高中物理《必修第三冊(cè)》課后習(xí)題 1.電勢(shì)能和電勢(shì)

第十章靜電場(chǎng)中的能量1.電勢(shì)能和電勢(shì)合格考達(dá)標(biāo)練1.(2021湖北武漢一中期末)如圖所示是以電荷+Q為圓心的一組同心圓(虛線(xiàn)),電場(chǎng)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做功為W1,沿路徑②做功為W2,沿路徑③做功為W3,則()A.W2<W3<W1B.W1=W2=W3C.W2>W3>W1 D.W3>W2>W1答案B解析因?yàn)殪o電力做功只與電荷在電場(chǎng)中的初、末位置有關(guān),而與電荷運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān),故沿三條路徑將點(diǎn)電荷由A移動(dòng)到D的過(guò)程中,靜電力做功相等,選項(xiàng)B正確,A、C、D錯(cuò)誤。2.(2021山東濰坊高二模擬)某靜電除塵設(shè)備集塵板的內(nèi)壁帶正電,設(shè)備中心位置有一個(gè)帶負(fù)電的放電極,它們之間的電場(chǎng)線(xiàn)分布如圖所示,虛線(xiàn)為某帶電煙塵顆粒(重力不計(jì))的運(yùn)動(dòng)軌跡,A、B是軌跡上的兩點(diǎn),C點(diǎn)與B點(diǎn)關(guān)于放電極對(duì)稱(chēng),下列說(shuō)法正確的是()A.A點(diǎn)電勢(shì)高于B點(diǎn)電勢(shì)B.A點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度小于C點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度C.煙塵顆粒在A點(diǎn)的動(dòng)能小于在B點(diǎn)的動(dòng)能D.煙塵顆粒在A點(diǎn)的電勢(shì)能小于在B點(diǎn)的電勢(shì)能答案C解析由沿電場(chǎng)線(xiàn)方向電勢(shì)降低可知,A點(diǎn)電勢(shì)低于B點(diǎn)電勢(shì),A錯(cuò)誤;由題圖可知,A點(diǎn)處電場(chǎng)線(xiàn)比C點(diǎn)處密集,因此A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于C點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,B錯(cuò)誤;煙塵顆粒帶負(fù)電,從A到B的過(guò)程中,電場(chǎng)力做正功,動(dòng)能增加,煙塵顆粒在A點(diǎn)的動(dòng)能小于在B點(diǎn)的動(dòng)能,電勢(shì)能減小,煙塵顆粒在A點(diǎn)的電勢(shì)能大于在B點(diǎn)的電勢(shì)能,C正確,D錯(cuò)誤。3.如圖所示為某點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng),A、B為電場(chǎng)線(xiàn)上兩點(diǎn),則()A.點(diǎn)電荷帶負(fù)電,EA>EBB.點(diǎn)電荷帶正電,EA<EBC.點(diǎn)電荷帶負(fù)電,φA>φBD.點(diǎn)電荷帶正電,φA<φB答案C4.下列說(shuō)法中正確的是()A.沿電場(chǎng)線(xiàn)的方向,電場(chǎng)強(qiáng)度一定越來(lái)越小B.沿電場(chǎng)線(xiàn)的方向,電勢(shì)一定越來(lái)越低C.電荷沿電場(chǎng)線(xiàn)方向移動(dòng),電勢(shì)能逐漸減小D.在靜電力作用下,正電荷一定從電勢(shì)高處向電勢(shì)低處移動(dòng)答案B解析電場(chǎng)線(xiàn)的方向就是電場(chǎng)強(qiáng)度的方向,同時(shí)也是電勢(shì)降低的方向,但不一定是電場(chǎng)強(qiáng)度減小的方向,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確。只有沿電場(chǎng)線(xiàn)方向移動(dòng)正電荷,電荷電勢(shì)能才減小,負(fù)電荷則相反,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。因?yàn)椴恢离姾傻某跛俣?