2024-2025學(xué)年高中物理第一章靜電場4電勢能和電勢課時作業(yè)含解析新人教版選修3-11

PAGE9-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肯定大B.場強越大的地方電勢肯定越高C.場強為零的地方電勢必為零D.電勢為零的地方場強可以不為零【解析】選D。只有正電荷在電勢高處電勢能肯定大,而負電荷在電勢高處電勢能肯定小,故A錯誤;場強越大的地方電勢不肯定越高,兩者沒有干脆關(guān)系,故B錯誤;場強為零的地方電勢不肯定為零,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可以不為零,故D正確。2.某導(dǎo)體置于電場后四周的電場分布狀況如圖所示,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。下列說法錯誤的是 ()A.A點的電場強度小于B點的電場強度B.A點的電勢高于B點的電勢C.將負電荷從A點移到B點,電場力做正功D.將正電荷從A點移到C點,電場力做功為零【解析】選C。電場線的疏密表示電場強度的大小,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漸漸降低,所以A點的電勢高于B點的電勢,B正確;將負電荷從A點移到B點,電場力做負功,C錯誤;A點、C點在同一個等勢面上,將正電荷從A點移到C點,電場力做功為零,D正確。3.兩個固定的等量異號點電荷所產(chǎn)生電場的等勢面如圖中虛線所示,一帶負電的粒子以某一速度從圖中A點沿圖示方向進入電場在紙面內(nèi)飛行,最終離開電場,粒子只受靜電力作用,則粒子在電場中 ()A.做直線運動,電勢能先變小后變大B.做直線運動,電勢能先變大后變小C.做曲線運動,電勢能先變小后變大D.做曲線運動,電勢能先變大后變小【解析】選C。帶負電的粒子以速度v進入電場后,電場力的方向與v的方向不在一條直線上,故帶負電的粒子做曲線運動,先由低電勢面運動到高電勢面,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與兩點電荷連線重合,兩對角線交點O恰為電荷連線的中點。下列說法中正確的是()A.A點的電場強度大于B點的電場強度且兩點電場強度方向不同B.B、D兩點的電場強度及電勢均相同C.一電子由B點沿B→C→D路徑移至D點,電勢能先減小后增大D.一質(zhì)子由C點沿C→O→A路徑移至A點,電場力對其先做負功后做正功【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兩點關(guān)于O點對稱,因此B、D兩點的場強大小相等,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運動到C過程中,靠近負電荷遠離正電荷,因此電場力做負功,電勢能增大,沿C→D運動到D過程中,靠近正電荷遠離負電荷,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點沿C→O→A路徑移至A點過程中電場力做負功,故D錯誤。5.(多選)如圖所示,在正點電荷Q的電場中有M、N、P、F四點,M、N、P為直角三角形的三個頂點,F為MN的中點,∠M=30°。M、N、P、F四點處的電勢分別用φM、φN、φP、φF表示,已知φM=φN,φP=φF,點電荷Q在M、N、P三點所在平面內(nèi),則 ()A.點電荷Q肯定在MP的連線上B.連接PF的線段肯定在同一等勢面上C.將正摸索電荷從P點搬運到N點,電場力做負功D.φP大于φM【解析】選A、D。依據(jù)正點電荷電場的特點可知,點電荷電場的等勢面是以點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,依據(jù)圖中幾何關(guān)系可知,兩條線交MP于A點,即點電荷Q在A點,A正確,B錯誤;將正摸索電荷從P點搬運到N點,電場力做正功,C錯誤;沿著電場線的方向電勢漸漸降低,故φP>φM,D正確。6.圖中的虛線a、b、c、d表示勻強電場中的4個等勢面。兩個帶電粒子M、N(重力忽視不計)以平行于等勢面的初速度射入電場,運動軌跡分別如圖中MPN和NQM所示。已知M是帶負電的帶電粒子。則下列說法中正確的是 ()A.N肯定也帶負電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。依據(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)7.一勻強電場,場強方向水平向左,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點動身,在電場力與重力的作用下,恰能沿與場強的反方向成θ角的直線運動。求小球運動到最高點時的電勢能與在O點時的電勢能之差?！窘馕觥吭O(shè)電場強度為E,小球帶電荷量為q,因小球做直線運動,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=,F合=,小球做勻減速運動的加速度大小為:a=;設(shè)從O點到最高點的位移為s,則=2as;運動的水平距離為L=scosθ;兩點的電勢能之差:ΔEp=qEL;由以上各式得:ΔEp=mcos2θ小球運動至最高點的過程中,電勢能增加。