高中物理《必修第三冊》課后習題 1.電勢能和電勢

第十章靜電場中的能量1.電勢能和電勢合格考達標練1.(2021湖北武漢一中期末)如圖所示是以電荷+Q為圓心的一組同心圓(虛線),電場中有A、B、C、D四點?，F(xiàn)將一帶電荷量為q的正點電荷由A點沿不同的路徑移動到D點,沿路徑①做功為W1,沿路徑②做功為W2,沿路徑③做功為W3,則()A.W2<W3<W1B.W1=W2=W3C.W2>W3>W1 D.W3>W2>W1答案B解析因為靜電力做功只與電荷在電場中的初、末位置有關(guān),而與電荷運動路徑無關(guān),故沿三條路徑將點電荷由A移動到D的過程中,靜電力做功相等,選項B正確,A、C、D錯誤。2.(2021山東濰坊高二模擬)某靜電除塵設備集塵板的內(nèi)壁帶正電,設備中心位置有一個帶負電的放電極,它們之間的電場線分布如圖所示,虛線為某帶電煙塵顆粒(重力不計)的運動軌跡,A、B是軌跡上的兩點,C點與B點關(guān)于放電極對稱,下列說法正確的是()A.A點電勢高于B點電勢B.A點電場強度小于C點電場強度C.煙塵顆粒在A點的動能小于在B點的動能D.煙塵顆粒在A點的電勢能小于在B點的電勢能答案C解析由沿電場線方向電勢降低可知,A點電勢低于B點電勢,A錯誤;由題圖可知,A點處電場線比C點處密集,因此A點的電場強度大于C點的電場強度,B錯誤;煙塵顆粒帶負電,從A到B的過程中,電場力做正功,動能增加,煙塵顆粒在A點的動能小于在B點的動能,電勢能減小,煙塵顆粒在A點的電勢能大于在B點的電勢能,C正確,D錯誤。3.如圖所示為某點電荷形成的電場,A、B為電場線上兩點,則()A.點電荷帶負電,EA>EBB.點電荷帶正電,EA<EBC.點電荷帶負電,φA>φBD.點電荷帶正電,φA<φB答案C4.下列說法中正確的是()A.沿電場線的方向,電場強度一定越來越小B.沿電場線的方向,電勢一定越來越低C.電荷沿電場線方向移動,電勢能逐漸減小D.在靜電力作用下,正電荷一定從電勢高處向電勢低處移動答案B解析電場線的方向就是電場強度的方向,同時也是電勢降低的方向,但不一定是電場強度減小的方向,故選項A錯誤,選項B正確。只有沿電場線方向移動正電荷,電荷電勢能才減小,負電荷則相反,故選項C錯誤。因為不知道電荷的初速度,所以選項D錯誤。5.(2021遼寧錦州一中期中)在電場中把一個電荷量為-6×10-8C的點電荷從A點移到B點,克服靜電力做功3×10-5J;將此電荷從B點移到C點,靜電力做功為4.5×10-5J。(1)若將此電荷從A點移到C點,電荷的電勢能變化多少?(2)若A點的電勢為零,則B、C兩點的電勢分別為多少?答案(1)減少1.5×10-5J(2)-500V250V解析(1)依題意從A點移到B點靜電力做功WAB=-3×10-5J,從B點移到C點靜電力做功WBC=4.5×10-5J,從A點移到C點,靜電力做功為WAC=WAB+WBC=-3×10-5J+4.5×10-5J=1.5×10-5J;故從A點移到C點電勢能減少1.5×10-5J。(2)設B、C點的電勢分別為φB、φC,有:φA-φB=EpφA-φC=Ep解得φB=-500V,φC=250V。6.如圖所示,在電場強度為E=104N/C、方向水平向右的勻強電場中,用一根長l=1m的絕緣細桿(質(zhì)量不計)固定一個質(zhì)量為m=0.2kg、電荷量為q=5×10-6C的帶正電的小球。細桿可繞軸O在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)將桿由水平位置A輕輕釋放,在小球運動到最低點B的過程中,靜電力對小球做功多少?小球電勢能如何變化?答案0.05J電勢能減少0.05J解析靜電力做功與路徑無關(guān)。在小球由A運動到最低點B的過程中,靜電力對小球做的正功為W=qEl=5×10-6×104×1J=0.05J靜電力對小球做正功,小球電勢能減少,減少的電勢能為0.05J。等級考提升練7.