教科版高中物理必修第三冊第一章靜電場4電場力的功電勢能練習(xí)含答案

第一章靜電場4電場力的功電勢能基礎(chǔ)過關(guān)練題組一電場力做功的分析和計(jì)算1.(經(jīng)典題)(2023黑龍江齊齊哈爾實(shí)驗(yàn)中學(xué)月考)如圖所示是以電荷+Q為圓心的一組同心圓(虛線),電場中有A、B、C、D四點(diǎn)?，F(xiàn)將一帶電荷量為q的正點(diǎn)電荷由A點(diǎn)沿不同的路徑移動(dòng)到D點(diǎn),沿路徑①電場力做功為W1,沿路徑②電場力做功為W2,沿路徑③電場力做功為W3,則()A.W2<W3<W1B.W1=W2=W3C.W2>W3>W1D.因不知道q的具體數(shù)值,故無法進(jìn)行判斷2.(2024吉林永吉四中月考)某電場的電場線分布如圖所示,A、B兩點(diǎn)的場強(qiáng)大小分別為EA和EB,則下列判斷正確的是()A.EA>EBB.EA=EBC.將正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)電場力做負(fù)功D.將正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)電場力做正功3.兩帶電小球,電荷量分別為+q和-q,固定在一長度為l的絕緣細(xì)桿的兩端,置于電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中,桿與場強(qiáng)方向平行,O點(diǎn)是桿的中點(diǎn),其位置如圖所示。若此桿繞過O點(diǎn)垂直于桿的軸轉(zhuǎn)過180°,則在此轉(zhuǎn)動(dòng)過程中電場力做的功為()A.0B.qElC.2qElD.πqEl4.(2024廣東江門一中段考改編)如圖所示,在勻強(qiáng)電場中,A、B為同一條電場線上的兩點(diǎn)。已知電場的電場強(qiáng)度E=1.0×104N/C,A、B兩點(diǎn)之間的距離d=0.20m,將電荷量q=+1.0×10-8C的檢驗(yàn)電荷沿電場線從A點(diǎn)移至B點(diǎn)。求:(1)該檢驗(yàn)電荷在電場中所受電場力的大小F;(2)在此過程中電場力對檢驗(yàn)電荷所做的功W。題組二電場力做功與電勢能變化的關(guān)系5.(經(jīng)典題)(2024江蘇連云港錦屏高中、新浦高中等七校期中)如圖所示為描述某靜電場的電場線,a、b是同一條電場線上的兩個(gè)點(diǎn),把正點(diǎn)電荷由a點(diǎn)沿電場線移到b點(diǎn)的過程中,關(guān)于電場力對電荷所做的功及電荷電勢能的變化,下列說法正確的是()A.電場力做正功,電勢能增加B.電場力做正功,電勢能減少C.電場力做負(fù)功,電勢能增加D.電場力做負(fù)功,電勢能減少6.a、b為電場中的兩個(gè)點(diǎn),如果把電荷量q=-3×10-8C的負(fù)電荷從a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn),電場力對該電荷做了6×10-7J的正功,則該電荷的電勢能()A.增加3×10-7JB.增加3×10-8JC.減少6×10-7JD.減少1.8×10-14J7.(2024四川遂寧月考)如圖所示,在真空中有兩個(gè)帶正電的點(diǎn)電荷,分別置于M、N兩點(diǎn)。M處正電荷的電荷量大于N處正電荷的電荷量,A、B為M、N連線的中垂線上的兩點(diǎn)?，F(xiàn)將一負(fù)點(diǎn)電荷q由A點(diǎn)沿中垂線移動(dòng)到B點(diǎn),在此過程中,下列說法正確的是()A.q的電勢能逐漸減小B.q的電勢能逐漸增大C.q的電勢能先增大后減小D.q的電勢能先減小后增大8.(2022河南名校聯(lián)盟期末)物理學(xué)家認(rèn)為氫原子中的電子繞原子核沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng),如圖所示,假設(shè)帶正電的原子核固定于Q點(diǎn),電子在庫侖力的作用下沿逆時(shí)針方向在以Q點(diǎn)為焦點(diǎn)的橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)。M、P、N為橢圓上的三點(diǎn),P點(diǎn)是軌道上離Q最近的點(diǎn)。下列判斷正確的是()A.電子在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)速度不變B.電子在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)速率不變C.