人教版高中物理选修3-1第一章第4节电势能和电势(含解析)
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高中物理人教版选修3-1第一章静电场4.电势能和电势学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________一、多选题1.两个固定的等量异号点电荷所产生电场的等势面如图中虚线所示,一带负电的粒子以某一速度从图中A点沿图示方向进入电场在纸面内飞行,最后离开电场,粒子只受静电力作用,则粒子在电场中()A.做直线运动,电势能先变小后变大B.做直线运动,电势能先变大后变小C.做曲线运动,加速度可能先增加后减小D.做曲线运动,电势能先变小后变大2.如图所示,a、b、c、d、e、f为以O为球心的球面上的点,分别在a、c两个点处放等量异种电荷+Q和-Q.下列说法正确的是( )A.b、f两点电场强度大小相等,方向不同B.e、d两点电势相同C.b、f两点电场强度大小相等,方向相同D.e、d两点电势不同3.如图所示,实线表示一簇关于x轴对称的等势面,在轴上有A、B两点,则()A.A点场强小于B点场强B.A点场强方向指向x轴负方向C.A点场强大于B点场强D.A点电势高于B点电势4.下列说法正确的是()A.电荷从电场中的A点运动到了B点,路径不同,电场力做功的大小就可能不同B.电荷从电场中的某点开始出发,运动一段时间后,又回到了该点,则说明电场力做功为零C.正电荷沿着电场线运动,电场力对正电荷做正功;负电荷逆着电场线运动,电场力对负电荷做正功D.电荷在电场中运动,因为电场力可能对电荷做功,所以能量守恒定律在电场中并不成立5.a、b为电场中的两点,且a点电势高于b点,则可知()A.把负电荷从a点移到b点电场力做负功,电势能增加B.把正电荷从a点移到b点电场力做正功,电势能减少C.无论移动的是正电荷还是负电荷,电荷的电势能都要减少D.以上说法都不对6.如图所示,甲是某电场中的一条电场线,A、B是这条电场线上的两点,若将一负电荷从A点自由释放,负电荷沿电场线从A到B运动过程中的速度图线如图乙所示,比较A、B两点电势φ的高低和场强E的大小,可得()A.φA>φB B.φA<φB C.E A>E B D.E A=E B7.一带负电小球在从空中的a点运动到b点过程中,受重力,空气阻力和电场力作用,重力对小球做功3.5J,小球克服空气阻力做功0.5J,电场力对小球做功1J,则下列选项正确的是()A.小球在a点的重力势能比在b点大3.5JB.小球在a点的机械能比在b点小0.5JC.小球在a点的电势能比在b点少1JD.小球在a点的动能比在b点多4J8.如图所示,a、b带等量异种电荷,MN为a、b连线的中垂线,现有一个带电粒子从M点以一定的初速度v射出,开始时一段轨迹如图中实线所示,不考虑粒子的重力,则在飞越该电场的过程中()A.该粒子带正电B.该粒子的动能先增大,后减小C.该粒子的电势能先减小,后增大D.该粒子运动到无穷远处后,速率大小一定仍为v二、单选题9.如图所示,虚线a、b和c是在O点处的一个点电荷形成的静电场中的三个等势面,一带正电粒子射入该电场中,其运动轨迹如实线KLMN所示。
4 电势能和电势1.掌握静电力做功的特点及静电力做功与电势能变化的关系。
2.理解电势能的概念,理解电势的概念φ=E p q。
3.知道电场线指向电势降低最快的方向。
4.知道什么是等势面,理解在同一等势面上移动电荷时静电力不做功。
5.知道电场线跟等势面垂直,并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。
6.通过类比的方法认识电场的能的性质,通过比较的方法区分电场强度E 和电势φ。
夏季的雨天,电闪雷鸣,被雷电击毁的生物、建筑物等常见诸报端,说明雷电蕴藏着巨大的能量。
美国科学家富兰克林就曾收集过雷电,不幸被雷电击伤。
你能说明一下为什么说从天而降的闪电做了功吗?答案:提示:云层由于相对运动相互摩擦产生了静电,当云层中的电荷积累到一定程度,而又有放电路径时,就会放电,形成闪电。
这种电荷的移动是在电场力作用下进行的,电场力对电荷做了功,因此说闪电做了功。
功是能量转化的量度,因此说闪电也具有能量。
1.静电力做功的特点在匀强电场中移动电荷时,静电力做的功与电荷的________位置和______位置有关,但与电荷经过的________无关。
这个结论在非匀强电场中同样适用。
2.电势能(1)电势能:电荷在______中具有的势能叫做电势能。
(2)静电力做的功与电势能变化的关系:静电力做的功等于电势能的______量。
若用W AB 表示电荷从A 点移动到B 点的过程中静电力做的功,E p A 和E p B 分别表示电荷在A 点和B 点的电势能,公式表达为:__________。
(3)电势能等于什么:电荷在某点的电势能,等于把它从该点移动到________位置时静电力所做的功。
