2024-2025學(xué)年高中物理第2章電勢能與電勢差專題專項訓(xùn)練含解析魯科版選修3-1

PAGE5-專題專項一、選擇題1．(多選)有兩個固定的等量異號點電荷，a、b是它們連線的中垂線上的兩點，c為另一點，如圖所示，若規(guī)定無窮遠處電勢為零，則以下相識中正確的是()A．φb＞φa B．φc＜0C．a(chǎn)、b兩點的場強方向相同 D．Eb＞Ea解析：中垂線是一條等勢線，電勢與無窮遠處相等，故φa＝φb＝0，沿著電場線電勢降低，故φc＜0，A錯、B對．依據(jù)場強的合成規(guī)律，中垂線上任一點的場強方向都是水平向右的，且Eb＞Ea，所以C、D對．答案：BCD2．如圖，有豎直向下的勻強電場，A、B兩等勢面間距離為5cm，電勢差為25V，在電場中P點固定放置電量為5×10－9C的負(fù)點電荷，此時電場中有一點場強為零，此點在P點的()A．上方30cm B．下方30cmC．上方25cm D．下方25cm解析：E＝eq\f(U,d)，場強為零的點跟P點相距r，則eq\f(U,d)＝keq\f(Q,r2)，得r＝30cm，且在P點下方，故B正確．答案：B3．如圖所示，正方體真空盒置于水平面上，它的ABCD面與EFGH面為金屬板，其他面為絕緣材料．ABCD面帶正電，EFGH面帶負(fù)電．從小孔P沿水平方向以相同速率射入三個質(zhì)量相同的帶正電液滴a、b、c，最終分別落在1、2、3三點，則下列說法正確的是()A．三個液滴在真空盒中都做平拋運動B．三個液滴的運動時間不肯定相同C．三個液滴落究竟板時的速率相同D．液滴c所帶電荷量最多解析：三個液滴在水平方向受到電場力作用，在水平方向并不是做勻速直線運動，所以三個液滴在真空盒中不是做平拋運動，選項A錯誤；由于三個液滴在豎直方向做自由落體運動，故三個液滴的運動時間相同，選項B錯誤；三個液滴落究竟板時豎直分速度大小相等，而水平分位移不相等，水平分速度大小不相等，所以三個液滴落究竟板時的速率不相同，選項C錯誤；由于液滴c在水平方向位移最大，故液滴c在水平方向加速度最大，由牛頓其次定律知，液滴c所受的電場力最大，故液滴c所帶電荷量最多，選項D正確．答案：D4．(多選)如圖所示，某區(qū)域電場線左右對稱分布，M、N為對稱線上的兩點．下列說法正確的是()A．M點電勢肯定高于N點電勢B．M點場強肯定大于N點場強C．正電荷在M點的電勢能大于在N點的電勢能D．將電子從M點移動到N點，電場力做正功解析：沿電場線方向，電勢降低，所以M點電勢肯定高于N點電勢，A正確；電場線的疏密程度表示電場的強弱，由圖可知，M點場強肯定小于N點場強，B錯誤；正電荷q在M點的電勢能EM＝qφM，在N點的電勢能EN＝qφN，由于φM＞φN，所以EM＞EN，C正確；電子在電場中受電場力的方向沿NM指向M，故從M移動到N，電場力做負(fù)功，D錯誤．答案：AC5．(多選)如圖所示，帶箭頭的線表示某一電場的電場線．在電場力作用下，一帶電粒子(重力不計)經(jīng)A點飛向B點，徑跡如圖中虛線所示，則()A．粒子帶負(fù)電B．粒子在B點加速度較大C．粒子在A點動能小于B點動能D．A點電勢高于B點電勢解析：如圖所示，由速度方向和彎曲方向可判出電場力方向肯定和電場線方向相反，粒子必帶負(fù)電，A正確；電場線疏密分布可知EB＞EA，則FB＞FA，故粒子在B點加速度大，B正確；過A、B兩點等勢面如圖所示，負(fù)電荷從A飛向B，電場力做負(fù)功，由動能定理知，動能減小，粒子在A點動能較大，C錯誤；由電場線方向知，A點電勢高，故D正確．答案：ABD6．(多選)如圖所示，三條虛線表示某電場的三個等勢面，其中φ1＝10V，φ2＝20V，φ3＝30V，一個帶電粒子只受靜電力作用，按圖中實線軌跡從A點運動到B點，由此可知()A．粒子帶負(fù)電B．粒子的速度變大C．粒子的加速度變大D．粒子的電勢能變大解析：依據(jù)等勢面和電場線垂直，可大致畫出電場線分布如圖所示，電場力總是指向軌跡凹向，在A點電場力方向與該點電場強度方向相反，故粒子帶負(fù)電，A對；因為φB＞φA，由WAB＝qUAB可知電場力對粒子做正功，粒子動能增大，速度變大，電勢能變小，故B對、D錯；依據(jù)等差等勢面越密的地方場強大，故EA＞EB，粒子在A點受的電場力大于B點受的電場力，故C錯．答案：AB7．右圖中虛線所示為靜電場中的等勢面1、2、3、4，相鄰的等勢面之間的電勢差相等，其中等勢面3的電勢為0.一帶正電的點電荷在靜電力的作用下運動，經(jīng)過a、b點時的動能分別為26eV和5eV.當(dāng)這一點電荷運動到某一位置時，其電勢能變?yōu)椋?eV，它的動能應(yīng)為()A．8eV B．13eVC．