電子在從M點(diǎn)經(jīng)P點(diǎn)到達(dá)N點(diǎn)的過程中速率先增大后減小D.電子在從M點(diǎn)經(jīng)P點(diǎn)到達(dá)N點(diǎn)的過程中電勢能先增大后減小9.(2023上海高橋中學(xué)期中)空間有沿x軸方向的電場,若沿x軸正方向,電場強(qiáng)度為正。x軸上各點(diǎn)場強(qiáng)E隨x變化的關(guān)系如圖所示,則()A.x0處的場強(qiáng)小于x2處的場強(qiáng)B.正點(diǎn)電荷從x1運(yùn)動(dòng)到x0,其電勢能一直減小C.正點(diǎn)電荷從x1運(yùn)動(dòng)到x0,其電勢能先增大再減小D.正點(diǎn)電荷從x1運(yùn)動(dòng)到x0,其電勢能先減小再增大題組三電場中的功能關(guān)系10.(2023廣東中山華僑中學(xué)模擬)如圖所示,豎直向上的勻強(qiáng)電場中,有一質(zhì)量為m的帶正電小球,施加拉力F使小球向上加速運(yùn)動(dòng)一段距離,在此過程中拉力、重力和電場力所做功的絕對值分別為W1、W2和W3,不計(jì)空氣阻力,則小球()A.電勢能增加了W3B.重力勢能減小了W2C.動(dòng)能增加了W1+W2+W3D.機(jī)械能增加了W1+W311.(多選題)(2024四川樂至中學(xué)月考)如圖所示,豎直和水平放置的絕緣光滑板PO、QO固定,a、b為兩個(gè)均帶正電的小球(可視為點(diǎn)電荷),當(dāng)用平行于QO向左的力F作用于b時(shí),a、b緊靠板靜止。由于a球緩慢漏電,a球緩慢移動(dòng),現(xiàn)稍改變F的大小,使b一直處于靜止?fàn)顟B(tài),則下列說法正確的是()A.兩小球之間的庫侖力變大B.力F減小C.系統(tǒng)的重力勢能變大D.系統(tǒng)的電勢能增大能力提升練題組一電場力做功與電勢能變化關(guān)系的應(yīng)用1.(2024陜西渭南蒲城中學(xué)月考)把頭發(fā)碎屑懸浮在蓖麻油里,加上電場,可以模擬出電場線的分布情況,如圖甲是模擬孤立點(diǎn)電荷和金屬板之間的電場照片,圖乙為簡化后的電場線分布情況,則()A.由圖甲可知,電場線是真實(shí)存在的B.圖甲中,沒有頭發(fā)碎屑的地方?jīng)]有電場C.圖乙中A點(diǎn)的電場強(qiáng)度小于B點(diǎn)的電場強(qiáng)度D.圖乙中電子在A點(diǎn)的電勢能小于在B點(diǎn)的電勢能2.(經(jīng)典題)(多選題)(2024天津耀華中學(xué)期中)兩個(gè)帶等量正電的點(diǎn)電荷,固定在圖中P、Q兩點(diǎn),MN為P、Q連線的中垂線,交PQ于O點(diǎn),A為MN上的一點(diǎn)。一帶負(fù)電的檢驗(yàn)電荷q,從A點(diǎn)由靜止釋放,只在電場力作用下運(yùn)動(dòng),取無限遠(yuǎn)處為零電勢能位置,則()A.q由A向O的運(yùn)動(dòng)一定是加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)B.q由A向O運(yùn)動(dòng)過程中電勢能逐漸增大C.q運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能最大D.q運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí)的電勢能小于零3.(多選題)(2022山東青島期中)一帶負(fù)電的粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動(dòng),從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)的軌跡如圖所示。已知該粒子運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)時(shí)速度方向與它所受電場力方向恰好垂直。不計(jì)粒子的重力,則從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)的過程中,下列說法正確的是()A.電場強(qiáng)度的方向豎直向上B.粒子的電勢能先減少后增加C.粒子單位時(shí)間內(nèi)速度的變化量不同D.粒子所受的電場力先做負(fù)功后做正功4.(2022遼寧營口期末)如圖所示,半徑為R、圓心為O的圓處于勻強(qiáng)電場中,電場強(qiáng)度方向與圓面平行,ab和cd均為該圓直徑。