2025年《滬科版2020上海高二物理必修第三冊(cè)》 9.4 電勢(shì)能 電勢(shì) （作業(yè)）（解析版）

第頁新版滬科版2020上海高二物理必修第三冊(cè)《9.4電勢(shì)能電勢(shì)》針對(duì)考點(diǎn)基礎(chǔ)練考點(diǎn)一靜電力做功的特點(diǎn)1．（2020·青島二中高一期中）關(guān)于靜電力做功與電勢(shì)能的關(guān)系，下列說法正確的是（）A．靜電力做正功，電勢(shì)能一定增加B．靜電力做正功，電勢(shì)能一定減小C．靜電力只有對(duì)正電荷做正功時(shí)，電勢(shì)能才增加D．靜電力只有對(duì)負(fù)電荷做正功時(shí)，電勢(shì)能才增加【答案】B【解析】根據(jù)功能關(guān)系，可知靜電力做正功，電荷的電勢(shì)能減小；靜電力做負(fù)功，電荷的電勢(shì)能增加，與電荷的電性無關(guān)。故選B。2．如圖1所示，在勻強(qiáng)電場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn)，將一電荷量為q的正點(diǎn)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，第一次沿直線AB移動(dòng)該電荷，靜電力做功為W1；第二次沿路徑ACB移動(dòng)該電荷，靜電力做功為W2；第三次沿曲線ADB移動(dòng)該電荷，靜電力做功為W3，則（）圖1A．W1＞W(wǎng)2＞W(wǎng)3 B．W1＜W2＜W3C．W1＝W2＝W3 D．W1＝W2＞W(wǎng)3【答案】C【解析】假設(shè)A、B兩點(diǎn)相距為l，直線AB與電場(chǎng)線的夾角為θ（θ＜90°），根據(jù)功的定義可知，靜電力做的功均為qElcosθ，故沿三種路徑移動(dòng)該電荷，靜電力做功相等，選項(xiàng)C正確，A、B、D錯(cuò)誤?？键c(diǎn)二電勢(shì)和電勢(shì)能3．（2020·安徽合肥期中）關(guān)于電勢(shì)和電勢(shì)能，下列說法正確的是（）A．在電場(chǎng)中電勢(shì)高的地方電荷具有的電勢(shì)能大B．在電場(chǎng)中放在某點(diǎn)的電荷的電荷量越大，它所具有的電勢(shì)能也越大C．在電場(chǎng)中的任意一點(diǎn)，正電荷具有的電勢(shì)能一定大于負(fù)電荷具有的電勢(shì)能D．取無窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零，在負(fù)點(diǎn)電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng)中的任意一點(diǎn)，正電荷具有的電勢(shì)能一定小于負(fù)電荷具有的電勢(shì)能【答案】D【解析】根據(jù)公式Ep＝φq可知，正電荷在電勢(shì)高的地方電勢(shì)能大，負(fù)電荷在電勢(shì)高的地方電勢(shì)能小，由于不知電荷的電性，因此無法判斷它在電勢(shì)高的地方電勢(shì)能的大小，故A錯(cuò)誤；若放在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電荷為正電荷，當(dāng)該點(diǎn)電勢(shì)小于零時(shí)，電荷量越大，電荷具有的電勢(shì)能越小，故B錯(cuò)誤；電勢(shì)能Ep＝qφ，正電荷在電勢(shì)小于零處的電勢(shì)能為負(fù)值，小于負(fù)電荷在該處的電勢(shì)能，故C錯(cuò)誤；取無窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零，沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，可知在負(fù)點(diǎn)電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng)中的任意一點(diǎn)電勢(shì)為負(fù)，正電荷在任意一點(diǎn)具有的電勢(shì)能為負(fù)值，而負(fù)電荷在任意一點(diǎn)具有的電勢(shì)能為正值，正電荷具有的電勢(shì)能小于負(fù)電荷具有的電勢(shì)能，故D正確。4．（2021·上海中學(xué)高一期末）如圖2所示，電場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn)，下列說法正確的是（）圖2A．電勢(shì)φB>φAB．電場(chǎng)強(qiáng)度EA<EBC．同一電荷在A點(diǎn)所受靜電力較大D．同一電荷在A點(diǎn)具有的電勢(shì)能較大【答案】B【解析】沿著電場(chǎng)線方向，電勢(shì)逐漸降低，所以由題圖知φB<φA，根據(jù)正電荷在電勢(shì)高的地方電勢(shì)能大，負(fù)電荷在電勢(shì)低的地方電勢(shì)能大，由于不知所放電荷的電性，所以不能確定該電荷在A、B兩點(diǎn)電勢(shì)能的大小，故A、D錯(cuò)誤．電場(chǎng)線的疏密表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，由題圖可知，電場(chǎng)強(qiáng)度EA<EB，所以，同一電荷在A點(diǎn)所受靜電力較小，故B正確，C錯(cuò)誤。5．（2021·江蘇泰州市泰州中學(xué)高一期中）如圖3所示為某電場(chǎng)中的一條電場(chǎng)線，電場(chǎng)線上有A、B、C三點(diǎn)且AB＝BC，一電子從A點(diǎn)出發(fā)經(jīng)B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)。