浙江專版2024年高考物理一輪復(fù)習(xí)課時(shí)提升作業(yè)十九電場能的性質(zhì)的描述含解析

PAGE10-電場能的性質(zhì)的描述(建議用時(shí)40分鐘)1.(2024·北京高考)如圖所示,a、b兩點(diǎn)位于以負(fù)點(diǎn)電荷-Q(Q>0)為球心的球面上,c點(diǎn)在球面外,則 ()A.a點(diǎn)場強(qiáng)的大小比b點(diǎn)大B.b點(diǎn)場強(qiáng)的大小比c點(diǎn)小C.a點(diǎn)電勢(shì)比b點(diǎn)高D.b點(diǎn)電勢(shì)比c點(diǎn)低【解析】選D。負(fù)點(diǎn)電荷電場線和等勢(shì)面如圖所示,沿電場線方向電勢(shì)降低,電場線的疏密表示場強(qiáng)大小,由此可知a、b場強(qiáng)大小相等且大于c點(diǎn)場強(qiáng),選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;c點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì),b點(diǎn)電勢(shì)等于a點(diǎn)電勢(shì),選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。2.(2024·全國卷Ⅲ)關(guān)于靜電場的等勢(shì)面,下列說法正確的是 ()A.兩個(gè)電勢(shì)不同的等勢(shì)面可能相交B.電場線與等勢(shì)面到處相互垂直C.同一等勢(shì)面上各點(diǎn)電場強(qiáng)度肯定相等D.將一負(fù)的摸索電荷從電勢(shì)較高的等勢(shì)面移至電勢(shì)較低的等勢(shì)面,電場力做正功【解析】選B。等勢(shì)面的特點(diǎn):兩個(gè)電勢(shì)不同的等勢(shì)面不行能相交,故A錯(cuò)誤;電場線與等勢(shì)面到處相互垂直,故B正確;等勢(shì)面的疏密程度表示電場強(qiáng)度的大小,故C錯(cuò)誤;電場線由電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面,負(fù)電荷受力與電場線的方向相反,故負(fù)電荷受力由電勢(shì)低的等勢(shì)面指向電勢(shì)高的等勢(shì)面,那么它從電勢(shì)較高的等勢(shì)面移至電勢(shì)較低的等勢(shì)面,電場力做負(fù)功,D錯(cuò)誤。3.如圖,直線a、b和c、d是處于勻強(qiáng)電場中的兩組平行線,M、N、P、Q是它們的交點(diǎn),四點(diǎn)處的電勢(shì)分別為φM、φN、φP、φQ。一電子由M點(diǎn)分別運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)和P點(diǎn)的過程中,電場力所做的負(fù)功相等,則 ()A.直線a位于某一等勢(shì)面內(nèi),φM>φQB.直線c位于某一等勢(shì)面內(nèi),φM>φNC.若電子由M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn),電場力做正功D.若電子由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn),電場力做負(fù)功【解析】選B。依據(jù)電子移動(dòng)過程中電場力做負(fù)功,可知φM>φN,φM>φP,由于電場力做功相等,可知φN=φP,直線d位于同一等勢(shì)面內(nèi),依據(jù)勻強(qiáng)電場的特點(diǎn),可推斷直線c也位于同一等勢(shì)面內(nèi),故選項(xiàng)B正確,A錯(cuò)誤;由于φM=φQ,電子由M點(diǎn)到Q點(diǎn),電場力做功為零,C錯(cuò)誤;因?yàn)棣誔<φM=φQ,電子由P點(diǎn)到Q點(diǎn),電場力應(yīng)做正功,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。