下载文档原格式
第六章静电场第2节电场能的性质1．(多选)关于静电场，下列说法正确的是() A．电势等于零的物体一定不带电B．电场强度为零的点，电势一定为零C．同一电场线上的各点，电势一定不相等D．负电荷沿电场线方向移动时，电势能一定增加解析：选CD.电场中某点电势是否为零与电场强度的大小及物体是否带电无关，A、B错误；沿电场线的方向电势降低，同一电场线上各点电势不会相等，C正确；负电荷沿电场线方向移动时，电场力做负功，电势能增加，D正确．2．(2015·昆明三中、玉溪一中统考)如图所示，空间中的M、N处存在两个被固定的、等量同种正点电荷，在它们的连线上有A、B、C三点，已知MA＝CN＝NB，MA＜NA.现有一正点电荷q，关于在电场中移动点电荷q，下列说法中正确的是()A．沿半圆弧l将q从B点移到C点，电场力不做功B．沿曲线r将q从B点移到C点，电场力做正功C．沿曲线s将q从A点移到C点，电场力不做功D．沿直线将q从A点移到B点，电场力做负功解析：选B.将题中各点位置与等量同种正点电荷形成的电场的等势面分布图对比可知，A、B两点在同一等势面上，B点电势高于C点电势，所以将电荷由B点移动到C点，电场力做正功，与运动路径无关，选项A错误、B项正确；将电荷由A点移到B点，电场力不做功，选项D错误；将电荷由A点移到C点，电场力做正功，选项C错误．3.(2015·北京东城区期末)正点电荷的电场线如图所示，a、b是电场中的两点．下列说法中正确的是()A．a点的电场强度一定等于b点的电场强度B．a点的电场强度一定大于b点的电场强度C．a点的电势一定小于b点的电势D．a点的电势一定等于b点的电势解析：选B.电场线的疏密程度可以用来表示电场强度的大小，电场线密的地方场强大，电场线疏的地方场强小，选项A错误，B正确；分析可知到点电荷距离相等的点电势相等，而沿电场线方向电势降低，由题图知，a点到点电荷的距离更小，故a 点电势大于b点电势，选项C、D错误．4.一正电荷仅在电场力作用下，从A点运动到B点，速度大小随时间变化的图象如右图所示．下列关于A、B两点电场强度E的大小和电势φ的高低的判断，正确的是()A．E A＞E B，φA＞φB B．E A＝E B，φA＝φBC．E A＜E B，φA＞φB D．E A＜E B，φA＜φB解析：选B.物体仅受电场力作用，合力不会为零，由运动图象可知速度的大小又没有变化，故物体只能围绕等势面做匀速圆周运动，B正确．5. (2015·皖南八校联考)空间有一沿x轴分布的电场，其电势φ随x变化如图所示，下列说法正确的是()A．x1和－x1两点的电势相等B．x1点的电场强度比x3点的电场强度小C．一正电荷沿x轴从x1点移到－x1点，电势能一直增大D．一负电荷沿x轴从x1点移到x3点，电场力先做正功后做负功解析：选D.x1和－x1两点，电势一正一负，则两点电势不相等，选项A错误；φ－x 图线的斜率表示场强大小，选项B错误；由E p＝qφ得，正电荷在电势高的位置电势能高，选项C错误；负电荷的电势能为E p＝－qφ，从x1到x3，电势先增大后减小，则电势能先减小后增大，电场力先做正功，后做负功，选项D正确．6.(2014·高考安徽卷)一带电粒子在电场中仅受静电力作用，做初速度为零的直线运动．取该直线为x轴，起始点O为坐标原点，其电势能E p 与位移x 的关系如右图所示．下列图象中合理的是 ( )解析：选D.由功能关系W ＝－ΔE p ，及W ＝Eqx ，知E p －x 图象的斜率反映电场强度E 的大小，随x 的增大，斜率在减小，E 在减小，A 错误．由动能定理得W ＝Eqx ＝E k －0，故E k －x 图象的斜率逐渐减小，B 错误．由牛顿第二定律得Eq ＝ma ，a 也随x 的增大而减小，C 错误、D 正确．