將電荷量為q(q>0)的粒子從a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)電場力做的功為W(W>0);將該粒子從c點(diǎn)移動(dòng)到d點(diǎn)電勢能減少2W。該勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小為()A.WqRB.W2qRC.5.(經(jīng)典題)(2024廣東廣州廣雅中學(xué))空間存在一電場,一質(zhì)量為m、帶負(fù)電的粒子僅在電場力作用下從x1處沿x軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),初速度大小為v0,其電勢能Ep隨坐標(biāo)x變化的關(guān)系如圖所示,圖線關(guān)于縱軸左右對稱,以無窮遠(yuǎn)處為零電勢能點(diǎn),粒子在原點(diǎn)O處電勢能為E0,在x1處電勢能為E1,則下列說法中正確的是()A.從x1到O,該電場的場強(qiáng)先減小后增大B.由x1運(yùn)動(dòng)到O的過程,加速度一直減小C.粒子經(jīng)過x1、-x1處時(shí)速度相同D.若粒子能夠一直沿x軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),則一定有v0<2題組二電場中功能關(guān)系的綜合應(yīng)用6.(2022廣東鐵一中學(xué)期中)如圖所示,在一個(gè)粗糙水平面上,彼此靠近地放置兩個(gè)帶同種電荷的小物塊。由靜止釋放后,兩個(gè)物塊向相反方向運(yùn)動(dòng),并最終停止。在物塊的運(yùn)動(dòng)過程中,下列表述正確的是()A.兩個(gè)物塊的電勢能逐漸減少B.物塊受到的庫侖力不做功C.兩個(gè)物塊的機(jī)械能守恒D.物塊受到的摩擦力始終小于其受到的庫侖力7.(多選題)(2024四川宜賓南溪一中期末)如圖所示,固定的絕緣斜面處于水平向右的勻強(qiáng)電場中,一帶電金屬塊由靜止開始沿斜面滑到底端,已知金屬塊在下滑的過程中動(dòng)能增加了0.7J,金屬塊克服摩擦力做功0.3J,重力做功1.2J,則以下判斷正確的是()A.金屬塊帶正電荷B.合外力做功0.9JC.金屬塊的電勢能增加0.2JD.金屬塊的機(jī)械能減少0.3J8.(多選題)(2023浙江紹興上虞期末)在光滑絕緣水平面上固定著兩個(gè)等量點(diǎn)電荷Q,它們連線的中垂線上有A、B、C三點(diǎn),如圖甲所示。一質(zhì)量m=0.01kg、電荷量q=1.0×10-6C的帶正電小物塊由A點(diǎn)靜止釋放,并以此時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn),沿光滑水平面經(jīng)過B、C兩點(diǎn),其運(yùn)動(dòng)過程的v-t圖像如圖乙所示,其中圖線在B點(diǎn)位置時(shí)斜率最大,根據(jù)圖線可以確定()A.兩點(diǎn)電荷為等量異號電荷B.A、B間距離比B、C間距離小C.A到C過程小物塊機(jī)械能守恒D.中垂線上B點(diǎn)電場強(qiáng)度最大且EB=2.0×104N/C9.(2023天津?qū)氎嫫谀?如圖所示,豎直放置的勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧,上端與質(zhì)量為m的小球連接,下端與放在水平桌面上的質(zhì)量為M的絕緣物塊相連,小球與彈簧絕緣,小球帶正電,帶電荷量為q,物塊、彈簧和小球組成的系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)突然加上一個(gè)方向豎直向上、大小為E的勻強(qiáng)電場,某時(shí)刻物塊對水平桌面的壓力為零,則從加上勻強(qiáng)電場到物塊對水平桌面的壓力為零的過程中,小球電勢能改變量的大小為(重力加速度為g)()A.qE(M+C.qEMgkD.答案與分層梯度式解析第一章靜電場4電場力的功電勢能基礎(chǔ)過關(guān)練1.B2.D3.C5.C6.C7.B8.C9.D10.D11.AD1.B對于同一電荷,電場力做功只與電荷在電場中的初、末位置有關(guān),而與電荷運(yùn)動(dòng)路徑無關(guān),故沿三條路徑將點(diǎn)電荷由A移動(dòng)到D的過程中,電場力做功相等,B正確,A、C、D錯(cuò)誤。