所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤。5.(2021遼寧錦州一中期中)在電場(chǎng)中把一個(gè)電荷量為-6×10-8C的點(diǎn)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn),克服靜電力做功3×10-5J;將此電荷從B點(diǎn)移到C點(diǎn),靜電力做功為4.5×10-5J。(1)若將此電荷從A點(diǎn)移到C點(diǎn),電荷的電勢(shì)能變化多少?(2)若A點(diǎn)的電勢(shì)為零,則B、C兩點(diǎn)的電勢(shì)分別為多少?答案(1)減少1.5×10-5J(2)-500V250V解析(1)依題意從A點(diǎn)移到B點(diǎn)靜電力做功WAB=-3×10-5J,從B點(diǎn)移到C點(diǎn)靜電力做功WBC=4.5×10-5J,從A點(diǎn)移到C點(diǎn),靜電力做功為WAC=WAB+WBC=-3×10-5J+4.5×10-5J=1.5×10-5J;故從A點(diǎn)移到C點(diǎn)電勢(shì)能減少1.5×10-5J。(2)設(shè)B、C點(diǎn)的電勢(shì)分別為φB、φC,有:φA-φB=EpφA-φC=Ep解得φB=-500V,φC=250V。6.如圖所示,在電場(chǎng)強(qiáng)度為E=104N/C、方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,用一根長(zhǎng)l=1m的絕緣細(xì)桿(質(zhì)量不計(jì))固定一個(gè)質(zhì)量為m=0.2kg、電荷量為q=5×10-6C的帶正電的小球。細(xì)桿可繞軸O在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)將桿由水平位置A輕輕釋放,在小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)B的過(guò)程中,靜電力對(duì)小球做功多少?小球電勢(shì)能如何變化?答案0.05J電勢(shì)能減少0.05J解析靜電力做功與路徑無(wú)關(guān)。在小球由A運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)B的過(guò)程中,靜電力對(duì)小球做的正功為W=qEl=5×10-6×104×1J=0.05J靜電力對(duì)小球做正功,小球電勢(shì)能減少,減少的電勢(shì)能為0.05J。等級(jí)考提升練7.(多選)如圖所示,圖中的實(shí)線(xiàn)表示電場(chǎng)線(xiàn),虛線(xiàn)表示只受靜電力作用的帶正電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡,粒子先經(jīng)過(guò)M點(diǎn),再經(jīng)過(guò)N點(diǎn),可以判定()A.M點(diǎn)的電勢(shì)高于N點(diǎn)的電勢(shì)B.M點(diǎn)的電勢(shì)低于N點(diǎn)的電勢(shì)C.粒子在M點(diǎn)受到的靜電力大于在N點(diǎn)受到的靜電力D.粒子在M點(diǎn)的電勢(shì)能大于在N點(diǎn)的電勢(shì)能答案AD解析沿著電場(chǎng)線(xiàn)的方向電勢(shì)降低,故選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電場(chǎng)線(xiàn)越密,電場(chǎng)強(qiáng)度越大,同一粒子受到的靜電力越大,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;粒子從M點(diǎn)到N點(diǎn)靜電力做正功,所以電勢(shì)能減小,所以選項(xiàng)D正確。8.(多選)如圖甲所示,Q1、Q2為兩個(gè)固定點(diǎn)電荷,其中Q1帶正電,它們連線(xiàn)的延長(zhǎng)線(xiàn)上有a、b兩點(diǎn)。一正試探電荷以一定的初速度沿直線(xiàn)從b點(diǎn)開(kāi)始經(jīng)a點(diǎn)向遠(yuǎn)處運(yùn)動(dòng),其速度圖像如圖乙所示。則()A.Q2帶正電B.Q2帶負(fù)電C.試探電荷從b點(diǎn)到a點(diǎn)的過(guò)程中電勢(shì)能增大D.