(4)电势能零点的规定:通常把电荷在离场源电荷____处的电势能规定为零,或把电荷在________上的电势能规定为零。
思考1:将某电荷在一电场中由A 点移到B 点,若选不同的点作零势能参考点,表示A 点(或B 点)电势能的大小相同吗?表示从A 到B 过程电势能的变化相同吗?3.电势(1)定义:电荷在电场中某一点的__________与它的________的比值,叫做这一点的电势。
第一章 4[练案4]基础夯实一、选择题(1~4题为单选题,5、6题为多选题)1.(2019·广东省湛江市高二上学期期末)下列有关电场线、电势能、电势的说法中正确的是(B)A.正电荷沿电场线的方向运动电势能越来越大B.沿电场线的方向电势越来越低C.电荷在电势越高的地方电势能越大D.电势能越大的地方电场线越密解析:沿电场线的方向电势降低,正电荷沿电场线的方向运动电势能越来越小,而负电荷沿电场线的方向运动电势能越来越大,故A错误;根据电场线的物理意义知,沿电场线的方向电势越来越低,故B正确;正电荷在电势越高的地方电势能越大,负电荷在电势越高的地方电势能越小,故C错误;电势能与电场线的疏密没有直接关系,故D错误。
2.在如图所示的四种电场中,分别标记有a、b两点。
其中a、b两点的电势相等,电场强度相同的是(B)A.甲图中与点电荷等距的a、b两点B.乙图中两等量异号电荷连线的中垂线上与连线等距的a、b两点C.丙图中两等量同号电荷连线的中垂线上与连线等距的a、b两点D.丁图中匀强电场中的a、b两点解析:甲图中场强大小相同,方向不同,电势φa=φb。
乙图中场强大小、方向皆相同,电势φa=φb。
丙图中场强大小相同,方向相反,电势φa=φb。
丁图中场强大小,方向皆相同,电势φa<φb。
3.某静电场的电场线分布如图,图中P、Q两点的电场强度的大小分别为E P和E Q,电势分别为φP和φQ,则(D)A.E P>E Q,φP<φQ B.E P<E Q,φP>φQC.E P<E Q,φP<φQ D.E P>E Q,φP>φQ解析:由图P点电场线密,电场强度大,则E P>E Q。
沿电场线的方向电势降低,则有φP >φQ。
故D正确,故选D。
4.(2019·海南省文昌中学高二上学期期末)如图所示,虚线AB和CD分别为椭圆的长轴和短轴,相交于O点,两个等量异号点电荷分别处于椭圆的两个焦点M、N上,下列说法中正确的是(C)A.C点的电势高于D点的电势B.O点的电场强度为零C.A、B两点的电场强度相同D.将负电荷从C移到D的过程中,电势能增加解析:根据等量异种电荷电场线、等势面分布特点知,OCD在同一条等势线上,所以D 点电势等于C点电势。
§1.4 电势能和电势【学习目标】1.知道静电力做功的特点,掌握静电力做功与电势能变化的关系.2.理解电势能、电势的概念,能根据电场线判断电势高低.3.知道什么是等势面,并能理解等势面的特点.【阅读要求及检测】阅读课本P15-19回答下列问题:1.怎样计算电场力的功?2.什么是电势能?电场力做功与电势能的变化之间关系如何?3.什么是电势?电势的零点如何选取?等势面特点?【要点精讲与典型例题】1.电场力的功与路径无关,只与初末位置有关,注意功的正负,与重力做功对比理解2.电势能WAB=EPA- EPB①定义:电荷在电场中所具有的与电荷位置有关的势能。
②势能零点:规定无穷远处或大地为势能零点。
③电场力做功与电势能的变化:电场力做正功电势能减少,电场力做负功电势能增加。
=EP/q3.电势定义:电场中某点到该参考点的电势差就等于该点的电势。
由电势差的定义可知:电场中某点的电势,等于单位正电荷由该点移动到参考点(零电势点)时电场力所做得功。
4.等势面(1)等势面的特点及应用①在等势面上移动电荷时静电力不做功,电荷的电势能不变.②电场线跟等势面垂直,并且由电势高的等势面指向电势低的等势面,由此可以绘制电场线,从而可以确定电场的大体分布.③等差等势面密的地方,电场强度较强;等差等势面疏的地方,电场强度较弱,由等差等势面的疏密可以定性确定场强大小.④任意两个等势面都不相交.(2)正负点电荷、两个同号/异号点电荷、匀强电场的等势面分布:①点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇球面.②等量异号点电荷的等势面:点电荷的连线上,从正电荷到负电荷电势越来越低,中垂线是一条等势线.③等量同号点电荷的等势面:等量正点电荷连线的中点电势最低,两点电荷连线的中垂线上该点的电势最高,从中点沿中垂线向两侧,电势越来越低.等量负点电荷连线的中点电势最高,两点电荷连线的中垂线上该点的电势最低.从中点沿中垂线向两侧,电势越来越高.④匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面.