2.D電場線越密集的位置,電場強(qiáng)度越大,越稀疏的位置,電場強(qiáng)度越小,因此EA<EB,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;正電荷受到的電場力沿著電場線方向,因此將正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)電場力做正功,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。3.C電場力做功與路徑無關(guān),轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,電場力對兩個(gè)帶電小球做的功都為qEl,共為2qEl,C正確。4.答案(1)1.0×10-4N(2)2.0×10-5J解析(1)該檢驗(yàn)電荷在電場中所受電場力的大小F=Eq=1.0×104×1.0×10-8N=1.0×10-4N。(2)在此過程中電場力對檢驗(yàn)電荷所做的功W=Fd=1.0×10-4×0.2J=2.0×10-5J。方法總結(jié)勻強(qiáng)電場中電場力做的功W=qEdcosθ,其中θ為電場力與位移間的夾角。5.C正電荷在電場中的受力方向沿電場線的方向,故把正點(diǎn)電荷由a點(diǎn)沿電場線移到b點(diǎn)的過程中,電場力做負(fù)功,電勢能增加,選項(xiàng)C正確。6.C在靜電場中,電場力對電荷做了6×10-7J的正功,該電荷的電勢能就減少6×10-7J,選項(xiàng)C正確。7.B負(fù)點(diǎn)電荷q由A點(diǎn)沿中垂線移動(dòng)到B點(diǎn)的過程中,兩正電荷對負(fù)點(diǎn)電荷的庫侖力做負(fù)功,則q的電勢能逐漸增大。故選B。8.C電子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的過程,庫侖力做正功,速率增大,電勢能減小;電子從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的過程,庫侖力做負(fù)功,速率減小,電勢能增大,C正確,D錯(cuò)誤。電子在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)的速度方向不斷變化,速率也不斷變化,A、B錯(cuò)誤。9.D圖中x0和x2處電場強(qiáng)度都為負(fù)值,負(fù)號表示電場強(qiáng)度的方向,所以圖中x0處的場強(qiáng)大于x2處的場強(qiáng),故A錯(cuò)誤;由圖可知,從x1到x0電場強(qiáng)度方向先沿x軸正方向,后沿x軸負(fù)方向,正點(diǎn)電荷從x1運(yùn)動(dòng)到x0,則電場力先做正功再做負(fù)功,所以其電勢能先減小后增大,故B、C錯(cuò)誤,D正確。10.D電場力對小球做的功等于電勢能的減少量,電場力做的正功為W3,所以小球電勢能減少了W3,A錯(cuò)誤;重力做負(fù)功,做的功為-W2,小球重力勢能增加W2,B錯(cuò)誤;由動(dòng)能定理知W1-W2+W3=ΔEk,C錯(cuò)誤;小球的機(jī)械能增加量等于除重力以外其他力做功之和,故機(jī)械能增加量為W1+W3,D正確。11.AD以a球?yàn)檠芯繉ο?受力如圖所示根據(jù)平衡條件有F庫=mgcosα,由于a球漏電,則a球緩慢向下移動(dòng),b球不動(dòng),則α角增大,cosα減小,則兩小球之間的庫侖力F庫變大;擋板對a的彈力為N=mgtanα。α角增大,tanα增大,則N增大;對整體受力分析,在水平方向有F=N,則作用力F也增大,故A正確,B錯(cuò)誤;由于a球漏電,則a球緩慢向下移動(dòng),b球不動(dòng),所以系統(tǒng)重力勢能變小,故C錯(cuò)誤;兩球間距離減小,又兩小球之間的庫侖力為斥力,所以庫侖力做負(fù)功,系統(tǒng)的電勢能增大,故D正確。故選A、能力提升練1.D2.CD3.AD4.A5.C6.A7.AC8.BD9.A1.D電場是真實(shí)存在的,而電場線是為了形象描述電場而假想出來的,沒畫電場線的地方不代表沒有電場,圖甲中頭發(fā)碎屑是因?yàn)槭艿诫妶隽Φ淖饔枚措妶鰪?qiáng)度的方向排列出來,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;電場線的疏密程度表示場強(qiáng)的大小,圖乙中A點(diǎn)的電場強(qiáng)度大于B點(diǎn)的電場強(qiáng)度,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;若把電子從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn),需克服電場力做功,故電勢能增大,可知圖乙中電子在A點(diǎn)的電勢能小于在B點(diǎn)的電勢能,選項(xiàng)D正確。