20eV D．34eV解析：等勢面3的電勢為零，則電荷在該處的電勢能也是零．由于兩相鄰等勢面的電勢差相等，又知Eka＞Ekb，則a點的電勢能可表示為－2qU(U為相鄰兩等勢面間的電勢差)，b點的電勢能可表示為qU.由于總的能量守恒，則有Eka＋(－2qU)＝Ekb＋qU即26－2qU＝5＋qU，解得qU＝7eV則總能量為7eV＋5eV＝12eV當(dāng)電勢能為－8eV時，動能Ek＝12eV－(－8)eV＝20eV.答案：C8．(多選)圖中虛線a、b、c、d、f代表勻強電場內(nèi)間距相等的一組等勢面，已知平面b上的電勢為2V．一電子經(jīng)過a時的動能為10eV，從a到d的過程中克服電場力所做的功為6eV.下列說法正確的是()A．平面c上的電勢為零B．該電子可能到達不了平面fC．該電子經(jīng)過平面d時，其電勢能為4eVD．該電子經(jīng)過平面b時的速率是經(jīng)過d時的2倍解析：電子從a到d的過程中克服電場力做功6eV，說明電場方向由a→f，且Uad＝3Uab＝3Ubc＝3Ucd＝3Udf＝6V，故Uab＝Ubc＝Ucd＝Udf＝2V，又因為φb＝2V，故φa＝4V，φc＝0V，φd＝－2V，φf＝－4V，故A項正確．Eka＝10eV，從a到f過程中，需克服電場力做功8eV，Eka>8eV，因為不知道電子的運動方向，故不能確定電子能否到達平面f，故B項正確．電子經(jīng)過平面d時，其電勢能為2eV，故C項錯誤．經(jīng)過平面b時的動能為8eV，經(jīng)過平面d時的動能為4eV，又知Ek＝eq\f(1,2)mv2，故eq\f(vb,vd)＝eq\r(\f(Ekb,Ekd))＝eq\f(\r(2),1)，故D項錯誤．答案：AB9．(選做題)如圖是某靜電場沿x方向的電勢分布圖線，則該靜電場的場強沿x方向的改變圖線為(設(shè)場強沿x軸正方向時取正值)()解析：由E＝eq\f(U,d)，電場強度是電勢對空間位置的改變率，0～x1之間，電勢不隨位置的改變而改變，即E＝0，x1～x2之間，電勢隨位置勻稱改變，E為定值，又因為電場強度指向電勢著陸的方向，所以電場強度的方向沿x軸正方向，故A正確．答案：A二、非選擇題10．如圖所示，在豎直方向的勻強電場中，質(zhì)量為m，帶電荷量為－q的質(zhì)點P，沿直線AB斜向下運動，直線AB與豎直方向間的夾角為θ，若AB長為L，求A、B兩點間的電勢差為多大？解析：因為P沿AB作直線運動，則P的受力如圖所示，且F＝mg，而F＝qE＝qeq\f(UAB,Lcosθ)，UAB＝eq\f(mgLcosθ,q).答案：eq\f(mgLcosθ,q)11．虛線PQ、MN間存在如圖所示的水平勻強電場，一帶電粒子質(zhì)量為m＝2.0×10－11kg、電荷量為q＝＋1.0×10－5C，從a點由靜止起先經(jīng)電壓為U＝100V的電場加速后，垂直于勻強電場方向進入勻強電場中，從虛線MN的某點b(圖中未畫出)離開勻強電場時速度與電場方向成30°角．已知PQ、MN間距為(1)帶電粒子剛進入水平勻強電場時的速率v1；(2)水平勻強電場的場強大??；(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)a、b兩點間的電勢差．解析：(1)由動能定理得qU＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)代入數(shù)據(jù)得v1＝1.0×104m/s.(2)粒子沿初速度方向做勻速運動：d＝v1t粒子沿電場方向做勻加速運動：v2＝at由題意得：tan30°＝eq\f(v1,v2)由牛頓其次定律得：qE＝ma聯(lián)立以上各式并代入數(shù)據(jù)得：E＝eq\r(3)×103N/C≈1.7×103N/C.(3)由動能定理得：qUab＝eq\f(1,2)m(veq\o\al(2,1)＋veq\o\al(2,2))－0聯(lián)立以上各式并代入數(shù)據(jù)得：Uab＝400V.答案：(1)1.0×104m/s(2)1.7×103N/C(3)400Veq\a\vs4\al(12.)(選做題)大氣中存在著自由運動的帶電粒子，其密度隨離地面高度的增大而增大，因此可以把離地面50km以下的大氣層看做是絕緣體，離地50km以上的大氣看做是良導(dǎo)體，由于地球本身帶負(fù)電，四周存在電場，以勻強電場為模型，探究地面旁邊的帶電量為q＝－1.0×10－17C，質(zhì)量為m＝2.0×10－15kg的煙塵顆粒受力及運動狀況，已知離地50km處與地面之間的電勢差為4×105V．(g取10N/kg)解析：由E＝U/d，可