【典型例题】【例1】在点电荷 Q形成的电场中有一点A,当一个-q的检验电荷从电场的无限远处被移到电场中的A点时,电场力做的功为W,则检验电荷在A点的电势能_________,电场中A点的电势分别为______________【例2】将一正电荷从无穷远处移入电场中M点,电势能减少了8.0×10-9 J,若将另一等量的负电荷从无穷远处移入电场中的N点,电势能增加了9.0×10-9 J,则下列判断中正确的是( )A.φM<φN<0 B.φN>φM>0C.φN<φM<0 D.φM>φN>0【例3】试比较所示的各情况下,a、b两点的场强的关系和电势的关系判断正确的是()A.平行金属板带等量异种电荷时,极板之间的a、b两点场强和电势都相等B.处于静电平衡状态下导体内部的任意两点a、b场强和电势都相等C.离点电荷等距离的任意两点a、b场强不同,电势相等D.两个等量异号的电荷,在其连线的中垂线上关于连线对称的a、b两点场强和电势都相等【例4】空间中P、Q两点处各固定一个点电荷,其中P点处为正电荷,P、Q两点附近电场的等势面分布如图所示,a、b、c、d为电场中的4个点.则( )A.P、Q两点处的电荷等量同号 B.a点和b点的电场强度相同C.c点的电势低于d点的电势 D.负电荷从a到c,电势能减少【自主练习题】1.若带正电荷的小球只受到电场力作用,则它在任意一段时间内()A.一定沿电力线由高电势处向低电势处运动B.一定沿电力线由低电势处向高电势处运动C.不一定沿电力线运动,但一定由高电势处向低电势处运动D.不一定沿电力线运动,也不一定由高电势处向低电势处运动2.(多选)如图所示的电场中有A、B两点,下列判断正确的是 ( )A.电势φA<φB,场强EA>EBB.电势φA>φB,场强EA<EBC.将电荷量为q的正电荷从A点移到B点,电场力做正功,电势能减少D.将电荷量为q的负电荷分别放在A、B两点,电荷具有的电势能EpA>EPb3.一个电荷只在电场力作用下从电场中的A点移到B点时,电场力做了5×10-6 J的正功,那么( )A.电荷在B处时将具有5×10-6 J的电势能B.电荷在B处时将具有5×10-6 J的动能C.电荷的电势能增加了5×10-6 JD.电荷的动能增加了5×10-6 J4.(多选)图甲是等量异号点电荷的电场线分布图,144乙是等量同号点电荷的电场线分布图.AOB是两点电荷的连线的垂直平分线,O是连线的中点.现把正试探电荷分别在甲、乙两图中,从O点沿OA移动到无限远处,下列关于该过程中静电力做功和电势能变化情况的说法正确的是 ( )A.在甲图中,静电力做正功,电势能减小B.在甲图中,静电力不做功,电势能不变C.在乙图中,静电力做正功,电势能减小D.在乙图中,静电力不做功,电势能不变5. 右图中虚线所示为静电场中的等势面1、2、3、4,相邻的等势面之间的电势差相等,其中等势面3的电势为0.一带正电的点电荷在静电力的作用下运动,经过a 、b 点时的动能分别为26eV 和5eV .当这一点电荷运动到某一位置,其电势能变为-8eV ,它的动能应为A .8eVB .13eVC .20 eVD .34 eV6.如图所示为点电荷产生的电场,一检验电荷从A 点分别移到B 、C 、D 、E 各点,B 、C 、D 、E 在以Q 为圆心的圆周上,则电场力做功A .从A 到B 做功最大 B .从A 到C 做功最大C .从A 到E 做功最大D .做功一样大7.某电场的电场线如图所示,电场中有A 、B 、C 三点,已知一个负电荷从A 点移到B 点时,电场力做正功.(1)在图中用箭头标出电场线的方向,并大致画出过A 、B 、C 三点的等势面.(2)在A 、B 、C 三点中,场强最大的点是__________,电势最高的点是__________.【点评及总结】1.用W=qU 计算时各量也可以采用绝对值运算,功的正负可根据电场力方向与电荷移动方向的关系来确定。
电势能和电势1.(多选)下列关于电势高低的判断,正确的是( )A.负电荷从A移到B时,外力做正功,A点的电势一定较高B.负电荷从A移到B时,电势能增加,A点的电势一定较低C.正电荷从A移到B时,电势能增加,A点的电势一定较低D.正电荷只在电场力作用下从静止开始,由A移到B,A点的电势一定较高【解析】根据电场力做功和电势能变化的关系,不管是正电荷做功还是负电荷做功,只要做正功电势能就减少;只要做负功电势能就增加.正、负电荷在电势高低不同的位置具有的电势能不同,正电荷在电势高处具有的电势能多;负电荷在电势低处具有的电势能多.所以C、D正确.【答案】CD2.(多选)如图1-4-11所示为点电荷a、b所形成的电场线分布,以下说法正确的是( )图1-4-11A.a、b为异种电荷B.a、b为同种电荷C.A点场强大于B点场强D.A点电势高于B点电势【解析】本题考查点电荷的电场线特点.电场线从正电荷或无穷远出发,终止于负电荷或者无穷远,所以a应为正电荷b为负电荷,故A选项正确.电场线越密集,场强越大,故C选项错误.沿电场线方向电势逐渐降低,故D选项正确.【答案】AD3.(多选)一带电粒子沿着图1-4-12中曲线JK穿过一匀强电场,a、b、c、d为该电场的电势面,其中φa<φb<φc<φd,若不计粒子受的重力,可以确定( )图1-4-12A.