答案:mcos2θ【補償訓(xùn)練】將帶電荷量為1×10-8C的電荷,從無限遠處移到電場中的A點,要克服電場力做功1×10-6J,(1)電荷的電勢能是增加還是削減?電荷在A點具有多少電勢能?A點的電勢是多少?(2)若電場力可以把帶電荷量為-2×10-8C的電荷從無限遠處移到電場中的A點,電場力做了多少功?(【解析】(1)電荷從無限遠處移到電場中的A點,要克服靜電力做功1×10-8J,電荷的電勢能增加,無限遠處電勢能為零,則電荷在A點具有1×10-6J的電勢能,A點的電勢為φA==V=100V。(2)電荷量為-2×10-8C的電荷從無限遠處移到電場中的A點時,無限遠處與A點間的電勢差不變,則靜電力做功為W=q′U∞A=-2×10-8×(0-100)J=2×10-6答案:(1)增加1×10-6J100V(2)2×10-6J(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圓盤中心豎直線上的c點,O到c之間距離為h而到圓盤中心豎直線上的b點時,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點場強 B.c點場強C.b點電勢 D.c點電勢【解析】選A、D。速度最大時加速度為零,由b點速度最大可知qEb=mg,所以Eb=,由c點速度為零可知:mgh=-qφc,所以φc=-。2.(多選)(2024·全國卷Ⅱ)靜電場中,一帶電粒子僅在電場力的作用下自M點由靜止起先運動,N為粒子運動軌跡上的另外一點,則 ()A.運動過程中,粒子的速度大小可能先增大后減小B.在M、N兩點間,粒子的軌跡肯定與某條電場線重合C.粒子在M點的電勢能不低于其在N點的電勢能D.粒子在N點所受電場力的方向肯定與粒子軌跡在該點的切線平行【解析】選A、C。若電場由等量同種電荷形成,由A點釋放負電荷,則負電荷先加速后減速,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點速度大于等于零,故N點動能大于等于M點動能,由能量守恒可知,N點電勢能小于等于M點電勢能,C正確;粒子在N點所受電場力的方向肯定與該點電場線的切線方向平行,電場線與粒子軌跡不肯定重合,D錯誤。3.空間有一沿x軸對稱分布的電場,其電場強度E隨x改變的圖象如圖所示。下列說法中正確的是 ()A.O點的電勢最低B.x2點的電勢最高C.x1和-x1兩點的電勢相等D.x1和x3兩點的電勢相等【解析】選C。由題圖知,沿x軸方向O點兩側(cè)電場強度方向相反,故O點可能電勢最低,也可能電勢最高,A錯誤;x1、x2、x3三點在同一電場線上,由沿電場線方向電勢漸漸降低可知,無論O點右側(cè)電場強度沿x軸向右還是向左,x2點電勢都不是最高,x1、x3兩點的電勢也不相等,B、D錯誤;由題圖知,電場強度在O點兩側(cè)對稱,故x1、-x1兩點電勢相等,C正確。4.(多選)(2024·全國卷Ⅲ)如圖,電荷量分別為q和-q(q>0)的點電荷固定在正方體的兩個頂點上,a、b是正方體的另外兩個頂點。則 ()A.a點和b點的電勢相等B.a點和b點的電場強度大小相等C.a點和b點的電場強度方向相同D.將負電荷從a點移到b點,電勢能增加【解析】選B、C。兩個點電荷間的電場線分布是由q指向-q的,依據(jù)正方體的特點可知在這四點所在平面上a點和b點所處電場線是關(guān)于q和-q連線對稱的,且b點距離正電荷q較a點更近,沿電場線方向電勢漸漸降低,故b點電勢高于a點電勢,故A項錯誤。如圖所示,兩點電荷在a、b兩點所產(chǎn)生合場強大小相等,方向相同,故B、C項正確。負電荷從a點移動到b點,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。5.兩異種點電荷電場中的部分等勢面如圖所示,已知A點電勢高于B點電勢。若位于a、b處點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處為負電荷,qa<qbD.a處為負電荷,qa>qb【解析】選B。圖為異種點電荷的等勢面分布,又知φA>φB,因此a處為正電荷,b處為負電荷,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點時的動能為10J,在電場力作用下從A運動到B速度為零,當這個粒子的動能為7.5J時,其電勢能為 ()A.12.5J B.2.5J C.0 D.-2.5J【解析】選D。由動能定理知帶電粒子到達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,在場強為E的水平勻強電場中,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?！窘馕觥繋щ娦∏虻某?、末位置沿電場線方向移動的距離均為d=l(1-cosα)每個帶電小球克服電場力做功W=Fd=qE×l(1-cosα)故兩個帶電小球克服電場力做功W′=2W=qEl(1-cosα)答案:qEl(1-cosα)【補償訓(xùn)練】如圖所示,在場強E=104N/C的水平勻強電場中,有一根長l=15cm的細線,一端固定在O點,另一端系一個質(zhì)量m=3g、電荷量q=2×10-6C的帶正電小球,當細線處于水平位置時,小球從靜止起先釋放,g(1)小球到達最低點B的過程中重力勢能、電勢能分別改變了多少?(2)若取