4.(2024·寧波模擬)下列四幅圖中有關(guān)電場的說法正確的是 ()A.圖甲為等量同種點(diǎn)電荷形成的電場線B.圖乙離點(diǎn)電荷距離相等的a、b兩點(diǎn)場強(qiáng)相同C.圖丙中在c點(diǎn)靜止釋放一正電荷,可以沿著電場線運(yùn)動(dòng)到d點(diǎn)D.圖丁中把某一電荷從e點(diǎn)平行金屬板方向移動(dòng)到f點(diǎn),電場力不做功【解析】選D。圖甲為等量異種點(diǎn)電荷形成的電場線,故A錯(cuò)誤;圖乙離點(diǎn)電荷距離相等的a、b兩點(diǎn)場強(qiáng)大小相等,方向不同,故兩點(diǎn)的場強(qiáng)不相同,故B錯(cuò)誤;將一正電荷從一點(diǎn)由靜止釋放,若它所在的電場線是曲線,將偏離原來的電場線,不會(huì)沿著電場線運(yùn)動(dòng),故C錯(cuò)誤;圖丁是勻強(qiáng)電場,依據(jù)等勢(shì)線與電場線垂直可知,e、f在同一等勢(shì)面上,故把某一電荷從e點(diǎn)平行金屬板方向移動(dòng)到f點(diǎn),電場力不做功,故D正確;故選D。5.如圖所示,在一大小為E的水平勻強(qiáng)電場中,A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)分別為φA、φB,A、B兩點(diǎn)的直線距離為l,垂直電場方向的距離為d。一電荷量為q的帶正電粒子從A點(diǎn)沿圖中虛線移動(dòng)到B點(diǎn)。則該過程中電場力做功為 ()A.q(φA-φB)B.0C.qElD.qEd【解析】選A。依據(jù)電勢(shì)差由W=qU求解電場力做的功,或由W=Fs求得電場力做的功。粒子從A運(yùn)動(dòng)到B,電勢(shì)著陸為φA-φB,故電場力做功W=q(φA-φB),A正確;粒子在電場方向運(yùn)動(dòng)距離為l2-d2,故電場力做功W=qEl2-d2【加固訓(xùn)練】如圖所示,空間中的M、N處存在兩個(gè)被固定的、等量同種正點(diǎn)電荷,在它們的連線上有A、B、C三點(diǎn),已知MA=CN=NB,MA<NA?，F(xiàn)有一正點(diǎn)電荷q,關(guān)于在電場中移動(dòng)點(diǎn)電荷q,下列說法中正確的是 ()A.沿半圓弧l將q從B點(diǎn)移到C點(diǎn),電場力不做功B.沿曲線r將q從B點(diǎn)移到C點(diǎn),電場力做正功C.沿曲線s將q從A點(diǎn)移到C點(diǎn),電場力不做功D.沿直線將q從A點(diǎn)移到B點(diǎn),電場力做負(fù)功【解析】選B。將題中各點(diǎn)位置與等量同種正點(diǎn)電荷形成的電場的等勢(shì)面分布圖對(duì)比可知,A、B兩點(diǎn)在同一等勢(shì)面上,B點(diǎn)電勢(shì)高于C點(diǎn)電勢(shì),所以將電荷由B點(diǎn)移動(dòng)到C點(diǎn),電場力做正功,與運(yùn)動(dòng)路徑無關(guān),選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;將電荷由A點(diǎn)移到B點(diǎn),電場力不做功,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;將電荷由A點(diǎn)移到C點(diǎn),電場力做正功,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。6.