该粒子带正电B.该粒子带负电C.从J到K粒子的电势能增加D.粒子从J到K运动过程中的动能与电势能之和不变【解析】此题已知电场中的一簇等势面,并且知道各等势面电势的高低,可知电场线与等势面垂直,且指向左.由粒子运动的轨迹知,粒子所受电场力的方向与电场线方向相反,所以粒子带负电,A错,B正确;粒子从J到K运动过程中,电场力做正功,所以电势能减小,C错;只有电场力做功,动能与电势能之和保持不变,D对.【答案】BD4.(多选)如图1-4-13所示,固定在Q点的正点电荷的电场中有M、N两点,已知MQ <NQ.下列叙述正确的是( )图1-4-13A.若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点,则静电力对该电荷做功,电势能减少B.若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点,则该电荷克服静电力做功,电势能增加C.若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点,则静电力对该电荷做功,电势能减少D.若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点,再从N点沿不同路径移回到M点,则该电荷克服静电力做的功等于静电力对该电荷所做的功,电势能不变【解析】由点电荷产生的电场的特点可知,M点的电势高,N点的电势低,所以正电荷从M点到N点,静电力做正功,电势能减小,故A对,B错;负电荷由M点到N点,克服静电力做功,电势能增加,故C错;静电力做功与路径无关,负点电荷又回到M点,则整个过程中静电力不做功,电势能不变,故D对.【答案】AD5.关于等势面的说法,正确的是( )A.电荷在等势面上移动时,由于不受电场力作用,所以说电场力不做功B.在同一个等势面上各点的场强大小相等C.两个不等电势的等势面可能相交D.若相邻两等势面的电势差相等,则等势面的疏密程度能反映场强的大小【解析】等势面由电势相等的点组成,等势面附近的电场线跟等势面垂直,因此电荷在等势面上移动时,电场力不做功,但并不是不受电场力的作用,A错.等势面上各点场强大小不一定相等,等势面不可能相交,B、C错.等差等势面的疏密反映场强的大小,D对.【答案】 D6.(2015·福州高二检测)如图1-4-14所示,在点电荷Q形成的电场中,已知a、b,两点在同一等势面上,c、d两点在另一等势面上.甲、乙两个带电粒子的运动轨迹分别为accb和adb曲线,已知乙粒子带正电.那么下列判断正确的是( )图1-4-14A.甲粒子在b点的电势能比在c点小B.乙粒子在d点速度最大C.a、b两点电场强度相同D.d点电势比b点电势高【解析】根据乙粒子的运动轨迹及乙粒子带正电的条件,可知点电荷Q带正电,而甲粒子带负电,甲粒子从b向c运动过程中,电场力做正功,甲粒子的电势能减小,因此,E p b>E p c,选项A错误;对于乙粒子,若从b向d运动,电场力对粒子做负功,粒子的电势能增加,则E p b<E p d,故φb<φd,选项D正确;根据动能定理,电场力对乙粒子做负功,粒子的动能减小,E k b>E k d,则v b>v d,选项B错误;根据正点电荷电场的特点可知,a、b两点电场强度的大小相等,但方向不同,选项C错误.【答案】 D7.在静电场中,将一正电荷从a点移到b点,电场力做了负功,则( )A.b点的电场强度一定比a点大B.电场线方向一定从b指向aC.b点的电势一定比a点高D.该电荷的动能一定减小【解析】电场力做负功,该电荷电势能增加.正电荷在电势高处电势能较大,C正确.电场力做负功同时电荷可能还受其他力作用,总功不一定为负.由动能定理可知,动能不一定减小,D错.电势高低与场强大小无必然联系,A错.b点电势高于a点,但a、b可能不在同一条电场线上,B错.【答案】 C8.如图1-4-15所示,带等量异号电荷的两平行金属板在真空中水平放置,M、N为板间同一电场线上的两点,一带电粒子(不计重力)以速度v M经过M点在电场线上向下运动,且未与下板接触,一段时间后,粒子以速度v N折回N点,则( )图1-4-15A.粒子受电场力的方向一定由M指向NB.粒子在M点的速度一定比在N点的大C.粒子在M点的电势能一定比在N点的大D.电场中M点的电势一定高于N点的电势【解析】由题意可知M、N在同一电场线上,带电粒子从M点运动到N点的过程中,电场力做负功,动能减小,电势能增加,故选项A、C错误,B正确;由于题中未说明带电粒子及两极板的电性,故无法判断M、N两点的电势高低,选项D错误.【答案】 B[超越自我·提升练]9.如图1-4-16所示,P、Q是等量的正点电荷,O是它们连线的中点,A、B是中垂线上的两点,OA<OB,用E A、E B和φA、φB分别表示A、B两点的电场强度和电势,则( )图1-4-16A.E A一定大于E B,φA一定大于φBB.E A不一定大于E B,φA一定大于φBC.E A一定大于E B,φA不一定大于φBD.E A不一定大于E B,φA不一定大于φB【解析】P、Q所在空间中各点的电场强度和电势由这两个点电荷共同决定,电场强度是矢量,P、Q两点电荷在O点的合场强为零,在无限远处的合场强也为零,从O点沿PQ 垂直平分线向远处移动,场强先增大,后减小,所以E A不一定大于E B.