高中人教版物理選修3-1課時分層作業(yè)1-4電勢能和電勢

課時分層作業(yè)四電勢能和電勢(20分鐘50分)一、選擇題(本題共6小題,每小題5分,共30分)1.下列關(guān)于靜電場中場強(qiáng)與電勢能、電勢的關(guān)系說法正確的是 ()A.電荷在電勢高處電勢能也一定大B.場強(qiáng)越大的地方電勢一定越高C.場強(qiáng)為零的地方電勢必為零D.電勢為零的地方場強(qiáng)可以不為零【解析】選D。只有正電荷在電勢高處電勢能一定大,而負(fù)電荷在電勢高處電勢能一定小,故A錯誤;場強(qiáng)越大的地方電勢不一定越高,兩者沒有直接關(guān)系,故B錯誤;場強(qiáng)為零的地方電勢不一定為零,電勢為零是人為選取的,故C錯誤;電勢為零是人為選取的,則電勢為零的地方場強(qiáng)可以不為零,故D正確。2.某導(dǎo)體置于電場后周圍的電場分布情況如圖所示,圖中虛線表示電場線,實線表示等勢面,A、B、C為電場中的三個點(diǎn)。下列說法錯誤的是 ()A.A點(diǎn)的電場強(qiáng)度小于B點(diǎn)的電場強(qiáng)度B.A點(diǎn)的電勢高于B點(diǎn)的電勢C.將負(fù)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn),電場力做正功D.將正電荷從A點(diǎn)移到C點(diǎn),電場力做功為零【解析】選C。電場線的疏密表示電場強(qiáng)度的大小,A處電場線比B處稀疏,A正確;在同一等勢面上電勢相等且沿著電場線的方向電勢逐漸降低,所以A點(diǎn)的電勢高于B點(diǎn)的電勢,B正確;將負(fù)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn),電場力做負(fù)功,C錯誤;A點(diǎn)、C點(diǎn)在同一個等勢面上,將正電荷從A點(diǎn)移到C點(diǎn),電場力做功為零,D正確。3.兩個固定的等量異號點(diǎn)電荷所產(chǎn)生電場的等勢面如圖中虛線所示,一帶負(fù)電的粒子以某一速度從圖中A點(diǎn)沿圖示方向進(jìn)入電場在紙面內(nèi)飛行,最后離開電場,粒子只受靜電力作用,則粒子在電場中 ()A.做直線運(yùn)動,電勢能先變小后變大B.做直線運(yùn)動,電勢能先變大后變小C.做曲線運(yùn)動,電勢能先變小后變大D.做曲線運(yùn)動,電勢能先變大后變小【解析】選C。帶負(fù)電的粒子以速度v進(jìn)入電場后,電場力的方向與v的方向不在一條直線上,故帶負(fù)電的粒子做曲線運(yùn)動,先由低電勢面運(yùn)動到高電勢面,然后離開電場,所以電勢能先減小后增大,選項C正確,選項A、B、D錯誤。4.如圖所示,在等量異種電荷形成的電場中,畫一正方形ABCD,對角線AC與兩點(diǎn)電荷連線重合,兩對角線交點(diǎn)O恰為電荷連線的中點(diǎn)。下列說法中正確的是()A.A點(diǎn)的電場強(qiáng)度大于B點(diǎn)的電場強(qiáng)度且兩點(diǎn)電場強(qiáng)度方向不同B.B、D兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度及電勢均相同C.一電子由B點(diǎn)沿B→C→D路徑移至D點(diǎn),電勢能先減小后增大D.一質(zhì)子由C點(diǎn)沿C→O→A路徑移至A點(diǎn),電場力對其先做負(fù)功后做正功【解析】選B。