點運動到b點的速度時間圖像如圖乙所示,則()a.電子在a、b兩點受的電場力faebc.a、b兩點的電勢abd.電子在a、b兩點具有的電勢能epaepb,d錯。電場力方向由a指向b,電場線方向由b指向a,故ba,c錯。6.一正電荷僅在電場力作用下,從a點運動到b點,速度大小隨時間變化的圖像如圖所示。下列關(guān)于a、b兩點電場強度e的大小和電勢的高低的判斷,正確的是()a.eaeb,abb.ea=eb,a=bc.eabd.eaeb,a0,a=1.2104 v。(2)a點的電勢

8、由電場本身決定,跟a點是否有電荷無關(guān),所以q未移入電場前,a點的電勢也為1.2104 v。答案:(1)1.2104 v1.210-4 j(2)1.2104 v8.(12分)為使帶負(fù)電的點電荷q在一勻強電場中沿直線勻速地由a運動到b,必須對該電荷施加一個恒力f,如圖所示,若ab=0.4 m,=37,q=-310-7 c,f=1.510-4 n(不計重力)。(1)在圖中用實線畫出電場線,用虛線畫出通過a、b兩點的等勢線,并說明它們的電勢高低情況;(2)求q在由a到b的過程中電勢能的變化量是多少?【解析】(1)因為負(fù)電荷勻速運動,所以電場力和f平衡,即電場力方向與f方向相反,所以電場線方向與f方向相

9、同,如圖所示。又因等勢面與電場線垂直,所以過a、b兩點分別作電場線的垂線,可得過a、b兩點的等勢線。因為沿電場線方向電勢降低,所以a點電勢高于b點電勢。(2)在運動過程中,q克服電場力做功,電勢能增加,因為f做功與電場力做功的多少是相同的,由wf=fabcos=1.510-40.40.8 j=4.810-5 j得電勢能增加了4.810-5 j。答案:(1)電場線與力f方向相同,等勢線垂直于電場線,a點電勢高(圖見解析)(2)電勢能增加了4.810-5 j【加固訓(xùn)練】如圖所示,光滑絕緣桿豎直放置,它與以正點電荷q為圓心的某一圓交于b、c兩點,質(zhì)量為m,帶電荷量為-q的有孔小球從桿上的a點無初速度

10、下滑,已知qq,ab=h,小球滑到b點時速度大小為,則小球從a運動到b的過程中,電場力做多少功?若取a點電勢為零,c點電勢是多大?【解析】點電荷的等勢面是以點電荷為球心的同心球面。從a到b,由動能定理得mgh+w電=m,故w電=mgh,由于a點電勢為零,所以在a點電勢能為零,由于ep=epb-epa=-w電故在b點的電勢能epb=-w電=-mgh,所以b點電勢b=,由于b、c兩點電勢相等,所以c=b=。答案:mgh(15分鐘40分)9.(6分)(多選)(2020全國卷)如圖,m是銳角三角形pmn最大的內(nèi)角,電荷量為q(q0)的點電荷固定在p點。下列說法正確的是()a.沿mn邊,從m點到n點,電

11、場強度的大小逐漸增大b.沿mn邊,從m點到n點,電勢先增大后減小c.正電荷在m點的電勢能比其在n點的電勢能大d.將正電荷從m點移動到n點,電場力所做的總功為負(fù)【解析】選b、c。m是銳角三角形pmn最大的內(nèi)角,所以pnpm。距離點電荷越遠(yuǎn),電場強度越小,沿mn邊,從m點到n點,到p點的距離先減小后增大,所以電場強度的大小先增大后減小,a錯誤;點電荷帶正電,沿著電場線的方向電勢降低,沿mn邊,從m點到n點,到p點的距離先減小后增大,電勢先增大后減小,b正確;m點的電勢高于n點的電勢,從m點到n點,電場對正電荷做正功,電勢能減小,所以正電荷在m點的電勢能比其在n點的電勢能大,所以c正確,d錯誤。【加

12、固訓(xùn)練】(多選)電場中等勢面如圖所示,下列關(guān)于該電場描述正確的是()a.a點的電場強度比c點的大b.負(fù)電荷在a點的電勢能比在c點的電勢能大c.電荷沿等勢面ab移動的過程中,靜電力始終不做功d.正電荷由a移動到c,靜電力做負(fù)功【解析】選a、c。等勢線密集的地方電場線也就越密集,則電場強度就越大,根據(jù)題圖可知a點的電場強度比c點的大,故a正確;a點的電勢比c點的電勢高,根據(jù)ep=q可知負(fù)電荷在a點的電勢能比在c點的電勢能小,故b錯誤;根據(jù)等勢面的特點,電荷沿等勢面ab移動的過程中,靜電力始終不做功,故c正確;由a移動到c,電勢降低,正電荷的電勢能減小,所以靜電力做正功,故d錯誤;故選a、c。10.

13、(6分)(多選)(2020全國卷)如圖,豎直面內(nèi)一絕緣細(xì)圓環(huán)的上、下半圓分別均勻分布著等量異種電荷。a、b為圓環(huán)水平直徑上的兩個點,c、d為豎直直徑上的兩個點,它們與圓心的距離均相等。則()a.a、b兩點的場強相等b.a、b兩點的電勢相等c.c、d兩點的場強相等d.c、d兩點的電勢相等【解析】選a、b、c。把帶等量異種電荷的絕緣細(xì)圓環(huán)的上、下半圓視為等量異種電荷,由等量異種電荷形成的電場的規(guī)律,可得a、b兩點的場強大小相等,方向相同,均向下,a正確;由于具有對稱性,a、b兩點電勢一定相等,b正確;c、d兩點的場強大小相等,方向相同,c正確;c點的電勢比d點電勢高,d錯誤。11.(6分)(多選)

14、如圖所示,a、b帶等量異種電荷,mn為ab連線的中垂線,現(xiàn)有一個帶電粒子從m點以一定初速度v0射入,開始時一段軌跡如圖中實線所示,不考慮粒子重力,則在飛越該電場的整個過程中()a.該粒子帶正電b.該粒子的動能先增大,后減小c.該粒子的電勢能先減小,后增大d.該粒子運動到無窮遠(yuǎn)處后,速度的大小一定仍為v0【解析】選b、c、d。根據(jù)粒子開始時的一段軌跡可以判斷,粒子在該電場中受到大致向右的電場力,因而可以判斷粒子帶負(fù)電,a錯誤;因為等量異種電荷連線的中垂面是一個等勢面,又由兩個電荷的電性可以判斷,由a到b電勢逐漸升高,由b到無窮遠(yuǎn)處電勢逐漸降低,所以電場力先做正功后做負(fù)功,粒子電勢能先減小后增大,

15、動能先增大后減小,所以b、c正確;從m點到無窮遠(yuǎn)處,電勢變化為零,電場力做功為零,粒子動能變化為零,速度大小仍為v0,d正確。12.(22分)如圖所示,a、b、c為一勻強電場中的三個點,把一帶電荷量為q=-1.010-8 c的電荷從無窮遠(yuǎn)處移到a點,克服電場力做功為w1=2.010-7 j,把它從a點移到b點,電場力做功為w2=1.010-7 j,再把它從b點移到c點,克服電場力做功為w3=1.010-7 j。以無窮遠(yuǎn)處為零勢能點,試根據(jù)以上信息作出該勻強電場的示意圖(即畫出幾條電場線)?！窘馕觥扛鶕?jù)電勢的定義可求得a點的電勢為a= v=-20 v若將該電荷從無窮遠(yuǎn)處移到b點,電場力做功為w=(-w1)+w2