电势是标量,由等量同号电荷的电场线分布图可知,从O点向远处,电势是一直降低的,故φA一定大于φB.【答案】 B10.(多选)如图1-4-17所示,光滑绝缘细杆AB,水平放置于被固定的带负电荷的小球的正上方,小球的电荷量为Q,可视为点电荷.a、b是水平细杆上的两点,且在以带负电小球为圆心的同一竖直圆周上.一个质量为m、电荷量为q的带正电的小圆环(可视为质点)套在细杆上,由a点静止释放,在小圆环由a点运动到b点的过程中,下列说法中正确的是( )图1-4-17A .小圆环所受库仑力的大小先增大后减小B .小圆环的加速度先增大后减小C .小圆环的动能先增加后减少D .小圆环与负电荷组成的系统电势能先增加后减少【解析】 库仑力的大小先增大后减小,选项A 正确;由于小圆环运动到小球正上方时,加速度为零,选项B 错;由动能定理,电场力先做正功后做负功,因而动能先增加后减少,电势能先减少后增加,选项C 正确;D 错误.【答案】 AC11.一匀强电场,场强方向是水平的(如图1-4-18所示).一个质量为m 的带正电的小球,从O 点出发,初速度的大小为v 0,在静电力与重力的作用下,恰能沿与场强的反方向成θ角的直线运动.求小球运动到最高点时其电势能与在O 点的电势能之差.图1-4-18【解析】 设小球的电荷量为q ,因小球做直线运动,则它受到的静电力Eq 和重力mg 的合力必沿初速度方向,如右图所示.有mg =Eq tan θ由此可知,小球做匀减速直线运动的加速度大小为a =F 合m =mg m sin θ=g sin θ设从O 点到最高点的路程为s ,有v 20=2as运动的水平距离为l =s cos θ由上面公式可得静电力做功W =-Eql =-12mv 20cos 2 θ 电势能之差ΔE p =-W =12mv 20cos 2 θ 【答案】 12mv 20cos 2 θ 12.如图1-4-19所示,在场强E =104 N/C 的水平匀强电场中,有一根长l =15 cm 的细线,一端固定在O 点,另一端系一个质量m =3 g 、电荷量q =2×10-6 C 的带正电小球,当细线处于水平位置时,小球从静止开始释放,g 取10 m/s 2.求:图1-4-19(1)小球到达最低点B 的过程中重力势能、电势能分别变化了多少?(2)若取A 点电势为零,小球在B 点的电势能、电势分别为多大?(3)小球到B 点时速度为多大?绳子张力为多大?【解析】 (1)ΔE p =-mgl =-4.5×10-3JΔE p 电=Eql =3×10-3 J(2)E p =3×10-3 JE p =φB q ,φB =3×10-32×10-6 V =1.5×103 V (3)A →B 由动能定理得:mgl -Eql =12mv 2B 所以v B =1 m/s ,在B 点对小球F T -mg =mv 2B l ,F T =5×10-2 N 【答案】 (1)重力势能减少4.5×10-3 J 电势能增加3×10-3 J(2)3×10-3 J 1.5×103 V(3)1 m/s 5×10-2 N。
第一章静电场4 电势能和电势静电力做功与电势能大小1.两带电小球,电荷量分别为+q和-q,固定在一长度为l的绝缘细杆的两端,置于电场强度为E的匀强电场中.杆与场强方向平行,其位置如图所示.若此杆绕过O点垂直于杆的轴线转过180°,则在此转动过程中电场力做的功为( )A.0 B.qEl C.2qEl D.πqEl2.一负电荷仅受电场力的作用,从电场中的A点运动到B点,在此过程中该电荷做初速度为零的匀加速直线运动,则A、B两点电场强度E A、E B及该电荷在A、B两点的电势能εA、εB之间的关系为( )A.E A=E BB.E A<E BC.εA=εBD.εA>εB3.如图所示,在y轴上关于O点对称的A、B两点有等量同种点电荷+Q,在x轴上C点有点电荷-Q且CO=OD,∠ADO=60°.下列判断正确的是( )A.O点电场强度为零B.D点电场强度为零C.若将点电荷+q从O移向C,电势能增大D.若将点电荷-q从O移向C,电势能增大4.如图所示,实线为不知方向的三条电场线,从电场中M点以相同速度飞出a、b两个带电粒子.运动轨迹如图中虚线所示.则( )A.a一定带正电,b一定带负电B.a的速度将减小,b的速度将增加C.a的加速度将减小,b的加速度将增加D.两个粒子的电势能一个增加一个减小5.如图所示,在真空中有两个带正电的点电荷,分别置于M、N两点。
M处正电荷的电荷量大于N处正电荷的电荷量,A、B为M、N连线的中垂线上的两点。