在如圖所示的電場中EA>EO>EB,且電場方向都水平向右,故A錯誤;由于B、D兩點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對稱,因此B、D兩點(diǎn)的場強(qiáng)大小相等,方向均水平向右,中垂線為零等勢線,故B正確;電子由B沿B→C運(yùn)動到C過程中,靠近負(fù)電荷遠(yuǎn)離正電荷,因此電場力做負(fù)功,電勢能增大,沿C→D運(yùn)動到D過程中,靠近正電荷遠(yuǎn)離負(fù)電荷,電場力做正功,電勢能減小,故整個過程中電勢能先增大后減小,故C錯誤;圖中兩電荷連線電場方向水平向右,即由A指向C,質(zhì)子受電場力水平向右,故質(zhì)子由C點(diǎn)沿C→O→A路徑移至A點(diǎn)過程中電場力做負(fù)功,故D錯誤。5.(多選)如圖所示,在正點(diǎn)電荷Q的電場中有M、N、P、F四點(diǎn),M、N、P為直角三角形的三個頂點(diǎn),F為MN的中點(diǎn),∠M=30°。M、N、P、F四點(diǎn)處的電勢分別用φM、φN、φP、φF表示,已知φM=φN,φP=φF,點(diǎn)電荷Q在M、N、P三點(diǎn)所在平面內(nèi),則 ()A.點(diǎn)電荷Q一定在MP的連線上B.連接PF的線段一定在同一等勢面上C.將正試探電荷從P點(diǎn)搬運(yùn)到N點(diǎn),電場力做負(fù)功D.φP大于φM【解析】選A、D。根據(jù)正點(diǎn)電荷電場的特點(diǎn)可知,點(diǎn)電荷電場的等勢面是以點(diǎn)電荷為中心的同心球面,故分別作MN連線的中垂線和PF連線的中垂線,如圖所示,根據(jù)圖中幾何關(guān)系可知,兩條線交MP于A點(diǎn),即點(diǎn)電荷Q在A點(diǎn),A正確,B錯誤;將正試探電荷從P點(diǎn)搬運(yùn)到N點(diǎn),電場力做正功,C錯誤;沿著電場線的方向電勢逐漸降低,故φP>φM,D正確。6.圖中的虛線a、b、c、d表示勻強(qiáng)電場中的4個等勢面。兩個帶電粒子M、N(重力忽略不計)以平行于等勢面的初速度射入電場,運(yùn)動軌跡分別如圖中MPN和NQM所示。已知M是帶負(fù)電的帶電粒子。則下列說法中正確的是 ()A.N一定也帶負(fù)電B.a等勢面的電勢低于b等勢面的電勢C.帶電粒子M的動能減小、電勢能增大D.帶電粒子N的動能減小、電勢能增大【解析】選B。根據(jù)電場線和等勢線垂直,知電場必定沿水平方向。從帶電粒子M的軌跡MPN可知,其電場力方向水平向右,故電場的方向水平向左。帶電粒子N受電場力方向指向其軌跡內(nèi)側(cè),故所受電場力方向水平向左,所以帶電粒子N帶正電,故A錯誤;電場線水平向左,因為沿電場線電勢降低,所以a等勢面的電勢低于b等勢面的電勢,故B正確;電場力對帶電粒子M做正功,則帶電粒子M的動能增加,電勢能減小,故C錯誤;電場力對帶電粒子N做正功,其電勢能減小,動能增加,故D錯誤。二、非選擇題(20分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要注明單位)7.一勻強(qiáng)電場,場強(qiáng)方向水平向左,如圖所示,一個質(zhì)量為m的帶正電的小球以初速度v0從O點(diǎn)出發(fā),在電場力與重力的作用下,恰能沿與場強(qiáng)的反方向成θ角的直線運(yùn)動。求小球運(yùn)動到最高點(diǎn)時的電勢能與在O點(diǎn)時的電勢能之差?！窘馕觥吭O(shè)電場強(qiáng)度為E,小球帶電荷量為q,因小球做直線運(yùn)動,它所受的電場力qE和重力mg的合力必沿此直線,如圖所示,有qE=QUOTE,F合=QUOTE,小球做勻減速運(yùn)動的加速度大小為:a=QUOTE;設(shè)從O點(diǎn)到最高點(diǎn)的位移為s,則QUOTE=2as;運(yùn)動的水平距離為L=scosθ;兩點(diǎn)的電勢能之差:ΔEp=qEL;由以上各式得:ΔEp=QUOTEmQUOTEcos2θ小球運(yùn)動至最高點(diǎn)的過程中,電勢能增加。