7. (2015·唐山模拟)如图所示，匀强电场中的A 、B 、C 三点构成一边长为a 的等边三角形．电场强度的方向与纸面平行．电子以某一初速度仅在静电力作用下从B 移动到A 的过程中动能减少E 0，质子仅在静电力作用下从C 移动到A 的过程中动能增加E 0，已知电子和质子电荷量的绝对值均为e ，则匀强电场的电场强度为( ) A.2E 0ea B.E 0ea C.23E 03ea D.3E 03ea解析：选C.对电子从B 到A 的过程，由动能定理可知，－eU BA ＝－E 0；对质子从C 到A 的过程，有eU CA ＝E 0，可见U BA ＝U CA ，故B 、C 两点电势相等，在同一等势面上，AB 沿电场线方向上的距离d ＝a sin 60°＝32a ，由场强与电势差的关系E ＝U d 解得E ＝23E 03ea ，选项C 正确．8. (2015·湖北八市联考)(多选)如图所示，M和N是两个带有异种电荷的带电体(M在N的正上方，图示平面为竖直平面)，P和Q是M表面上的两点，S是N表面上的一点．在M和N之间的电场中画有三条等势线．现有一个带正电的油滴从E点射入电场，它经过了F点和W点，已知油滴在F点时的机械能大于在W点的机械能．(E、W两点在同一等势线上，不计油滴对原电场的影响，不计空气阻力)则以下说法正确的是() A．P和Q两点的电势不相等B．P点的电势低于S点的电势C．油滴在F点的电势能高于在E点的电势能D．油滴在E、F、W三点的“机械能和电势能总和”不变解析：选BD.P、Q两点均处于带电体M的外表面，这两点电势相等，选项A错误；带正电的油滴在F点的机械能大于在W点的机械能，因而从E点运动到F点的过程中，电场力做正功，P点的电势低于S点的电势，选项B正确；油滴在F点的电势能低于在E点的电势能，选项C错误；只有电场力和重力做功，故机械能与电势能之和为定值，选项D正确．9. (2013·高考天津卷)(多选)两个带等量正电的点电荷，固定在图中P、Q两点，MN为PQ连线的中垂线，交PQ于O点，A点为MN上的一点．一带负电的试探电荷q，从A点由静止释放，只在静电力作用下运动．取无限远处的电势为零，则()A．q由A向O的运动是匀加速直线运动B．q由A向O运动的过程电势能逐渐减小C．q运动到O点时的动能最大D．q运动到O点时电势能为零解析：选BC.两等量正点电荷在中垂线MN上的电场强度方向从O点向两侧沿中垂线指向无穷远处，场强大小从O点沿MN到无穷远处先变大后变小，因此负电荷由静上释放后，在变化的电场力作用下做直线运动的加速度不断变化，A项错误；由A到O电场力做正功，电势能减小，B项正确；在MN上O点电势最高，因此负电荷在O点的电势能最小，由于只有电场力做功，因此电势能与动能的和是一定值，电势能最小时，动能最大，C项正确；O点的电势不为零，因此负电荷在O点时的电势能不为零，D项错误．10.如右图所示，空间有与水平方向成θ角的匀强电场，一个质量为m 的带电小球，用长L 的绝缘细线悬挂于O 点．当小球静止时，细线恰好处于水平位置，现用一个外力将小球沿圆弧缓慢地拉到最低点，此过程小球的电荷量不变，则该外力做的功为( ) A ．mgLB ．mgL tan θC.mgL tan θD.mgL cos θ解析：选C.小球静止时受力如图所示，则静电力F ＝mg sin θ.细线在电场方向的距离如图所示．由动能定理W 外－F (L sin θ＋L cos θ)＋mgL ＝0，将F ＝mg sin θ代入可解得W 外＝mgL tan θ，C 正确． 11.(2015·河北衡水中学调研)如图所示，在A 点固定一正电荷，电荷量为Q ，在离A 高度为H 的C 处由静止释放某带同种电荷的液珠，开始运动的瞬间加速度大小恰好为重力加速度g .已知静电力常量为k ，两电荷均可看成点电荷，不计空气阻力．