2024-2025學(xué)年高中物理第一章靜電場(chǎng)4電勢(shì)能和電勢(shì)課時(shí)作業(yè)含解析新人教版選修3-1

PAGEPAGE7課時(shí)作業(yè)4電勢(shì)能和電勢(shì)時(shí)間：45分鐘一、單項(xiàng)選擇題1．下列說(shuō)法中正確的是(D)A．電場(chǎng)線密集處場(chǎng)強(qiáng)大，電勢(shì)高B．沿電場(chǎng)線方向場(chǎng)強(qiáng)減小，電勢(shì)降低C．在電勢(shì)高處電荷具有的電勢(shì)能大D．場(chǎng)強(qiáng)為零處，電勢(shì)不肯定為零解析：電場(chǎng)線密集處場(chǎng)強(qiáng)大，電勢(shì)不肯定高，A錯(cuò)；沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，但場(chǎng)強(qiáng)不肯定減小，B錯(cuò)；正電荷在電勢(shì)高處具有較大電勢(shì)能，但對(duì)于負(fù)電荷正好相反，C錯(cuò)；場(chǎng)強(qiáng)大小與電勢(shì)凹凸無(wú)必定關(guān)系，D對(duì)．2．在點(diǎn)電荷Q形成的電場(chǎng)中有一點(diǎn)A，當(dāng)一個(gè)－q的摸索電荷從電場(chǎng)的無(wú)限遠(yuǎn)處被移到電場(chǎng)中的A點(diǎn)時(shí)，電場(chǎng)力做的功為W，則摸索電荷在A點(diǎn)的電勢(shì)能及電場(chǎng)中A點(diǎn)的電勢(shì)分別為(A)A．EpA＝－W，φA＝W/qB．EpA＝W，φA＝－W/qC．EpA＝W，φA＝W/qD．EpA＝－W，φA＝－W/q解析：由W＝－EpA，可得：EpA＝－W，由φ＝eq\f(Ep,q)得：φA＝eq\f(EpA,qA)＝eq\f(－W,－q)＝eq\f(W,q).故只有A正確．3.如圖所示，在O點(diǎn)的點(diǎn)電荷＋Q形成的電場(chǎng)中，摸索電荷＋q由A點(diǎn)移到B點(diǎn)電場(chǎng)力做功為W1，以O(shè)A為半徑畫弧交OB于C，再把摸索電荷由A點(diǎn)移到C點(diǎn)電場(chǎng)力做功為W2，由C點(diǎn)移到B點(diǎn)電場(chǎng)力做功為W3，則三者關(guān)系為(C)A．W1＝W2＝W3<0B．W1>W2＝W3>0C．W1＝W3>W2＝0D．W3>W1＝W2＝0解析：因A、C兩點(diǎn)處于同一等勢(shì)面上，所以W1＝W3>W2＝0，所以C正確．4.三個(gè)點(diǎn)電荷電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布如圖所示，圖中a、b兩點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)大小分別為Ea、Eb，電勢(shì)分別為φa、φb，則(C)A．Ea>Eb，φa>φbB．Ea<Eb，φa<φbC．Ea>Eb，φa<φbD．Ea<Eb，φa>φb解析：依據(jù)電場(chǎng)線的疏密表示場(chǎng)強(qiáng)的大小可知：Ea>Eb；依據(jù)順著電場(chǎng)線電勢(shì)越來(lái)越低的規(guī)律可知：φa<φb，C正確．5.電場(chǎng)中等勢(shì)面如圖所示，下列關(guān)于該電場(chǎng)的描述正確的是(C)A．A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比C點(diǎn)的小B．負(fù)電荷在A點(diǎn)的電勢(shì)能比在C點(diǎn)的電勢(shì)能大C．電荷沿等勢(shì)面AB移動(dòng)過(guò)程中，電場(chǎng)力始終不做功D．正電荷由A移到C，電場(chǎng)力做負(fù)功解析：等勢(shì)面的疏密程度表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱，所以A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比C點(diǎn)的大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于A點(diǎn)電勢(shì)比C點(diǎn)電勢(shì)高，所以負(fù)電荷在A點(diǎn)電勢(shì)能比C點(diǎn)電勢(shì)能小，正電荷由A移到C，電場(chǎng)力做正功，所以選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤；由于A點(diǎn)和B點(diǎn)在同一等勢(shì)面上，所以電荷沿等勢(shì)面AB移動(dòng)過(guò)程中，電場(chǎng)力始終不做功，選項(xiàng)C正確．