2024-2025學(xué)年高中物理課時(shí)作業(yè)4電勢(shì)能電勢(shì)與電勢(shì)差含解析教科版選修3-1

PAGEPAGE7課時(shí)作業(yè)4電勢(shì)能電勢(shì)與電勢(shì)差時(shí)間：45分鐘一、單項(xiàng)選擇題1．下列說法中正確的是(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．如圖，三個(gè)等勢(shì)面上有a、b、c、d四點(diǎn)，若將一正電荷由c經(jīng)a移到d點(diǎn)，電場(chǎng)力做正功W1；若由c經(jīng)b移到d點(diǎn)，電場(chǎng)力做正功W2.則W1與W2，c、d兩點(diǎn)電勢(shì)φc、φd關(guān)系為(D)A．W1>W2，φc>φd B．W1<W2，φc<φdC．W1＝W2，φc<φd D．W1＝W2，φc>φd解析：c→a→d：W1＝qUcd>0，因?yàn)閝>0，所以Ucd>0，即φc>φd.c→b→d：W2＝qUcd，所以W1＝W2，故D正確．5.如圖所示的點(diǎn)電荷電場(chǎng)中，將檢驗(yàn)電荷從A點(diǎn)分別移到以點(diǎn)電荷為中心的同一圓周上的B、C、D、E各點(diǎn)，則電場(chǎng)力做功(D)A．從A到B做功最多B．從A到C做功最多C．從A到E做功最多D．做功一樣多解析：以點(diǎn)電荷為圓心的圓周上的各點(diǎn)電勢(shì)相等，所以UAB＝UAC＝UAD＝UAE.依據(jù)W＝qU可知，將檢驗(yàn)電荷從A移到B、C、D、E各點(diǎn)電場(chǎng)力做功一樣多，選項(xiàng)D正確．6.某帶電粒子僅在電場(chǎng)力作用下由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，電場(chǎng)線、粒子在A點(diǎn)的初速度及運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，可以判定(B)A．粒子在A點(diǎn)的加速度大于它在B點(diǎn)的加速度B．粒子在A點(diǎn)的動(dòng)能小于它在B點(diǎn)的動(dòng)能C．粒子在A點(diǎn)的電勢(shì)能小于它在B點(diǎn)的電勢(shì)能D．電場(chǎng)中A點(diǎn)的電勢(shì)低于B點(diǎn)的電勢(shì)解析：由電場(chǎng)線的指向可知A點(diǎn)電勢(shì)高于B點(diǎn)電勢(shì)；由電場(chǎng)線的疏密程度可知粒子在A點(diǎn)受的電場(chǎng)力小于B點(diǎn)，故粒子在A點(diǎn)的加速度小于B點(diǎn)的加速度；由運(yùn)動(dòng)軌跡的彎曲方向知粒子在運(yùn)動(dòng)過程中，電場(chǎng)力對(duì)其做正功，故其動(dòng)能增加，電勢(shì)能減?。C上知：只有選項(xiàng)B正確．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．下列說法正確的是(CD)A．該粒子可能帶正電B．該粒子經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的速度最大C．該粒子經(jīng)過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，圓弧虛線表示正點(diǎn)電荷電場(chǎng)的等勢(shì)面，相鄰兩等勢(shì)面間的電勢(shì)差相等．光滑絕緣直桿沿電場(chǎng)方向水平放置并固定不動(dòng)，桿上套有一帶正電的小滑塊(可視為質(zhì)點(diǎn))，滑塊通過絕緣輕彈簧與固定點(diǎn)O相連，并以某一初速度從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)，OM<ON.若滑塊在M、N時(shí)彈簧的彈力大小相等，彈簧始終在彈性限度內(nèi)，則(AC)A．滑塊從M到N的過程中，速度可能始終增大B．滑塊從位置1到2的過程中，電場(chǎng)力做的功比從位置3到4的小C．在M、N之間的范圍內(nèi)，可能存在滑塊速度相同的兩個(gè)位置D．在M、N之間可能存在只由電場(chǎng)力確定滑塊加速度大小的三個(gè)位置解析：由于OM<ON，且在M、N兩處彈簧彈力相等，可知在M處彈簧處于壓縮狀態(tài)，在N處彈簧處于拉伸狀態(tài)，滑塊從M到N的過程中，電場(chǎng)力對(duì)滑塊做正功，而彈簧的彈性勢(shì)能先增大，再減小，然后再增大，滑塊在電場(chǎng)力和彈簧彈力共同作用下速度可能始終增加，A選項(xiàng)正確；由W＝qU，可知滑塊從1到2與從3到4電場(chǎng)力做功相等，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；由動(dòng)能定理可得電場(chǎng)力做正功和彈簧做的負(fù)功相等，則動(dòng)能不變，所以在M、N之間有可能存在滑塊速度相同的兩個(gè)位置，C選項(xiàng)正確；當(dāng)彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)，彈力為零，滑塊僅受電場(chǎng)力，此時(shí)滑塊的加速度僅由電場(chǎng)力確定，當(dāng)彈簧與直桿垂直時(shí)，彈力在豎直方向上，滑塊的加速度僅由電場(chǎng)力確定，故對(duì)應(yīng)的位置有兩處，D選項(xiàng)錯(cuò)誤．10．如圖所示，三條平行等距的直線表示電場(chǎng)中的三個(gè)等勢(shì)面，電勢(shì)值分別為10V、20V、30V，實(shí)線是一帶負(fù)電的粒子(不計(jì)重力)在該區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)于這軌道上的a、b、c三點(diǎn)來說(BD)A．粒子必先過a，再到b，然后到cB．粒子在三點(diǎn)所受的合力Fa＝Fb＝FcC．粒子在三點(diǎn)的動(dòng)能大小為Ekb>Eka>EkcD．粒子在三點(diǎn)的電勢(shì)能大小為Epb>Epa>Epc解析：該電場(chǎng)中的等勢(shì)線為勻稱分布且平行的直線，可知該電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)線的方向是由高電勢(shì)指向低電勢(shì)，且垂直等勢(shì)線，帶負(fù)電的粒子所受電場(chǎng)力與電場(chǎng)線方向相反，由做曲線運(yùn)動(dòng)的條件可知，粒子亦可先過c點(diǎn)，經(jīng)b點(diǎn)再到a點(diǎn)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中受到電場(chǎng)力為恒定外力，故選項(xiàng)B正確；粒子在該勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)過程中，電勢(shì)能和動(dòng)能的總和保持不變，帶負(fù)電的粒子在c點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能最小，在b點(diǎn)的電勢(shì)能最大，故Ekc>Eka>Ekb、Epb>Epa>Epc，故選項(xiàng)D正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．三、非選擇題11．將帶電荷量為1×10－8C的電荷，從無限遠(yuǎn)處移到電場(chǎng)中的A點(diǎn)，要克服靜電力做功1×10－6J，(取無限遠(yuǎn)處電勢(shì)為零)問：(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．有一個(gè)帶電荷量q＝3×10－6C的點(diǎn)電荷，從某電場(chǎng)中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電荷克服電場(chǎng)力做6×10－4J的功，從B點(diǎn)移到C點(diǎn)電場(chǎng)力對(duì)電荷做功9×