2024-2025學(xué)年新教材高中物理第十章靜電場中的能量第1節(jié)電勢能和電勢作業(yè)含解析新人教版必修3

PAGEPAGE5第1節(jié)電勢能和電勢A組·基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)1．關(guān)于同一電場的電場線，下列表述正確的是()A．電場線是客觀存在的B．電場線越密，電場強(qiáng)度越小C．沿著電場線方向，電勢越來越低D．電荷沿電場線方向移動時(shí)，電勢能減小【答案】C【解析】電場是客觀存在的，而電場線是假想的，A錯(cuò)誤；電場線越密的地方電場越強(qiáng)，B錯(cuò)誤；沿著電場線的方向電勢漸漸降低，C正確；負(fù)電荷沿著電場線方向移動時(shí)電場力做負(fù)功，電勢能增加，D錯(cuò)誤．2．(多選)一個(gè)電荷只在電場力作用下從電場中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)時(shí)，電場力做了5×10－6J的功，那么()A．電荷在B處時(shí)將具有5×10－6J的電勢能B．電荷在B處將具有5×10－6J的動能C．電荷的電勢能削減了5×10－6JD．電荷的動能增加了5×10－6J【答案】CD【解析】依據(jù)電場力做功與電勢能改變的關(guān)系可知，電場力做正功，電勢能減小，C正確；依據(jù)動能定理，外力(電場力)對物體做的功等于物體動能的改變，電場力對物體做功為5×10－6J，物體的動能就會增加5×10－6J，故D正確．3．帶有等量異種電荷的一對平行金屬板，假如兩極板間距不是足夠近或者兩極板面積不是足夠大，即使在兩極板之間，它的電場線也不是彼此平行的直線，而是如圖所示的曲線(電場的方向未畫出)．在圖中，若上極板帶正電，虛線MN是穿過兩板正中心的一條直線，則關(guān)于這個(gè)電場，以下說法正確的是()A．a(chǎn)點(diǎn)的場強(qiáng)小于b點(diǎn)的場強(qiáng)B．d點(diǎn)的電勢低于c點(diǎn)的電勢C．平行金屬板之間的電場，可以看作勻強(qiáng)電場D．若將一正電荷從電場中的任一點(diǎn)由靜止釋放，它必將沿電場線運(yùn)動到負(fù)極板【答案】B【解析】由電場線疏密可知，a點(diǎn)場強(qiáng)大于b點(diǎn)場強(qiáng)，A錯(cuò)誤；上極板帶正電荷，電場線方向由c指向d，故φc>φd，B正確；由于電場線不是平行等間距直線，所以平行金屬板間電場不能看作勻強(qiáng)電場，C錯(cuò)誤；由于有的電場線不是直線，所以電荷不肯定沿電場線運(yùn)動，D錯(cuò)誤．4．(多選)如圖甲所示，AB是電場中的一條直線，電子以某一初速度從A點(diǎn)動身，僅在電場力作用下沿AB運(yùn)動到B點(diǎn)，其v－t圖像如圖乙所示．關(guān)于A、B兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度EA、EB和電勢φA、φB的關(guān)系，下列推斷正確的是()A．EA>EB B．EA<EBC．φA>φB D．φA<φB【答案】AC【解析】由v－t圖像可知，電子做的是加速度越來越小的變減速運(yùn)動，電子受到的電場力就是其所受的合外力，即電場力越來越小，由F＝Eq可知，電場強(qiáng)度越來越小，即EA>EB，A正確；由于電子帶負(fù)電，其所受的電場力方向與場強(qiáng)方向相反，則電場強(qiáng)度的方向應(yīng)為由A指向B，由沿電場線方向電勢越來越低，可得φA>φB，C正確．5．如圖所示，Q是帶正電的點(diǎn)電荷，P1、P2為其電場中的兩點(diǎn)，若E1、E2分別為P1和P2兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度的大小，φ1、φ2分別為P1和P2兩點(diǎn)的電勢，則()A．E1>E2，φ1>φ2 B．E1>E2，φ1<φ2C．E1<E2，φ1>φ2 D．E1<E2，φ1<φ2【答案】A【解析】由正電荷四周電場線的特點(diǎn)可知E1>E2，沿電場線方向電勢漸漸降低，可知φ1>φ2，A正確．6．如圖所示，在等量異種點(diǎn)電荷形成的電場中有A、B、C三點(diǎn)，A點(diǎn)為兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)，B點(diǎn)為連線上距A點(diǎn)距離為d的一點(diǎn)，C點(diǎn)為兩點(diǎn)電荷連線中垂線上距A點(diǎn)距離也為d的一點(diǎn)，則下面關(guān)于三點(diǎn)電場強(qiáng)度E、電勢φ的關(guān)系，正確的是()A．EA＝EC>EB，φA>φBB．EB>EA>EC，φA>φBC．EA<EB，EA<EC，φA>φBD．因?yàn)殡妱萘泓c(diǎn)未規(guī)定，所以無法推斷電勢凹凸【答案】B【解析】由電場的疊加，在中垂線上，A點(diǎn)合場強(qiáng)最大，即EA>EC，在兩電荷連線上，A點(diǎn)合場強(qiáng)最小，即EB>EA；電場線由A指向B，則φA>φB，B正確．7．