6.如圖所示，高速運(yùn)動(dòng)的α粒子(帶正電)被位于O點(diǎn)的重原子核散射，實(shí)線表示α粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡，M、N和Q為軌跡上的三點(diǎn)，N點(diǎn)離核最近，Q點(diǎn)比M點(diǎn)離核更遠(yuǎn)，則(B)A．α粒子在M點(diǎn)的速率比在Q點(diǎn)的大B．三點(diǎn)中，α粒子在N點(diǎn)的電勢(shì)能最大C．在重核產(chǎn)生的電場(chǎng)中，M點(diǎn)的電勢(shì)比Q點(diǎn)的低D．α粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)，電場(chǎng)力對(duì)它做的總功為負(fù)功解析：高速運(yùn)動(dòng)的α粒子被位于O點(diǎn)的重原子核散射，離原子核越近，速率越小，電勢(shì)能越大，所以α粒子在M點(diǎn)的速率比在Q點(diǎn)的小，三點(diǎn)中，α粒子在N點(diǎn)的電勢(shì)能最大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確．在重核產(chǎn)生的電場(chǎng)中，M點(diǎn)的電勢(shì)比Q點(diǎn)的高，α粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)，電場(chǎng)力對(duì)它做的總功為正功，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤．二、多項(xiàng)選擇題7．如圖所示，光滑絕緣細(xì)管與水平面成30°角，在管的上方P點(diǎn)固定一個(gè)點(diǎn)電荷＋Q，P點(diǎn)與細(xì)管在同一豎直平面內(nèi)，管的頂端A與P點(diǎn)連線水平．電荷量為－q的小球(小球直徑略小于細(xì)管內(nèi)徑)從管中A點(diǎn)由靜止起先沿管向下運(yùn)動(dòng)，在A點(diǎn)時(shí)小球的加速度為a.圖中PB⊥AC，B是AC的中點(diǎn)，不考慮小球電荷量對(duì)電場(chǎng)的影響．則在＋Q形成的電場(chǎng)中(BCD)A．A點(diǎn)的電勢(shì)高于B點(diǎn)的電勢(shì)B．B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小是A點(diǎn)的4倍C．小球從A到C的過(guò)程中電勢(shì)能先削減后增加D．小球運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的加速度為g－a解析：正點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)中，等勢(shì)面的分布是以點(diǎn)電荷為球心的同心球面，A、B兩點(diǎn)處于不同的球面上，電勢(shì)不相等，B點(diǎn)離點(diǎn)電荷近，電勢(shì)高于A點(diǎn)，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤；依據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式可知，點(diǎn)電荷四周的場(chǎng)強(qiáng)E＝keq\f(Q,r2)，依據(jù)幾何關(guān)系rBrA＝12，則eq\f(EB,EA)＝eq\f(r\o\al(2,A),r\o\al(2,B))＝eq\f(4,1)，則B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小是A點(diǎn)的4倍，故B選項(xiàng)正確；依據(jù)點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)分布狀況可知，φA＝φC<φB，負(fù)電荷在電勢(shì)高的地方電勢(shì)能小，在電勢(shì)低的地方電勢(shì)能大，帶負(fù)電的小球從A到C的過(guò)程中電勢(shì)能先削減后增加，故C選項(xiàng)正確；設(shè)靜電力沿細(xì)管方向供應(yīng)的加速度為a電，小球在A點(diǎn)時(shí)，在重力和靜電力沿細(xì)管向下的分力供應(yīng)向下的加速度，a＝gsin30°＋a電，在C點(diǎn)時(shí)，加速度a′＝gsin30°－a電，聯(lián)立解得a′＝g－a，故D選項(xiàng)正確．