现将一负点电荷q由A点沿中垂线移动到B点,在此过程中,下列说法正确的是( )A.q的电势能逐渐减小B.q的电势能逐渐增大C.q的电势能先增大后减小D.q的电势能先减小后增大6.如图中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线,虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹,a、b是轨迹上的两点.若带电粒子在运动中只受电场力作用,根据此图可作出正确判断的是( )A.带电粒子所带电荷的符号B.带电粒子在a、b两点的受力方向C.带电粒子在a、b两点的速度何处较大D.带电粒子在a、b两点的电势能何处较大7.如图所示,固定在Q点的正点电荷的电场中有M、N两点,已知NQMQ .下列叙述正确的是( )A.若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点,则电场力对该电荷做功,电势能减少B.若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点,则该电荷克服电场力做功,电势能增加C.若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点,则电场力对该电荷做功,电势能减少D.若把一负的点电荷从M点移到N点,再从N点沿不同路径移回到M点,则该电荷克服电场力做的功等于电场力对该电荷所做的功,电势能不变8.如图所示,带正电的点电荷固定于Q点,电子在库仑力作用下,做以Q为焦点的椭圆运动.M、P、N为椭圆上的三点,P点是轨道上离Q最近的点.电子在从M点经P到达N点的过程中( )A.速率先增大后减小B.速率先减小后增大C.电势能先减小后增大D.电势能先增大后减小9.如图所示,a、b带等量异种电荷,M、 N是a、b连线的中垂线,现有一个带电粒子从M点以一定的初速度v0射出,开始一段轨迹如图中实线所示,不考虑粒子重力,则在飞越该电场的过程中( )类型一第一章静电场A.该粒子带负电B.该粒子的动能先减小后增大C.该粒子的电势能先增大后减小D.该粒子运动到无穷远处,速率大小一定仍为v0电势高低的判断1.下列关于电势高低的判断,正确的是( )A.负电荷从P点移到M点,电势能增加,P点电势一定较低B.负电荷从P点移到M点,电势能增加,M点电势一定较低C.正电荷从P点移到M点,电势能增加,P点电势一定较低D.正电荷从P点移到M点,电势能增加,M点电势一定较低2.三个点电荷电场的电场线分布如图所示,图中a、b两点处的场强大小分别为E a、E b,电势分别为φa、φb则( )A.E a>E b,φa>φbB.E a<E b,φa<φbC.E a>E b,φa<φbD.E a<E b,φa>φb3.某电场的电场线分布如图所示,以下说法正确的是( )A.c点场强大于b点场强B.a点电势高于b点电势C.若将一试探电荷+q由a点释放,它将沿电场线运动到b点D.若在d点再固定一点电荷-Q,将一试探电荷+q由a移至b的过程中,电势能减小4.如图所示,一电场的电场线分布关于y轴(沿竖直方向)对称,O、M、N是y轴上的三个点,且OM =MN,P点在y轴的右侧,MP⊥ON,则( )A.M点的电势比P点的电势高B.将负电荷由O点移动到P点,电场力做正功C.M、N两点间的电势差大于O、M两点间的电势差D.在O点静止释放一带正电粒子,该粒子将沿y轴做直线运动5.将一正点电荷从无穷远处移向M点,电场力做功为6.0×10-9 J,若将一个等量的负电荷从电场中N点移向无穷远处,电场力做功7.0×10-9 J,设无穷远处电势为零,则M、N两点的电势ϕM、ϕN有下列关系()A.ϕM<ϕN<0B.ϕN>ϕM>0C.ϕN<ϕM<0D.ϕM>ϕN>0 6.(2010·全国Ⅰ·16)关于静电场,下列结论普遍成立的是( )A.电场强度大的地方电势高,电场强度小的地方电势低B.电场中任意两点之间的电势差只与这两点的场强有关C.在正电荷或负电荷产生的静电场中,场强方向都指向电势降低最快的方向D.将正点电荷从场强为零的一点移动到场强为零的另一点,电场力做功为零7.(2010·江苏单科·5)空间有一沿x轴对称分布的电场,其电场强度E随x变化的图象如图所示.下列说法中正确的是( )A.O点的电势最低B.x2点的电势最高C.x1和-x1两点的电势相等D.x1和x3两点的电势相等8.一正电荷在电场中仅在电场力作用下,从A点运动到B点,速度大小随时间变化的图象如图所示,t A、t B分别是电荷在A、B两点对应的时刻,则下列说法中正确的有( )A.A处的场强一定小于B处的场强B.A处的电势一定高于B处的电势C.电荷在A处的电势能一定小于B处的电势能D.A至B过程中,电场力一定对电荷做正功9.(2012·福建高考)如图在点电荷Q产生的电场中,将两个带正电的试探电荷q1、q2分别置于A、B两点,虚线为等势线。
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电势能和电势一课一练
一、单项选择题
1.