(1)求液珠的比荷；(2)求液珠速度最大时离A 点的距离h ；(3)若已知在点电荷Q 的电场中，某点的电势可表示成φ＝kQ r ，其中r 为该点到Q 的距离(选无限远的电势为零)．求液珠能到达的最高点B 离A 点的高度r B .解析：(1)设液珠的电荷量为q ，质量为m ，有k Qq H 2－mg ＝mg解得液珠的比荷为q m ＝2gH 2kQ(2)当液珠速度最大时有k Qq h 2＝mg解得h ＝2H(3)设CB 间的电势差为U CB ，有U CB ＝φC －φB ＝kQ H －kQ r B根据动能定理有qU CB －mg (r B －H )＝0解得r B ＝2H答案：(1)2gH 2kQ (2)2H (3)2H12.长为L 的细线，上端固定，下端拴一质量为m 、带电荷量为q 的小球，处于如图所示的水平向右的匀强电场中，开始时，将线与小球拉成水平，然后释放，小球由静止开始向下摆动，当细线转过60°角时，小球到达B 点速度恰好为零．试求：(1)AB 两点的电势差U AB ；(2)匀强电场的电场强度大小；(3)小球到达B 点时，细线对小球的拉力大小．解析：(1)小球下落过程中重力和电场力做功，由动能定理得：mgL sin 60°＋U AB q ＝0故U AB ＝－3mgL2q(2)根据匀强电场中电势差和电场强度的关系知：U BA ＝－U AB ＝EL (1－cos 60°)故E ＝U BA L （1－cos 60°）＝3mg q(3)在B 点对小球受力分析如图所示．由圆周运动知：F T －Eq cos θ－mg sin θ＝m v 2B L其中Eq ＝3mg因为v B ＝0，故F T －Eq cos 60°－mg sin 60°＝0故F T ＝Eq cos 60°＋mg sin 60°＝3mg .答案：(1)－3mgL 2q (2)3mg q (3)3mg。
§2 电场的能的性质一、电势1．电势：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）时电场力所做的功。
电势用字母φ表示。
①表达式：qW AOA =ϕ 单位：伏特（V ），且有1V=1J/C 。
②意义：电场中某一点的电势在数值等于单位电荷在那一点所具有的电势能。
③相对性：电势是相对的，只有选择零电势的位置才能确定电势的值，通常取无限远或地球的电势为零。
④标量：只有大小，没有方向，但有正、负之分，这里正负只表示比零电势高还是低。
⑤高低判断：顺着电场线方向电势越来越低。
二、等势面：电场中电势相等的点构成的面。
①意义：等势面来表示电势的高低。
②典型电场的等势面：ⅰ匀强电场； ⅱ点电荷电场； ⅲ等量的异种点电荷电场； ⅳ等量的同种点电荷电场。
③等势面的特点： ⅰ同一等势面上的任意两点间移动电荷电场力不做功；ⅱ等势面一定跟电场线垂直； ⅲ电场线总是从电势较高的等势面指向电势较低的等势面。
三、电势差1．电势差：电荷q 在电场中由一点A 移动到另一点B 时，电场力所做的功W AB 与电荷量的q 的比值。
U AB =qW AB注意：电势差这个物理量与场中的试探电荷无关，它是一个只属于电场的量。
电势差是从能量角度表征电场的一个重要物理量。
电势差也等于电场中两点电势之差①BA AB A B BA B A AB U U U U -=⎭⎬⎫-=-=ϕϕϕϕ②电势差由电场的性质决定，与零电势点选择无关。
2．电场力做功：在电场中AB 两点间移动电荷时，电场力做功等于电量与两点间电势差的乘积。
W AB = q •U AB 注意： ①该式适用于一切电场； ②电场力做功与路径无关③利用上述结论计算时，均用绝对值代入，而功的正负，借助于力与移动方向间关系确定。
四、电势能1．定义：因电场对电荷有作用力而产生的由电荷相对位置决定的能量叫电势能。
2．电势能具有相对性，通常取无穷远处或大地为电势能的零点。