8．如圖所示，一帶電粒子在兩個(gè)固定的等量正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，圖中的實(shí)線為等勢(shì)面，虛線ABC為粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，其中B點(diǎn)是兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)，A、C位于同一等勢(shì)面上．下列說(shuō)法正確的是(CD)A．該粒子可能帶正電B．該粒子經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的速度最大C．該粒子經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的加速度肯定為零D．該粒子在B點(diǎn)的電勢(shì)能小于在A點(diǎn)的電勢(shì)能解析：從該帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡看，固定電荷對(duì)它有吸引力，由固定電荷帶正電可知，該粒子肯定帶負(fù)電，故A錯(cuò)誤；B點(diǎn)是兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)，合場(chǎng)強(qiáng)為零，故粒子受力為零，則加速度為零，C正確；因?yàn)殡x正電荷越遠(yuǎn)，電勢(shì)越低，則由題圖知粒子從A運(yùn)動(dòng)到B的過(guò)程中，電勢(shì)先增大后減小且φA<φB，因粒子帶負(fù)電，由Ep＝φq得，由A到B過(guò)程中，電勢(shì)能先減小后增大，即動(dòng)能先增大后減小且EpA>EpB，故B錯(cuò)誤，D正確．9.如圖所示，在粗糙的斜面上固定一點(diǎn)電荷Q，在M點(diǎn)無(wú)初速度地釋放帶有恒定電荷的小物塊，小物塊在Q的電場(chǎng)中沿斜面運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)靜止，則從M到N的過(guò)程中(AC)A．小物塊所受的靜電力減小B．小物塊的電勢(shì)能可能增加C．小物塊電勢(shì)能改變量的大小肯定小于克服摩擦力做的功D．M點(diǎn)的電勢(shì)肯定高于N點(diǎn)的電勢(shì)解析：小物塊從M點(diǎn)由靜止釋放，至N點(diǎn)又靜止，說(shuō)明物塊先加速后減速，因此物塊肯定受摩擦力的作用．其能量在重力勢(shì)能、電勢(shì)能和內(nèi)能之間轉(zhuǎn)化．Q為點(diǎn)電荷，由F＝eq\f(kQq,r2)，因rM<rN，所以FN<FM，A正確；由小物塊的初、末狀態(tài)可知，小物塊從M到N的過(guò)程先加速再減速，這說(shuō)明，物塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中沿斜面對(duì)下的力在減小，而重力和摩擦力均為恒力，所以電荷間的庫(kù)侖力為斥力，且?guī)靵隽ψ稣Γ妱?shì)能減小，B錯(cuò)誤；由功能關(guān)系可知，克服摩擦力做的功等于電勢(shì)能的削減量和重力勢(shì)能的削減量之和，故C正確；因不知Q和物塊的電性，無(wú)法推斷電勢(shì)凹凸，D錯(cuò)誤．10.如圖所示，實(shí)線是一個(gè)電場(chǎng)中的電場(chǎng)線，虛線是一個(gè)負(fù)摸索電荷在這個(gè)電場(chǎng)中的軌跡，若電荷是從a處運(yùn)動(dòng)到b處，以下推斷正確的是(BD)A．電荷從a到b加速度減小B．b處電勢(shì)能大C．b處電勢(shì)高D．電荷在b處速度小解析：由題圖可知b處的電場(chǎng)線比a處的電場(chǎng)線密，說(shuō)明b處的場(chǎng)強(qiáng)大于a處的場(chǎng)強(qiáng)．