下列說法正確的是（）圖3A．該電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)B．在A、B、C三點(diǎn)中，A點(diǎn)的電勢(shì)最高C．在A、B、C三點(diǎn)中，A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度最大D．在A、B、C三點(diǎn)中，電子在A點(diǎn)的電勢(shì)能最大【答案】B【解析】只有一條電場(chǎng)線不能確定是否為勻強(qiáng)電場(chǎng)，A錯(cuò)誤；沿著電場(chǎng)線的方向電勢(shì)逐漸降低，則A點(diǎn)的電勢(shì)最高，C點(diǎn)的電勢(shì)最低，B正確；電場(chǎng)線的疏密表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱，一條電場(chǎng)線無法比較疏密，所以無法比較強(qiáng)弱，C錯(cuò)誤；電子帶負(fù)電，受力與電場(chǎng)方向相反，沿電場(chǎng)線方向，靜電力對(duì)電子做負(fù)功，電勢(shì)能增大，故電子在A點(diǎn)的電勢(shì)能最小，D錯(cuò)誤。6．在點(diǎn)電荷Q形成的電場(chǎng)中有一點(diǎn)A，當(dāng)一個(gè)帶電荷量為－q的試探電荷從電場(chǎng)的無限遠(yuǎn)處被移到電場(chǎng)中的A點(diǎn)時(shí)，靜電力做的功為W，設(shè)無限遠(yuǎn)處電勢(shì)為零，則試探電荷在A點(diǎn)的電勢(shì)能及電場(chǎng)中A點(diǎn)的電勢(shì)分別為（）A．EpA＝－W，φA＝eq\f(W,q) B．EpA＝W，φA＝－eq\f(W,q)C．EpA＝W，φA＝eq\f(W,q) D．EpA＝－W，φA＝－eq\f(W,q)【答案】A【解析】由W＝0－EpA，可得EpA＝－W，由φ＝eq\f(Ep,q)得φA＝eq\f(EpA,－q)＝eq\f(－W,－q)＝eq\f(W,q)，故A正確。7．（2021·山西師大附中月考）在固定點(diǎn)電荷Q的電場(chǎng)中，一試探電荷q僅在靜電力作用下繞點(diǎn)電荷Q沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，a、b、c、d為橢圓軌道上四點(diǎn)，如圖4所示。下列說法正確的是（）圖4A．b、d兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度相同B．a(chǎn)點(diǎn)電勢(shì)一定比c點(diǎn)電勢(shì)高C．試探電荷由a運(yùn)動(dòng)到c的過程中電勢(shì)能增大D．試探電荷與固定點(diǎn)電荷帶同種電荷【答案】C【解析】b、d為橢圓的兩個(gè)頂點(diǎn)，則b、d兩點(diǎn)到Q的距離相等，由點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式E＝keq\f(Q,r2)可知，兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等，但方向不同，A錯(cuò)誤；因?yàn)椴恢离姾蒕的電性，a點(diǎn)電勢(shì)和c點(diǎn)電勢(shì)無法比較，B錯(cuò)誤；試探電荷q僅在靜電力作用下繞點(diǎn)電荷Q沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，可知試探電荷與固定點(diǎn)電荷帶異種電荷，由a運(yùn)動(dòng)到c的過程中靜電力做負(fù)功，電勢(shì)能增大，D錯(cuò)誤，C正確。8．（2021·湖南長(zhǎng)沙廣益中學(xué)高一月考）如圖5甲所示，A、B是一條電場(chǎng)線上的兩點(diǎn)，若在某點(diǎn)釋放一初速度為零的電子，電子僅受靜電力作用，從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，其速度隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示，則（）圖5A．A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大于B點(diǎn)B．電子在A點(diǎn)受到的靜電力小于B點(diǎn)C．A點(diǎn)的電勢(shì)高于B點(diǎn)D．電子在A點(diǎn)的電勢(shì)能小于B點(diǎn)【答案】B【解析】由速度－時(shí)間圖像看出，圖線的斜率逐漸增大，電子的加速度增大，電子所受靜電力增大，則靜電力FA＜FB，故B正確．電子所受靜電力增大，場(chǎng)強(qiáng)增大，電場(chǎng)強(qiáng)度EA＜EB，故A錯(cuò)誤．由題，電子由靜止開始沿電場(chǎng)線從A運(yùn)動(dòng)到B，靜電力的方向從A到B，電子帶負(fù)電，則場(chǎng)強(qiáng)方向從B到A，根據(jù)順著電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低可知，電勢(shì)φA＜φB，故C錯(cuò)誤。由速度－時(shí)間圖像看出，電子的速度增大，動(dòng)能增大，根據(jù)能量守恒定律得知，電子的電勢(shì)能減小，則電勢(shì)能EpA＞EpB，故D錯(cuò)誤。綜合能力練9．