2.CD兩個(gè)帶等量正電的點(diǎn)電荷的電場線如圖所示,P、Q連線的中垂線MN上,從無窮遠(yuǎn)處到O,電場強(qiáng)度先增大后減小,且方向始終指向無窮遠(yuǎn)處,故q由A向O運(yùn)動(dòng)過程中所受電場力是變化的,電場力可能先增大后減小,q可能做加速度先增大后減小的加速運(yùn)動(dòng),故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;q由A向O運(yùn)動(dòng)過程中電場力做正功,電勢能減小,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;q從A到O電場力做正功,動(dòng)能增加,從O向N運(yùn)動(dòng),電場力做負(fù)功,動(dòng)能減小,故在O點(diǎn)時(shí),q的動(dòng)能最大,故選項(xiàng)C正確;無窮遠(yuǎn)處為零電勢能位置,從無窮遠(yuǎn)處到O點(diǎn),電場力做正功,電勢能減小,則q運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí),電勢能為負(fù)值,故選項(xiàng)D正確。3.AD根據(jù)做曲線運(yùn)動(dòng)的物體受到的合外力總是指向軌跡的凹側(cè),結(jié)合題意可知粒子所受電場力的方向豎直向下,電場強(qiáng)度方向豎直向上,選項(xiàng)A正確;粒子從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)的過程中,電場力與速度的夾角先是鈍角后是銳角,則電場力先做負(fù)功后做正功,粒子的電勢能先增加后減少,選項(xiàng)B錯(cuò)誤,D正確;粒子單位時(shí)間內(nèi)速度的變化量在數(shù)值上等于粒子的加速度,根據(jù)a=qEm可知加速度保持不變,選項(xiàng)C4.A圖形剖析設(shè)場強(qiáng)E在x方向、y方向上的分量為Ex、Ey,由題意可知該粒子從c點(diǎn)移動(dòng)到d點(diǎn)電勢能減少2W,則電場力做的功為2W,有qEx·2R=2W,得Ex=WqR;該粒子從a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)電場力做的功為qEx·2Rcos60°-qEy·2Rsin60°=W,得Ey=0;所以E=Ex2+Ey5.C在Ep-x圖像中,圖線斜率的絕對值反映電場強(qiáng)度的大小,根據(jù)圖像可知,由x1到O,圖線斜率的絕對值先增大后減小,故電場強(qiáng)度先增大后減小,故A錯(cuò)誤;由分析可知,由x1到O,電場強(qiáng)度先增大后減小,電場力也先增大后減小,加速度也先增大后減小,故B錯(cuò)誤;粒子從x1到O,電勢能增大,電場力做負(fù)功,帶負(fù)電粒子減速,再從O到-x1,電勢能減小,電場力做正功,帶負(fù)電粒子加速,圖線關(guān)于縱軸左右對稱,故電場力做的正功與負(fù)功一樣多,粒子在經(jīng)過x1、-x1處時(shí)速度相同,故C正確;若粒子能夠一直沿x軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),就一定要能沖過O點(diǎn),有E0-E1<12mv02,解得v0>2(6.A由靜止釋放后,兩個(gè)物塊向相反方向運(yùn)動(dòng),說明兩物塊之間存在庫侖斥力,庫侖力對物塊做正功,物塊的電勢能減小,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤。開始階段,庫侖力大于物塊受到的摩擦力,物塊做加速運(yùn)動(dòng),動(dòng)能增大;當(dāng)庫侖力小于摩擦力后,物塊做減速運(yùn)動(dòng),動(dòng)能減小,重力勢能不變,則兩個(gè)物塊的機(jī)械能先增大后減小,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。開始階段,庫侖力大于物塊受到的摩擦力,物塊做加速運(yùn)動(dòng);而后當(dāng)庫侖力小于摩擦力后,物塊做減速運(yùn)動(dòng),最終停止,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。7.AC在金屬塊滑下的過程中動(dòng)能增加了0.7J,金屬塊克服摩擦力做功0.3J,重力做功1.2