答案:QUOTEmQUOTEcos2θ【補(bǔ)償訓(xùn)練】將帶電荷量為1×10-8C的電荷,從無限遠(yuǎn)處移到電場中的A點(diǎn),要克服電場力做功1×106J,(1)電荷的電勢能是增加還是減少?電荷在A點(diǎn)具有多少電勢能?A點(diǎn)的電勢是多少?(2)若電場力可以把帶電荷量為2×10-8C的電荷從無限遠(yuǎn)處移到電場中的A點(diǎn),電場力做了多少功?(【解析】(1)電荷從無限遠(yuǎn)處移到電場中的A點(diǎn),要克服靜電力做功1×108J,電荷的電勢能增加,無限遠(yuǎn)處電勢能為零,則電荷在A點(diǎn)具有1×106J的電勢能,A點(diǎn)的電勢為φA=QUOTE=QUOTEV=100V。(2)電荷量為2×10-8C的電荷從無限遠(yuǎn)處移到電場中的A點(diǎn)時,無限遠(yuǎn)處與A點(diǎn)間的電勢差不變,則靜電力做功為W=q′U∞A=2×108×(0100)J=2×106答案:(1)增加1×106J100V(2)2×106J(25分鐘50分)一、選擇題(本題共6小題,每小題5分,共30分)1.(多選)如圖所示,水平固定的小圓盤A,其帶電荷量為Q,電勢為零,從圓盤中心O處由靜止釋放一個質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的小球,由于電場的作用,小球豎直上升的高度可達(dá)圓盤中心豎直線上的c點(diǎn),O到c之間距離為h而到圓盤中心豎直線上的b點(diǎn)時,小球速度最大,因此可知在Q所形成的電場中,可以確定的物理量是 ()A.b點(diǎn)場強(qiáng) B.c點(diǎn)場強(qiáng)C.b點(diǎn)電勢 D.c點(diǎn)電勢【解析】選A、D。速度最大時加速度為零,由b點(diǎn)速度最大可知qEb=mg,所以Eb=QUOTE,由c點(diǎn)速度為零可知:mgh=qφc,所以φc=QUOTE。2.(多選)(2019·全國卷Ⅱ)靜電場中,一帶電粒子僅在電場力的作用下自M點(diǎn)由靜止開始運(yùn)動,N為粒子運(yùn)動軌跡上的另外一點(diǎn),則 ()A.運(yùn)動過程中,粒子的速度大小可能先增大后減小B.在M、N兩點(diǎn)間,粒子的軌跡一定與某條電場線重合C.粒子在M點(diǎn)的電勢能不低于其在N點(diǎn)的電勢能D.粒子在N點(diǎn)所受電場力的方向一定與粒子軌跡在該點(diǎn)的切線平行【解析】選A、C。若電場由等量同種電荷形成,由A點(diǎn)釋放負(fù)電荷,則負(fù)電荷先加速后減速,A正確;若電場線為曲線,粒子軌跡不與電場線重合,B錯誤;由于N點(diǎn)速度大于等于零,故N點(diǎn)動能大于等于M點(diǎn)動能,由能量守恒可知,N點(diǎn)電勢能小于等于M點(diǎn)電勢能,C正確;粒子在N點(diǎn)所受電場力的方向一定與該點(diǎn)電場線的切線方向平行,電場線與粒子軌跡不一定重合,D錯誤。3.空間有一沿x軸對稱分布的電場,其電場強(qiáng)度E隨x變化的圖象如圖所示。下列說法中正確的是 ()A.O點(diǎn)的電勢最低B.x2點(diǎn)的電勢最高C.x1和x1兩點(diǎn)的電勢相等D.x1和x3兩點(diǎn)的電勢相等【解析】選C。由題圖知,沿x軸方向O點(diǎn)兩側(cè)電場強(qiáng)度方向相反,故O點(diǎn)可能電勢最低,也可能電勢最高,A錯誤;x1、x2、x3三點(diǎn)在同一電場線上,由沿電場線方向電勢逐漸降低可知,無論O點(diǎn)右側(cè)電場強(qiáng)度沿x軸向右還是向左,x2點(diǎn)電勢都不是最高,x1、x3兩點(diǎn)的電勢也不相等,B、D錯誤;由題圖知,電場強(qiáng)度在O點(diǎn)兩側(cè)對稱,故x1、x1兩點(diǎn)電勢相等,C正確。