依據(jù)牛頓其次定律，摸索電荷在b處的加速度大于在a處的加速度，A選項(xiàng)錯(cuò)．由題圖可知，電荷做曲線運(yùn)動(dòng)，必受到不等于零的合外力，即F≠0，且F的方向應(yīng)指向運(yùn)動(dòng)軌跡的凹向．因?yàn)槊麟姾蓭ж?fù)電，所以電場(chǎng)線指向是從疏到密．再利用“電場(chǎng)線方向?yàn)殡妱?shì)降低最快的方向”推斷a、b處電勢(shì)凹凸關(guān)系是φa>φb，C選項(xiàng)錯(cuò)．依據(jù)摸索電荷的位移方向與所受電場(chǎng)力的夾角大于90°，可知電場(chǎng)力對(duì)摸索電荷做負(fù)功．功是能量改變的量度，可推斷由a→b電勢(shì)能增加，B選項(xiàng)正確．又因電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)，系統(tǒng)的能量守恒，電勢(shì)能增加則動(dòng)能減小，即速度減小，D選項(xiàng)正確．三、非選擇題11．將帶電荷量為1×10－8C的電荷，從無(wú)限遠(yuǎn)處移到電場(chǎng)中的A點(diǎn)，要克服靜電力做功1×10－6J，(取無(wú)限遠(yuǎn)處電勢(shì)為零)問(wèn)：(1)電荷的電勢(shì)能是增加還是削減？電荷在A點(diǎn)具有多少電勢(shì)能？(2)A點(diǎn)的電勢(shì)是多少？答案：(1)增加1×10－6J(2)100V解析：(1)因靜電力做負(fù)功，則電荷的電勢(shì)能增加．因無(wú)限遠(yuǎn)處電勢(shì)能為零，所以電荷在A點(diǎn)具有的電勢(shì)能為1×10－6J.(2)A點(diǎn)電勢(shì)為φA＝eq\f(EpA,q)＝eq\f(1×10－6,1×10－8)V＝100V.12.如圖所示，在電場(chǎng)強(qiáng)度為E＝1×104N/C、方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，用一根長(zhǎng)L＝1m的絕緣細(xì)桿(質(zhì)量不計(jì))固定一個(gè)質(zhì)量為m＝0.2kg、電荷量為q＝5×10－6C、帶正電的小球．細(xì)桿可繞軸O在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)．現(xiàn)將桿由水平位置A輕輕釋放，在小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)B的過(guò)程中．(g取10m/s2)(1)電場(chǎng)力對(duì)小球做功多少？小球電勢(shì)能如何改變？(2)小球在最低點(diǎn)的動(dòng)能為多少？答案：(1)5×10－2J電勢(shì)能削減(2)2.05J解析：(1)電場(chǎng)力做功僅與初末位置有關(guān)．W電＝qE·L＝5×10－6×1×104×1J＝5×10－2J.電場(chǎng)力做正功小球電勢(shì)能削減．(2)由動(dòng)能定理得：mgL＋W電＝EkB－0所以EkB＝0.2×10×1J＋5×10－2J＝2.05J.13.如圖所示，在一足夠大的空間內(nèi)存在著水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小E＝3.0×104N/C.有一個(gè)質(zhì)量m＝4.0×10－3kg的帶電小球，用絕緣輕細(xì)線懸掛起來(lái)，靜止時(shí)細(xì)線偏離豎直方向的夾角θ＝37°.取g＝10m/s2，sin37°＝0.60，cos37°＝0.80，tan37°＝0.75，不計(jì)空氣阻力的作用．求：(1)求小球所帶的電荷量及電性；(2)假如將細(xì)線輕輕剪斷，求細(xì)線剪斷后，小球運(yùn)動(dòng)的加速度大?。?3)從剪斷細(xì)線起先經(jīng)過(guò)時(shí)間t＝0.20s，求這段時(shí)間內(nèi)小球電勢(shì)能的改變量．答案：(1)1.0×10－6C正電荷(2)12.5m/s2(3)4.5×10－3J解析：(1)小球受到重力mg、電場(chǎng)力F和細(xì)線的拉力T的作用，由共點(diǎn)力平衡條件，得F＝qE＝mgtanθ解得q＝eq\f(mgtanθ,E)＝1.0×10－6C電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)強(qiáng)度的