教科版高中物理必修第三冊專題強化練2電場中的能量問題含答案

專題強化練2電場中的能量問題1.(多選題)(2023四川綿陽中學期末)如圖所示,在點電荷+Q產(chǎn)生的電場中,一帶正電的檢驗電荷從A點分別移到以+Q為圓心的圓周上的B、C、D、E點,則下列說法正確的是()A.檢驗電荷從A點到B點,電勢能減少B.檢驗電荷從A點到E點,電場力做功最大C.檢驗電荷從A點分別到B、C、D、E點電場力做功一樣多D.A點的電勢比D點的高2.(多選題)(2024四川南充月考)如圖所示,紙面內(nèi)固定兩個等量異種點電荷,它們之間距離為4R,以其連線中點O為圓心、以R為半徑畫圓,A、B、C、D為圓周上四點,A、B兩點在兩點電荷連線上,C、D兩點在兩點電荷連線的中垂線上。下列判斷正確的是()A.A、B兩點的電場強度大小相等,C、D兩點的電場強度方向相反B.若自A點由靜止釋放一電子,該電子將沿AB向右運動C.A、C之間電勢差等于D、B之間電勢差D.將一電子自A沿直線到O再沿直線到C,電勢能先增加后不變3.(經(jīng)典題)(2023重慶育才中學期中)圖中虛線1、2、3、4表示勻強電場的等勢面,一帶正電的粒子只在電場力的作用下從a點運動到b點,軌跡如圖中實線所示。下列說法正確的是()A.粒子運動的加速度不變B.粒子所受的電場力沿虛線方向C.粒子從a運動到b,電勢能增加D.圖中各虛線代表的電勢高低φ4>φ3>φ2>φ14.(2024四川成都雙流中學月考)如圖所示,虛線a、b、c代表電場中一組等勢線,相鄰等勢線之間的電勢差相等,實線為一帶正電粒子(重力不計)僅在電場力作用下從P到Q的運動軌跡,則下列說法正確的是()A.a、b、c三條等勢線中,a的電勢最高B.Q點處的電場強度比P點處的大C.該粒子在P點的速率比在Q點的大D.該粒子在P點的電勢能比在Q點的電勢能大5.(2024廣東深圳寶安中學期中)電子顯微鏡是冷凍電鏡中的關(guān)鍵部分,在電子顯微鏡中電子槍發(fā)射電子束,通過電場構(gòu)成的電子透鏡使其會聚或發(fā)散。電子透鏡的電場分布如圖所示,虛線為等勢線。一電子僅在電場力作用下運動,運動軌跡如圖中實線所示,a、b、c、d是軌跡上的四個點,下列說法正確的是()A.電子從a到d運動時,電勢能逐漸減小B.電子從a到d運動時,加速度保持不變C.電子在a處受到的電場力方向與a處虛線垂直D.b處的電場強度與c處的電場強度相同6.(多選題)(2024四川內(nèi)江一中月考)在光滑水平絕緣桌面上,有一平行于水平桌面的勻強電場。某校學生小宋同學為了研究該電場,在桌面上畫出△ABC如圖所示,已知∠B=90°、∠A=37°,AB邊長為40cm。小宋將q1=-10-8C的電荷從B點移動到A點,克服電場力做功為2×10-5J,將q2=2×10-8C的檢驗電荷從A點移動到C點,電勢能增加1×10-5J,以B為零電勢點。已知sin37°=35,cos37°=45,A.φA=2000V,φC=-1500VB.φA=-2000V,φC=-1500VC.該勻強電場場強為E=50002N/C,方向與BC邊成37°角斜向右下方D.該勻強電場場強為E=50002N/C,方向與BC邊成45°角斜向右下方7.(2024江西宜春上高二中月考)如圖所示,水平向右的勻強電場中,一帶電小球從A點以豎直向上的初速度開始運動,經(jīng)最高點B后回到與A在同一水平線上的C點,小球從A點到B點的過程中克服重力做功2J,電場力做功3J,則()A.小球在B點的動能比在A點少1JB.小球在C點的電勢能比在B點少3JC.小球在C點的機械能比在A點多12JD.小球在C點的動能為6J8.(經(jīng)典題)(2024四川江油太白中學月考)如圖所示,a、b、c三點處在某一勻強電場中,該電場方向與a、b兩點的連線平行,已知ab的長度L1=5cm,ac的長度L2=16cm,ab與ac間的夾角θ=120°,現(xiàn)把帶電荷量為q=+4×10-7C的點電荷從a點移到b點,電場力做功為1.6×10-7J。求:(1)a、b兩點間的電勢差Uab;(2)把該電荷從b點移到c點,電場力做的功。9.(2022湖南湖湘名校聯(lián)盟期末)如圖所示,空間建有三維坐標系O-xyz,O為坐標原點,整個空間分布著沿y軸正方向的勻強電場,電場強度E=20V/m,一質(zhì)量為m=5×10-3kg的帶電小球從A(0,0.2m,0)處以大小為v0=3m/s的速度沿x軸正方向射入電場,小球恰好做勻速直線運動,取重力加速度g=10m/s2。(1)求帶電小球所帶電荷的電性與電荷量;(2)如將勻強電場方向改成沿y軸負方向分布,帶電小球從A(0,0.2m,0)處以大小為v0=3m/s的速度沿x軸正方向射入電場,求運動到xOz平面上時速度v的大小(結(jié)果可以用根式表示);(3)如將勻強電場方向改成沿z軸正方向分布,帶電小球從A(0,0.2m,0)處以大小為v0=3m/s的速度沿x軸正方向射入電場,求運動到xOz平面上時離原點O的距離L的大小(結(jié)果可以用根式表示)。