4.(多選)(2019·全國卷Ⅲ)如圖,電荷量分別為q和q(q>0)的點(diǎn)電荷固定在正方體的兩個頂點(diǎn)上,a、b是正方體的另外兩個頂點(diǎn)。則 ()A.a點(diǎn)和b點(diǎn)的電勢相等B.a點(diǎn)和b點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小相等C.a點(diǎn)和b點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向相同D.將負(fù)電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn),電勢能增加【解析】選B、C。兩個點(diǎn)電荷間的電場線分布是由q指向q的,根據(jù)正方體的特點(diǎn)可知在這四點(diǎn)所在平面上a點(diǎn)和b點(diǎn)所處電場線是關(guān)于q和q連線對稱的,且b點(diǎn)距離正電荷q較a點(diǎn)更近,沿電場線方向電勢逐漸降低,故b點(diǎn)電勢高于a點(diǎn)電勢,故A項錯誤。如圖所示,兩點(diǎn)電荷在a、b兩點(diǎn)所產(chǎn)生合場強(qiáng)大小相等,方向相同,故B、C項正確。負(fù)電荷從a點(diǎn)移動到b點(diǎn),由電勢低的地方移動到電勢高的地方,電場力做正功,電勢能減小,故D項錯誤。5.兩異種點(diǎn)電荷電場中的部分等勢面如圖所示,已知A點(diǎn)電勢高于B點(diǎn)電勢。若位于a、b處點(diǎn)電荷的電荷量大小分別為qa和qb,則 ()A.a處為正電荷,qa<qbB.a處為正電荷,qa>qbC.a處為負(fù)電荷,qa<qbD.a處為負(fù)電荷,qa>qb【解析】選B。圖為異種點(diǎn)電荷的等勢面分布,又知φA>φB,因此a處為正電荷,b處為負(fù)電荷,等勢面密集處靠近a電荷,故qa>qb,B正確。6.如圖所示,a、b、c三條虛線為電場中的等勢面,等勢面b的電勢為零,且相鄰兩個等勢面間的電勢差相等,一個帶正電的粒子在A點(diǎn)時的動能為10J,在電場力作用下從A運(yùn)動到B速度為零,當(dāng)這個粒子的動能為7.5J時,其電勢能為 ()J J C.0 J【解析】選D。由動能定理知帶電粒子到達(dá)b處的動能為5J,帶電粒子只受電場力,動能與電勢能之和不變。由于等勢面b的電勢為零,帶電粒子在b處電勢能為零,Ek+Ep=5J。當(dāng)Ek=7.5J時,Ep=2.5J,故D正確。二、非選擇題(20分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要注明單位)7.如圖所示,在場強(qiáng)為E的水平勻強(qiáng)電場中,一根長為l的絕緣桿,兩端分別固定著帶有電荷量+q和q的小球(大小不計)?，F(xiàn)讓絕緣桿繞中點(diǎn)O逆時針轉(zhuǎn)動α角,求轉(zhuǎn)動中帶電小球克服電場力所做的功。【解析】帶電小球的初、末位置沿電場線方向移動的距離均為d=QUOTEl(1cosα)每個帶電小球克服電場力做功W=Fd=qE×QUOTEl(1cosα)故兩個帶電小球克服電場力做功W′=2W=qEl(1cosα)答案:qEl(1cosα)【補(bǔ)償訓(xùn)練】如圖所示,在場強(qiáng)E=104N/C的水平勻強(qiáng)電場中,有一根長l=15cm的細(xì)線,一端固定在O點(diǎn),另一端系一個質(zhì)量m=3g、電荷量q=2×10-6C的帶正電小球,當(dāng)細(xì)線處于水平位置時,小球從靜止開始釋放,g(1)小球到達(dá)最低點(diǎn)B的過程中重力勢能、電勢能分別變化了多少?(2)若取A點(diǎn)電勢為零,小球在B點(diǎn)的電勢能