孤立点电荷电场中的一簇等势面如图中虚线所示,其电势分别为φ1、φ2、φ3,其中A、B、C是某电场线与这簇等势面的交点,且AB=BC.现将一负电荷由A移到B,电场力做正功W1;由B移到C,电场力做正功W2,则()
A.W1=W2,φ1<φ2<φ3
B.W1=W2,φ1>φ2>φ3
C.W1>W2,φ1<φ2<φ3
D.W1<W2,φ1>φ2>φ3
解析:选C.由电场力做正功可知,负电荷受电场力向右,电场线方向向左,所以场源电荷为负电荷在左侧,则AB间场强比BC间强,电场力做功多,即W1>W2.沿电场线电势降低,则有φ1<φ2<φ3,故选C.
2.设电荷只受电场力的作用,则下列说法正确的是()
A.负电荷只能朝着电势能减小的地方运动
B.正电荷只能朝着电势低的地方运动
C.初速度为零的负电荷一定朝着电势能增大的地方运动
D.初速度为零的正电荷一定朝着电势降低的地方运动
解析:选D.电荷初速度为零时,运动方向由所受静电力的方向决定,负电荷大体是逆着电场强度的方向运动,静电力做正功,电势能减小,正电荷顺着电场强度的方向运动,沿着运动的方向,电势降低,C错误、D正确.电荷初速度不为零时,运动方向由初速度方向和所受静电力的方向决定,可能做加速运动,也可能做减速运动,可能朝电势低的地方运动,也可能朝电势高的地方运动,A、B错误.故选D.
3.
(2014·长沙模拟)一点电荷仅受电场力作用,由A点无初速度释放,沿直线先后经过电场中的B点和C点.如图所示,点电荷在A、B、C三点的电势能分别用E A、E B和E C表示,则E A、E B、E C间的关系可能是()
A.E A>E B>E C或E A>E C>E B
B.E A<E B<E C或E A<E C<E B
C.E A<E C<E B或E A>E B>E C
D.E A>E C>E B或E A<E B<E C
解析:选A.若电场力一直做正功,则电势能减少;若电场力先做正功再做负功,则电
势能先减少后增加,故选A.
4.
如图所示,在矩形ABCD 的AD 边和BC 边的中点M 和N 处各放一个点电荷,它们带等量异种电荷.E 、F 分别是AB 边和CD 边的中点,P 、Q 两点在MN 的连线上,且MP =QN ,则电场强度和电势都相同的两点是( )
A .E 和F
B .P 和Q
C .A 和B
D .C 和D
解析:选A.由等量异种点电荷形成的电场特点知E 、F 两点的电场强度和电势都相同;P 、Q 两点的电场强度相同,但P 点的电势比Q 点的高;A 、B 两点的电场强度的大小相等,但方向不同,若无穷远处电势为0,则A 点的电势为正,B 点的电势为负,A 点的电势高于B 点,同理D 、C 两点的场强和电势也不同.故选A.
5.(2014·山东潍坊模拟)
如图所示,在足够大的光滑绝缘水平面内有一带正电的点电荷a (图中未画出),与a 带同种电荷的质点b 仅在a 的库仑力作用下,以初速度v 0(沿MP 方向)由M 点运动到N 点,到N 点时速度大小为v ,且v <v 0,则下列说法错误的是( )
A .a 电荷一定在虚线MP 下方
B .b 电荷在M 点、N 点的加速度大小可能相等
C .b 电荷在M 点的电势能小于在N 点的电势能
D .b 电荷从M 点到N 点的过程中,a 电荷对其做的总功为负值
解析:选B.合外力应指向轨道凹侧,因为带同种电荷,a 电荷一定在虚线MP 下方,故A 对;由v <v 0可知,电荷b 从M 到N 电场力对其做负功,选项C 、D 对,故N 点距点电荷a 近,b 电荷在M 点的加速度小于在N 点的,故B 错.
6.
如图所示,P 、Q 是两个电荷量相等的正的点电荷,它们连线的中点是O ,A 、B 是中垂线上的两点,OA <OB ,用E A 、E B 、φA 、φB 分别表示A 、B 两点的场强和电势,则( ) A .E A 一定大于E B ,φA 一定大于φB B .E A 不一定大于E B ,φA 一定大于φB C .E A 一定大于E B ,φA 不一定大于φB D .E A 不一定大于E B ,φA 不一定大于φB
解析:选B.在两个点电荷P 、Q 产生的电场中,某一点的场强等于P 、Q 分别在该点产
生的场强的矢量和,由点电荷场强计算公式E =kQ
r
2知两点电荷连线中点O 和无穷远处的场
强均为零,而A 、B 处场强是两正点电荷分别在该点产生的电场强度的矢量和,所以从O 点起沿中垂线到无穷远处场强先增大后减小,因A 、B 具体位置不确定,所以其场强大小关系不确定.假设一正点电荷从O 点移动到B 点,其受力方向始终沿OB 方向,所以φA >φB ,综上所述,选项B 正确.