答案與分層梯度式解析專題強化練2電場中的能量問題1.ACD2.CD3.A4.C5.C6.BD7.C1.ACD點電荷+Q產(chǎn)生的電場中,離點電荷越遠,電勢越低,則A點的電勢比B點的高,根據(jù)EP=qφ可知,帶正電的檢驗電荷從A點到B點,電勢能減少,選項A正確;由圖可知,B、C、D、E點都在以+Q為圓心的同一圓周上,此圓周為一等勢線,各點的電勢相等,則A點到B、C、D、E各點的電勢差U相等,根據(jù)W=qU可知,檢驗電荷從A點分別到B、C、D、E點電場力做功一樣多,選項B錯誤,C正確;點電荷+Q產(chǎn)生的電場中,離點電荷越遠,電勢越低,A點的電勢比D點的高,選項D正確。2.CD由等量異種點電荷電場的對稱性可知A、B兩點的電場強度大小相等,C、D兩點的電場強度方向相同,故A錯誤。過A、B的電場線是一條直線,方向向右,若自A點由靜止釋放一電子,該電子將沿AB所在直線向左運動,故B錯誤。由等量異種點電荷電場的對稱性可知A、C之間電勢差等于D、B之間電勢差,故C正確。將一電子自A沿直線運動到O,電勢降低,電場力做負功,電勢能增大;從O沿直線到C,O、C在同一等勢線上,故電勢不變,電勢能不變,故D正確。3.A在勻強電場中,粒子所受的電場力不變,則加速度不變,A正確。等勢面與電場強度垂直,粒子所受的電場力一定與虛線垂直,B錯誤。由于粒子所受的電場力指向彎曲軌跡的凹側(cè),即向右;粒子從a運動到b,電場力與運動方向成銳角,電場力做正功,電勢能減少,C錯誤;因為粒子所受的電場力方向向右,則電場強度向右,所以圖中各虛線代表的電勢高低φ4<φ3<φ2<φ1,D錯誤。4.C該粒子所受電場力指向軌跡凹側(cè),電場線與等勢線垂直,根據(jù)沿電場線方向電勢降低可知a、b、c三條等勢線中,a電勢最低,故A錯誤;等差等勢線越密的位置電場強度越大,所以Q點處的電場強度比P點處的小,故B錯誤;根據(jù)A項分析可知P點電勢低于Q點電勢,粒子帶正電,根據(jù)Ep=qφ可知該粒子在P點的電勢能比在Q點的電勢能小,故D錯誤;粒子僅受電場力作用,由能量守恒,可知該粒子在P點的動能比在Q點的動能大,即該粒子在P點的速率比在Q點的大,故C正確。歸納總結(jié)電勢能大小的判斷方法(1)電場力做正功,電勢能減小;電場力做負功,電勢能增加。(2)由Ep=qφ可知正電荷在電勢高處電勢能大,負電荷在電勢低處電勢能大。5.C由題圖可知,電子從a到d運動時,電勢先升高后降低,可知電子的電勢能先減小后增大,A錯誤;由題圖可知,電場不是勻強電場,電子從a到d運動時,加速度不斷變化,B錯誤;電場線與等勢線垂直,則a處的電場線與虛線垂直,電場強度方向也與虛線垂直,則電子在a處受到的電場力方向與a處虛線垂直,C正確;由圖可知,b處的電場強度與c處的電場強度大小相等,方向不同,D錯誤。6.BD將q1從B點移動到A點,根據(jù)U=Wq得UBA=WBAq1=-2×10-5-10-8V=2000V,B為零電勢點,則φA=-2000V;將q2=2×10-8C的檢驗電荷從A點移動到C點,電勢能增加1×10-5J,根據(jù)功能關(guān)系知WAC=-1×10-5J,則UAC=WACq2=-1×10-52×10-8V=-500V,解得φC=-1500V,故A錯誤,B正確。由幾何關(guān)系知,BC邊長為30cm,在BA邊上取一點D,使BD長為30cm,D點電勢為-1500V,則可知C、D連線為等勢線,CD邊長為302cm,過B作CD的垂線,交點為P,設(shè)BP長為x,如圖所示,由幾何關(guān)系可得x=3220m,則該勻強電場場強沿7.C從A→B根據(jù)動能定理有WAB-mgh=ΔEk,即ΔEk=1J,即粒子在B點的動能比在A點多1J,A錯誤;設(shè)小球在A點初速度為v0,小球在豎直方向上只受重力,做加速度為g的勻變速運動,故從A→B和B→C的時間相等,而水平方向只受到電場力作用,設(shè)從A→B的水平分位移為x1,從B→C的水平分位移為x2,則可知x1x2=13,則WBC=3WAB=9J,由于電場力做正功,則粒子在C點的電勢能比在B點少9J,B錯誤;根據(jù)功能關(guān)系可知,從A→C機械能增加量為ΔE=WAB+WBC=12J,由于重力勢能不變,則從A→C動能增加12J,即粒子在C點的動能大于12J,8.答案(1)0.4V(2)-4.16×10-7J解析(1)a、b兩點間的電勢差Uab=Wabq=1.6×10(2)勻強電場的場強為E=UabL1=0方向水平向左,電場力做的功Wbc=-qEsbd=-qE[L1+L2cos(π-θ)]=-4.16×10-7J。9.答案(1)帶正電2.5×10-3C(2)17m/s(3)105解析(1)小球恰好做