(2024·天津高考)如圖所示,在水平向右的勻強(qiáng)電場中,質(zhì)量為m的帶電小球,以初速度v從M點(diǎn)豎直向上運(yùn)動(dòng),通過N點(diǎn)時(shí),速度大小為2v,方向與電場方向相反,則小球從M運(yùn)動(dòng)到N的過程 ()A.動(dòng)能增加12mv2 B.機(jī)械能增加2mvC.重力勢(shì)能增加32mv2 D.電勢(shì)能增加2mv【解析】選B。小球從M運(yùn)動(dòng)到N的過程中動(dòng)能增加量ΔEk=Ek2-Ek1=12m(2v)212mv2=32mv2,因此A錯(cuò)誤;小球在豎直方向上只受重力,做豎直上拋運(yùn)動(dòng),初速度為v,末速度為零,依據(jù)0-v2=-2gh可得增加的重力勢(shì)能ΔEp=mgh=12mv2,因此C錯(cuò)誤;小球在水平方向只受電場力,做初速度為零、末速度為2v的勻加速直線運(yùn)動(dòng),依據(jù)(2v)2-0=2ax可得電場力做功W=Fx=max=2mv2,所以電勢(shì)能削減2mv2,機(jī)械能增加2mv2,因此B7.(多選)在真空中A、B兩點(diǎn)分別放置等量異種電荷,在電場中通過A、B兩點(diǎn)的豎直平面內(nèi)對(duì)稱位置取一正方形路徑abcd,如圖所示,現(xiàn)將一電子沿abcd移動(dòng)一周,則以下推斷中正確的是 ()A.由a→b,電勢(shì)降低,電子的電勢(shì)能削減B.由b→c,電場對(duì)電子先做負(fù)功后做正功,總功為零C.由c→d,電子的電勢(shì)能增大D.由d→a,電子的電勢(shì)能先削減后增大,電勢(shì)能總增量為零【解析】選B、D。等量異種點(diǎn)電荷的電場線及等勢(shì)面分布狀況如圖所示,由圖中電場線分布可知,從c到d電勢(shì)漸漸上升,從a到b電勢(shì)漸漸降低。再由等勢(shì)線的分布可知,a、d在同一等勢(shì)面上,沿直線由a到d電勢(shì)先上升后降低,從b到c電勢(shì)先降低后上升。由于從高電勢(shì)點(diǎn)向低電勢(shì)點(diǎn)移動(dòng)電子的過程中,克服電場力做功,故電子的電勢(shì)能增加。反之,電勢(shì)能削減,所以答案為B、D。【總結(jié)提升】(1)比較電勢(shì)凹凸的三種方法。①沿電場線方向,電勢(shì)越來越低,電場線由電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面。②推斷出UAB的正負(fù),再由UAB=φA-φB比較φA、φB的大小。若UAB>0,則φA>φB;若UAB<0,則φA<φB。③取無窮遠(yuǎn)處為零電勢(shì)點(diǎn),正電荷四周電勢(shì)為正值,且離正電荷近處電勢(shì)高;負(fù)電荷四周電勢(shì)為負(fù)值,且離負(fù)電荷近處電勢(shì)低。(2)電勢(shì)能大小的三種推斷方法。①場源電荷推斷法。a.離場源正電荷越近,摸索正電荷的電勢(shì)能越大,摸索負(fù)電荷的電勢(shì)能越小。b.離場源負(fù)電荷越近,摸索正電荷的電勢(shì)能越小,摸索負(fù)電荷的電勢(shì)能越大。②電場線推斷法。a.正電荷順著電場線的方向移動(dòng)時(shí),電勢(shì)能漸漸減小;逆著電場線的方向移動(dòng)時(shí),電勢(shì)能逐漸增大。b.負(fù)電荷順著電場線的方向移動(dòng)時(shí),電勢(shì)能漸漸增大;逆著電場線的方向移動(dòng)時(shí),電勢(shì)能漸漸減小。③做功推斷法:電場力做正功,電荷(無論是正電荷還是負(fù)電荷)從電勢(shì)能較大的地方移向電勢(shì)能較小的地方。反之,假如電荷克服電場力做功,那么電荷將從電勢(shì)能較小的地方移向電勢(shì)能較大的地方。8.霧霾的一個(gè)重要來源是工業(yè)煙塵。為了改善空氣環(huán)境,某熱電廠引進(jìn)了一套靜電除塵系統(tǒng)。