7.
如图所示,实线表示电场线,虚线表示只受电场力作用的带正电粒子的运动轨迹,粒子先经过M 点,再经过N 点,可以判定( )
A .M 点的电势小于N 点的电势
B .粒子在M 点的电势能小于在N 点的电势能
C .粒子在M 点的速度大于在N 点的速度
D .粒子在M 点的加速度小于在N 点的加速度 解析:选D.沿电场线方向电势降落,所以A 错;由M 到N 电场力做正功,电势能减小,动能增加,所以B 、C 错;电场线越密的地方电场强度越大,同一粒子所受电场力越大,由a =qE
m ,加速度越大,故D 对.
☆8.
如图所示,虚线为某点电荷电场的等势面,现有两个比荷(即电荷量与质量之比)相同的带电粒子(不计重力)以相同的速率从同一等势面的a 点进入电场后沿不同的轨迹1和2运动,则可判断( )
A .两个粒子电性相同
B .经过b 、d 两点时,两粒子的加速度相同
C .经过b 、d 两点时,两粒子的速率相同
D .经过c 、e 两点时,两粒子的速率相同
解析:选D.因轨迹是曲线,类比匀速圆周运动,合力指向圆心,可知粒子1受斥力,粒子2受引力,两个粒子的电性不同,A 错误.设带电粒子距点电荷的距离为r ,点电荷带
电荷量为Q ,则粒子运动的加速度大小为a =F m =Eq m =kQ r 2·q
m
.由已知条件有:在b 、d 两点时,
两者加速度大小相同,方向不同,B 错误.粒子1受斥力,从a 到b 过程中,电场力和运动方向成钝角,做负功,动能减小;粒子2受引力,从a 到d 过程中,电场力和运动方向始终成锐角,做正功,动能增加;又两粒子初速度大小相同,则两粒子经过b 、d 两点时的速率不相同,C 错误.a 、c 、e 三点在同一等势面上,则从a 分别到c 、e 时,动能相同,速率相同,D 正确.故选D.
☆9.在空间中的A 、B 两点固定着一对等量同种电荷,如图所示,有一带电微粒在它们产生的电场中运动,设带电微粒在运动过程中只受到电场力的作用,则带电微粒所做的运动可能是( )
A .匀变速直线运动或往复运动
B .匀速圆周运动或抛物线运动
C .抛物线运动或往复运动
D .往复运动或匀速圆周运动
解析:选D.很多同学分析时只局限于在纸平面内思考,考虑到电场分布的空间性及对称性,在以A 、B 连线的中点O 为圆,垂直于A 、B 的连线的方向上,如果给带电粒子适当大小的沿切线方向的速度,带电粒子是完全可能做匀速圆周运动的.故选D.
二、非选择题
10.
(2014·浙江金华一中高二测试)如图所示,在场强为E 的水平匀强电场中,一根长为l 的绝缘杆,两端分别固定着带有电荷量+q 和-q 的小球(大小不计).现让绝缘杆绕中点O 逆时针转动α角,求转动中带电小球克服电场力所做的功.
解析:每个带电小球的初、末位置沿电场线方向的距离均为
d =l
2
(1-cos α) 每个带电小球克服电场力做功W =Fd =qE l
2
(1-cos α)
故两个带电小球克服电场力做功 W ′=2W =qEl (1-cos α). 答案:qEl (1-cos α)
11.(2014·宁德一中高二检测)将一个电荷量为1.0×10-
8 C 的负电荷,从无穷远处移到
电场中的A 点,克服电场力做功2.0×10-
8 J ,现将该电荷从A 点移到B 点,电场力做功1.0×10-8
J .试求电场中A 、B 两点的电势.(取无穷远处为零电势能点)
解析:E p A =2.0×10-
8 J
φA =E p A
q
=-2 V
又E p A -E p B =1.0×10-
8 J
故E p B =1.0×10-
8 J ,φB =E p B q
=-1 V .
答案:-2 V -1 V
☆12.如图所示,光滑绝缘杆竖直放置,它与以正点电荷Q 为圆心的某一圆周交于B 、C 两点,质量为m 、带电荷量为-q 的有孔小球从杆上的A 点无初速度下滑,已知q ≪Q ,AB =h ,小球滑到B 点时速度大小为3gh ,则小球从A 运动到B 的过程中,电场力做多少功?若取A 点电势为零,C 点电势是多大?
解析:在A →B 过程中
由动能定理得:mgh +W 电=1
2
m v 2
解得:W 电=1
2
mgh
W 电=E p A -E p B =-E p B
φC =φB =-W 电-q
=mgh
2q .
答案:12mgh mgh 2q。