(多選)如圖所示,圖中的實線表示電場線,虛線表示只受靜電力作用的帶正電粒子的運動軌跡,粒子先經(jīng)過M點,再經(jīng)過N點,可以判定()A.M點的電勢高于N點的電勢B.M點的電勢低于N點的電勢C.粒子在M點受到的靜電力大于在N點受到的靜電力D.粒子在M點的電勢能大于在N點的電勢能答案AD解析沿著電場線的方向電勢降低,故選項A正確,選項B錯誤;電場線越密,電場強度越大,同一粒子受到的靜電力越大,故選項C錯誤;粒子從M點到N點靜電力做正功,所以電勢能減小,所以選項D正確。8.(多選)如圖甲所示,Q1、Q2為兩個固定點電荷,其中Q1帶正電,它們連線的延長線上有a、b兩點。一正試探電荷以一定的初速度沿直線從b點開始經(jīng)a點向遠處運動,其速度圖像如圖乙所示。則()A.Q2帶正電B.Q2帶負電C.試探電荷從b點到a點的過程中電勢能增大D.試探電荷從b點到a點的過程中電勢能減小答案BC解析選項診斷結(jié)論A由v-t圖,從b點到a點v減小,故試探電荷受向左的靜電力,因此Q2帶負電×B理由同選項A√C從b點到a點,由于靜電力做負功,其電勢能增大√D理由同選項C×9.(多選)(2020全國Ⅲ卷)如圖所示,∠M是銳角三角形PMN最大的內(nèi)角,電荷量為q(q>0)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答案BC解析本題以點電荷的電場為背景,意在考查靜電場的電場強度分布規(guī)律和電勢、電勢能、電場力做功的關(guān)系。沿MN邊,從M點到N點,距P點的距離先變小后變大,P點的點電荷帶正電,電場強度E=kqr2,越靠近P點,電場強度越大,電勢越大,所以電場強度先變大后變小,電勢先變大后變小,選項A錯誤,選項B正確;正電荷在電勢高的位置電勢能也大,所以正電荷在M點的電勢能大于其在N點的電勢能,選項C正確;將正電荷由電勢能大的M點移到電勢能小的N點,電場力做正功,選項10.(多選)如圖所示,在點電荷Q產(chǎn)生的電場中,實線MN是一條方向未標出的電場線,虛線AB是一個電子只在靜電力作用下的運動軌跡。設電子在A、B兩點的加速度大小分別為aA、aB,電勢能分別為EpA、EpB。下列說法正確的是()A.電子一定從A向B運動B.若aA>aB,則Q靠近M端且為正電荷C.無論Q為正電荷還是負電荷一定有EpA<EpBD.B點電勢可能高于A點電勢答案BC解析電子在電場中做曲線運動,虛線AB是電子只在電場力作用下的運動軌跡,電場力沿電場線指向曲線的凹側(cè),電場的方向與電場力的方向相反,如圖所示。由所給條件無法判斷電子的運動方向,故A錯誤;若aA>aB,說明電子在A點受到的電場力較大,A點的電場強度較大,根據(jù)點電荷的電場分布可知,靠近M端為場源電荷的位置,應為正電荷,故B正確;無論Q為正電荷還是負電荷,一定有電勢φA>φB,電子的電勢能Ep=-eφ,電勢能是標量,所以一定有EpA<EpB,故C正確,D錯誤。11.一個勻強電場的電場強度方向水平向左,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點出發(fā),在靜電力與重力的作用下,恰能沿與電場強度的反方向成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。答案12mv解析設電場強度為E,小球帶電荷量為q,因小球做直線運動,它所受的靜電力qE和重力mg的合力必沿此直線,如圖所示,有qE=mgtanθ,F合=小球做勻減速運動的加速度大小為a=gsin設從O點到最高點的位移為x,則v02=2運動的水平距離為L=xcosθ;兩點的電勢能之差ΔEp=qEL;由以上各式得ΔEp=12mv012.電荷量為q=1×10-4C的帶正電的小物塊置于粗糙的絕緣水平面上,所在空間存在沿水平方向的勻強電場,電場強度E與時間t的關(guān)系及物塊速度v與時間t的關(guān)系分別如圖甲、乙所示,若重力加速度g取10m/s2,求:(1)物塊的質(zhì)量m和物塊與水平面之間的動摩擦因數(shù)。(2)物塊運動2s過程中,其電勢能的改變量。答案(1)0.5kg0.4(2)電勢能減