它主要由機(jī)械過濾網(wǎng),放電極和相互平行的集塵板三部分構(gòu)成。如圖為簡化的工作原理圖,其中集塵板帶正電,實(shí)線為電場線。假設(shè)虛線為某帶負(fù)電煙塵顆粒(不計(jì)重力)在除塵器裝置中的運(yùn)動(dòng)軌跡,A、B是軌跡中的兩點(diǎn),煙塵顆粒在A點(diǎn)的速度小于B點(diǎn)的速度。下列說法正確的是()A.A點(diǎn)電勢(shì)高于B點(diǎn)電勢(shì)B.A點(diǎn)的場強(qiáng)大于B點(diǎn)的場強(qiáng)C.該煙塵顆粒在B點(diǎn)的電勢(shì)能大于在A點(diǎn)的電勢(shì)能D.該煙塵顆粒在除塵裝置中的運(yùn)動(dòng)是勻變速曲線運(yùn)動(dòng)【解析】選B。由沿電場線方向電勢(shì)降低可知,A點(diǎn)電勢(shì)低于B點(diǎn)電勢(shì),故A錯(cuò)誤;由圖可知,A點(diǎn)電場線比B點(diǎn)密集,因此A點(diǎn)的場強(qiáng)大于B點(diǎn)場強(qiáng),故B正確;煙塵顆粒帶負(fù)電,A點(diǎn)電勢(shì)低于B點(diǎn)電勢(shì),則煙塵顆粒在A點(diǎn)的電勢(shì)能大于在B點(diǎn)的電勢(shì)能,故C錯(cuò)誤;該煙塵顆粒在除塵裝置中運(yùn)動(dòng)時(shí),所受電場力是改變的,加速度是改變的,則其運(yùn)動(dòng)是非勻變速曲線運(yùn)動(dòng),故D錯(cuò)誤。故選B。9.如圖所示,半圓槽光滑、絕緣、固定,圓心是O,最低點(diǎn)是P,直徑MN水平。a、b是兩個(gè)完全相同的帶正電小球(視為點(diǎn)電荷),b固定在M點(diǎn),a從N點(diǎn)靜止釋放,沿半圓槽運(yùn)動(dòng)經(jīng)過P點(diǎn)到達(dá)某點(diǎn)Q(圖中未畫出)時(shí)速度為零。則小球a ()A.從N到Q的過程中,重力與庫侖力的合力先增大后減小B.從N到P的過程中,速領(lǐng)先增大后減小C.從N到Q的過程中,電勢(shì)能始終減小D.從P到Q的過程中,動(dòng)能削減量小于電勢(shì)能增加量【解析】選B。小球a從N到Q的過程中,庫侖力增大,且?guī)靵隽εc重力的夾角漸漸減小,所以它們的合力始終增大,A錯(cuò)誤;小球從N到P的過程中,重力和庫侖力沿圓弧切線方向的合力先與速度方向同向后反向,所以速率是先增大后減小,B正確;小球從N到Q過程中,庫侖力方向與小球速度方向夾角始終大于90°,庫侖力始終做負(fù)功,所以電勢(shì)能始終增加,C錯(cuò)誤;依據(jù)能量守恒可知,從P到Q的過程中,小球動(dòng)能的削減量等于重力勢(shì)能和電勢(shì)能的增加量之和,D錯(cuò)誤?！炯庸逃?xùn)練】如圖所示,空間中存在水平向左的勻強(qiáng)電場。在電場中將一帶電液滴從b點(diǎn)由靜止釋放,液滴沿直線由b運(yùn)動(dòng)到d,且直線bd方向與豎直方向成45°角,下列推斷正確的是 ()A.液滴帶正電荷B.液滴的電勢(shì)能削減C.液滴的重力勢(shì)能和電勢(shì)能之和不變D.液滴的電勢(shì)能和動(dòng)能之和不變【解析】選B。帶電液滴受重力和電場力兩個(gè)力的作用,由靜止釋放后,沿直線由b運(yùn)動(dòng)到d,說明液滴所受合外力沿b到d的方向,又因?yàn)橹亓Ψ较蜇Q直向下,所以電場力的方向水平向右,而電場線水平向左,故帶電液滴帶負(fù)電,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;液滴沿直線由b運(yùn)動(dòng)到d的過程中,重力和電場力均做正功,重力勢(shì)能和電勢(shì)能都削減,選項(xiàng)B正確,C錯(cuò)誤;重力和電場力的合力所做的功,等于液滴動(dòng)能的增量,又因?yàn)橹亓碗妶隽λ龅墓Φ扔谥亓?shì)能和電勢(shì)能的削減量,故液滴的重力勢(shì)能、電勢(shì)能、動(dòng)能三者之和不變,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。