在如圖所示的四個(gè)電場中，均有相互對稱分布的a、b兩點(diǎn)，其中a、b兩點(diǎn)電勢和場強(qiáng)都相同的是()【答案】C【解析】因?yàn)殡妱菔菢?biāo)量，并且a、b在題中的四個(gè)電場中具有對稱性，故四個(gè)電場中a、b兩點(diǎn)的電勢都是相等的，而電場強(qiáng)度是矢量，A圖中兩對稱點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小相等、方向相反；B圖中兩個(gè)場強(qiáng)疊加后，a點(diǎn)的場強(qiáng)方向斜向右上方，b點(diǎn)的場強(qiáng)方向斜向右下方；C圖中兩對稱點(diǎn)的場強(qiáng)大小相等，方向都是水平向右；D圖中a點(diǎn)的場強(qiáng)方向向上，b點(diǎn)的場強(qiáng)方向向下，因此只有C正確．8．如圖所示，在真空中有兩個(gè)帶相等電荷量的正電荷q1和q2，它們分別固定在A、B兩點(diǎn)，CD為A、B連線的中垂線．現(xiàn)將正電荷q3由C沿CD移至無限遠(yuǎn)處，在此過程中()A．q3的電勢能漸漸增加B．q3的電勢能先漸漸增加，后漸漸削減C．q3受到的靜電力漸漸減小D．q3受到的靜電力先漸漸增大，后漸漸減小【答案】D【解析】CD線上各點(diǎn)場強(qiáng)方向均為C→D，場強(qiáng)大小先漸漸增大，再漸漸減小，所受靜電力先漸漸增大，再漸漸減小，C錯(cuò)誤，D正確；靜電力始終對電荷q3做正功，電勢能漸漸減小，A、B錯(cuò)誤．9．將帶電荷量q1＝＋1.0×10－8C的點(diǎn)電荷，從無限遠(yuǎn)處移到勻強(qiáng)電場中的P點(diǎn)，需克服電場力做功2.0×10－6J，q1在P點(diǎn)受到的電場力是2.0×10－5(1)P點(diǎn)場強(qiáng)的大小和方向；(2)電荷的電勢能在移動過程中如何改變？電荷在P點(diǎn)的電勢能是多少？【答案】(1)2000N/C，向右(2)增加2.0×10－6J【解析】(1)E＝eq\f(F,q1)＝eq\f(2.0×10－5,1.0×10－8)N/C＝2000N/C，方向向右．(2)無窮遠(yuǎn)處電勢能為零，電荷在由無窮遠(yuǎn)處移到該點(diǎn)過程中電場力做負(fù)功，電勢能增加，在P點(diǎn)的電勢能等于該過程中克服電場力做的功Ep＝WP∞＝2.0×10－6J．B組·實(shí)力提升10．(多選)如圖所示，一帶正電的點(diǎn)電荷固定于O點(diǎn)，兩虛線圓均以O(shè)為圓心，兩實(shí)線分別為帶電粒子M和N先后在電場中運(yùn)動的軌跡，a、b、c、d、e為軌跡和虛線圓的交點(diǎn)．不計(jì)粒子重力．下列說法正確的是()A．M帶負(fù)電荷，N帶正電荷B．M在b點(diǎn)的動能小于它在a點(diǎn)的動能C．N在d點(diǎn)的電勢能等于它在c點(diǎn)的電勢能D．N在從c點(diǎn)運(yùn)動到d點(diǎn)的過程中克服電場力做功【答案】AB【解析】由粒子受到的電場力指向軌跡的凹側(cè)，可知M受到了引力作用，N受到了斥力作用，故M帶負(fù)電荷，N帶正電荷，故A正確；M從a點(diǎn)到b點(diǎn)電場力對其做負(fù)功，動能減小，故B正確；粒子N從c點(diǎn)到d點(diǎn)，電場力做正功，電勢能減小，故C錯(cuò)誤；N從c點(diǎn)運(yùn)動到d點(diǎn)的過程中，電場力做正功，故D錯(cuò)誤．11．如圖所示的一勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)方向水平向左．一個(gè)質(zhì)量為m的帶正電的小球，從O點(diǎn)動身，初速度的大小為v0，在電場力與重力的作用下，恰能沿與場強(qiáng)的反方向成θ角的方向做直線運(yùn)動．求小球運(yùn)動到最高點(diǎn)時(shí)其電勢能與在O點(diǎn)的電勢能之差．【答案】eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)cos2θ【解析】設(shè)小球的電荷量為q，因小球做直線運(yùn)動，則它受到的電場力Eq和重力mg的合力必沿初速度反方向，如圖所示．有mg＝Eqtanθ由此可知，小球做勻減速直線運(yùn)動的加速度大小為a＝eq\f(F合,m)＝eq\f(\f(mg,sinθ),m)＝eq\f(g,sinθ)設(shè)從O點(diǎn)到最高點(diǎn)的路程為s，有veq\o\al(2,0)＝2as運(yùn)動的水平距離為l＝scosθ聯(lián)立解得電場力做功W＝－qEl＝－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)cos2θ電勢能之差ΔEp＝－W＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)cos2θ．12．如圖所示，在勻強(qiáng)電場中，電場線與水平方向的夾角為θ，有一質(zhì)量為m、電荷量為＋q的帶電小球，用長為L的細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，當(dāng)小球靜止時(shí)，細(xì)線OA恰好呈水平狀態(tài)．(重力加速度為g)(1)求電場強(qiáng)度的大?。?2)若用外力使小球繞O點(diǎn)做半徑為L的圓周運(yùn)動，沿圓弧(圖中虛線)從A點(diǎn)運(yùn)動到O點(diǎn)正下方的B點(diǎn)，求此過程中電場力對小球做的功．【答案】(1)eq\f(mg,qsinθ)(2)－mgLeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(cosθ,sinθ)＋1))【解析】(1)小球靜止在A點(diǎn)時(shí)，依據(jù)平衡方程得qEsinθ－mg＝