（2021·江蘇省高郵中學(xué)高一期末）某電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布如圖6所示，以下說法正確的是（）圖6A．a(chǎn)點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)B．c點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大于b點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)C．若將一試探電荷＋q由a點(diǎn)移至b點(diǎn)，它的電勢(shì)能增大D．若在d點(diǎn)再固定一點(diǎn)電荷－Q，將一試探電荷＋q由a移至b的過程中，電勢(shì)能減小【答案】D【解析】沿著電場(chǎng)線的方向電勢(shì)逐漸降低，由題圖可知a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電場(chǎng)線密集的地方電場(chǎng)強(qiáng)度大，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電荷＋q由a點(diǎn)移至b點(diǎn)，則靜電力做正功，其電勢(shì)能減小，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；若在d點(diǎn)再固定一點(diǎn)電荷－Q，則由合場(chǎng)強(qiáng)的方向可知試探電荷＋q由a移至b的過程中，靜電力做正功，其電勢(shì)能減小，故選項(xiàng)D正確。10．在如圖7所示的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，有A、B、C三點(diǎn)，AB＝5cm，BC＝12cm，其中AB沿電場(chǎng)線方向，BC和電場(chǎng)線方向成60°角。一個(gè)電荷量為q＝4×10－8C的正電荷從A移到B，靜電力做功為W1＝1.2×10－7J。求：圖7（1）勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大?。唬?）該電荷從B到C，電荷的電勢(shì)能改變多少？【答案】（1）60N/C（2）減少1.44×10－7J【解析】（1）由W1＝qE·AB得，該電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為：E＝eq\f(W1,q·AB)＝eq\f(1.2×10－7,4×10－8×5×10－2)N/C＝60N/C（2）該電荷從B到C，靜電力做功為：W2＝F·BC·cos60°＝qE·BC·cos60°＝4×10－8×60×12×10－2×0.5J＝1.44×10－7J所以，該過程電荷的電勢(shì)能減少1.44×10－7J。11．（2020·信陽市高級(jí)中學(xué)期末）如圖8所示，在電場(chǎng)強(qiáng)度大小E＝1×104N/C的水平勻強(qiáng)電場(chǎng)中，有一根長(zhǎng)l＝15cm的絕緣細(xì)線，一端固定在O點(diǎn)，另一端系一個(gè)質(zhì)量m＝3g、電荷量q＝2×10－6C的帶正電小球，當(dāng)細(xì)線處于水平位置且伸直時(shí)，小球從靜止開始釋放，g取10m/s2。求：圖8（1）小球從開始釋放到到達(dá)最低點(diǎn)B的重力勢(shì)能、電勢(shì)能分別變化了多少；（2）若取A點(diǎn)電勢(shì)為零，則小球在B點(diǎn)的電勢(shì)能、電勢(shì)分別為多少？【答案】（1）－4.5×10－3J3×10－3J（2）3×10－3J1．5×103V【解析】（1）在該過程中，小球的重力勢(shì)能變化量ΔEp＝－mgl＝－4.5×10－3J，電勢(shì)能變化量ΔEp電＝Eql＝3×10－3J（2）若取A點(diǎn)電勢(shì)為零，則EpA＝qφA＝0，因ΔEp電＝EpB－EpA，故小球在B點(diǎn)的電勢(shì)能EpB＝ΔEp電＋EpA＝3×10－3J，又EpB＝qφB，所以φB＝1.5×103V。12．（2021·江蘇南京市高一期末）如圖9甲為eq\f(1,2)均勻帶電圓環(huán)，O1為其圓心，圖乙為eq\f(3,4)均勻帶電圓環(huán)，O2為其圓心，兩圓環(huán)半徑相同，單位長(zhǎng)度的帶電荷量、電性相同，O1圖9處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E0，電勢(shì)為φ0.已知在真空中電荷量為Q的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中，若取無窮遠(yuǎn)處為零電勢(shì)點(diǎn)，則離該點(diǎn)電荷距離為r的某點(diǎn)的電勢(shì)為φ＝keq\f(Q,r)，則O2處的場(chǎng)強(qiáng)大小和電勢(shì)分別為（）A．eq\f(3,2)E0，eq\f(3,2)φ0 B．eq\f(3,2)E0，eq\f(1,2)φ0C．eq\f(\r(2),2)E0，eq\f(3,2)φ0 D．eq\f(\r(2),2)E0，eq\f(\r(2),2)φ0【答案】C【解析】設(shè)eq\f(1,4)圓環(huán)在圓心處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小為E，對(duì)題圖甲中eq\f(1,2)圓環(huán)，由電場(chǎng)強(qiáng)度的合成可知eq\r(2)E＝E0，故E＝eq\f(\r(2),2)E0，題圖乙中eq\f(3,4)圓環(huán)的左上eq\f(1,4)圓