10.(多選)(2024·杭州模擬)如圖所示的實(shí)線表示某靜電場的等勢(shì)線,帶電粒子在電場中僅受電場力作用,由M運(yùn)動(dòng)到N,其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中虛線所示,以下說法正確的是 ()A.粒子必定帶正電荷B.粒子在M點(diǎn)速度大于N點(diǎn)速度C.粒子在M點(diǎn)的電勢(shì)能大于它在N點(diǎn)的電勢(shì)能D.粒子在M點(diǎn)的加速度小于它在N點(diǎn)的加速度【解析】選B、D。由電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡可知,粒子的受力沿著電場線的反方向,所以粒子帶負(fù)電荷,粒子做減速運(yùn)動(dòng),故A錯(cuò)誤,B正確;由M運(yùn)動(dòng)到N,電場力做負(fù)功,電勢(shì)能增加,故N點(diǎn)的電勢(shì)能大于M點(diǎn)的電勢(shì)能,故C錯(cuò)誤;電場線密的地方電場強(qiáng)度大,電場線疏的地方電場強(qiáng)度小,由圖可知,N點(diǎn)的場強(qiáng)大于M點(diǎn)的場強(qiáng),在N點(diǎn)的受力大于在M點(diǎn)的受力,所以粒子在M點(diǎn)的加速度小于它在N點(diǎn)的加速度,故D正確。11.如圖所示,勻強(qiáng)電場中有a、b、c三點(diǎn),在以它們?yōu)轫旤c(diǎn)的三角形中,∠a=30°,∠c=90°。電場方向與三角形所在平面平行。已知a、b和c點(diǎn)的電勢(shì)分別為(2-3)V、(2+3)V和2V。該三角形的外接圓上最低、最高電勢(shì)分別為 ()A.(2-3)V、(2+3)VB.0、4VC.(2-433)V、(2+43D.0、23V【解析】選B。在勻強(qiáng)電場中,沿某一方向電勢(shì)是勻稱改變的。由φa=(2-3)V,φb=(2+3)V知,在勻強(qiáng)電場中連線ab的中點(diǎn)O處電勢(shì)φO=φa+φb2=2V,又φc=2V,所以連線Oc是一條等勢(shì)線,過O點(diǎn)作Oc的垂線即是一條電場線,如圖所示。由題知電場線與圓的交點(diǎn)d處電勢(shì)最低,且有φO-φdR=φO-φaR·12.如圖所示,勻強(qiáng)電場中有a、b、c三點(diǎn),ab=5cm,bc=12cm,其中ab沿電場方向,bc和電場方向成60°角,一個(gè)電荷量為q=4×10-8C的正電荷從a移動(dòng)到b,靜電力做功為W1=1.2×10-7J,求: (1)勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E的大小。(2)電荷從b移到c,靜電力做的功W2。(3)a、c兩點(diǎn)的電勢(shì)差Uac。【解析】(1)設(shè)a、b兩點(diǎn)的間距為d,W1=qUab,E=Uab所以E=W1qd=1.2×(2)設(shè)b、c兩點(diǎn)沿電場強(qiáng)度方向的距離為d1,Ubc=Ed1,d1=bc·cos60°,W2=qUbc聯(lián)立解得W2=qE·bc·cos60°=1.44×10-7J。(3)電荷從a移到c,靜電力做功為W=W1+W2=qUac所以Uac=W1+W2q=1答案:(1)60V/m(2)1.44×10-7J(3)6.6V13.電場中的等勢(shì)面是一簇相互平行的豎直平面,間隔均為d,各等勢(shì)面的電勢(shì)如