試探電荷從b點(diǎn)到a點(diǎn)的過(guò)程中電勢(shì)能減小答案BC解析選項(xiàng)診斷結(jié)論A由v-t圖,從b點(diǎn)到a點(diǎn)v減小,故試探電荷受向左的靜電力,因此Q2帶負(fù)電×B理由同選項(xiàng)A√C從b點(diǎn)到a點(diǎn),由于靜電力做負(fù)功,其電勢(shì)能增大√D理由同選項(xiàng)C×9.(多選)(2020全國(guó)Ⅲ卷)如圖所示,∠M是銳角三角形PMN最大的內(nèi)角,電荷量為q(q>0)的點(diǎn)電荷固定在P點(diǎn)。下列說(shuō)法正確的是()A.沿MN邊,從M點(diǎn)到N點(diǎn),電場(chǎng)強(qiáng)度的大小逐漸增大B.沿MN邊,從M點(diǎn)到N點(diǎn),電勢(shì)先增大后減小C.正電荷在M點(diǎn)的電勢(shì)能比其在N點(diǎn)的電勢(shì)能大D.將正電荷從M點(diǎn)移動(dòng)到N點(diǎn),電場(chǎng)力所做的總功為負(fù)答案BC解析本題以點(diǎn)電荷的電場(chǎng)為背景,意在考查靜電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布規(guī)律和電勢(shì)、電勢(shì)能、電場(chǎng)力做功的關(guān)系。沿MN邊,從M點(diǎn)到N點(diǎn),距P點(diǎn)的距離先變小后變大,P點(diǎn)的點(diǎn)電荷帶正電,電場(chǎng)強(qiáng)度E=kqr2,越靠近P點(diǎn),電場(chǎng)強(qiáng)度越大,電勢(shì)越大,所以電場(chǎng)強(qiáng)度先變大后變小,電勢(shì)先變大后變小,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;正電荷在電勢(shì)高的位置電勢(shì)能也大,所以正電荷在M點(diǎn)的電勢(shì)能大于其在N點(diǎn)的電勢(shì)能,選項(xiàng)C正確;將正電荷由電勢(shì)能大的M點(diǎn)移到電勢(shì)能小的N點(diǎn),電場(chǎng)力做正功,選項(xiàng)10.(多選)如圖所示,在點(diǎn)電荷Q產(chǎn)生的電場(chǎng)中,實(shí)線(xiàn)MN是一條方向未標(biāo)出的電場(chǎng)線(xiàn),虛線(xiàn)AB是一個(gè)電子只在靜電力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡。設(shè)電子在A、B兩點(diǎn)的加速度大小分別為aA、aB,電勢(shì)能分別為EpA、EpB。下列說(shuō)法正確的是()A.電子一定從A向B運(yùn)動(dòng)B.若aA>aB,則Q靠近M端且為正電荷C.無(wú)論Q為正電荷還是負(fù)電荷一定有EpA<EpBD.B點(diǎn)電勢(shì)可能高于A點(diǎn)電勢(shì)答案BC解析電子在電場(chǎng)中做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng),虛線(xiàn)AB是電子只在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡,電場(chǎng)力沿電場(chǎng)線(xiàn)指向曲線(xiàn)的凹側(cè),電場(chǎng)的方向與電場(chǎng)力的方向相反,如圖所示。由所給條件無(wú)法判斷電子的運(yùn)動(dòng)方向,故A錯(cuò)誤;若aA>aB,說(shuō)明電子在A點(diǎn)受到的電場(chǎng)力較大,A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度較大,根據(jù)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)分布可知,靠近M端為場(chǎng)源電荷的位置,應(yīng)為正電荷,故B正確;無(wú)論Q為正電荷還是負(fù)電荷,一定有電勢(shì)φA>φB,電子的電勢(shì)能Ep=-eφ,電勢(shì)能是標(biāo)量,所以一定有EpA<EpB,故C正確,D錯(cuò)誤。11.一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向水平向左,如圖所示,一個(gè)質(zhì)量為m的帶正電的小球以初速度v0從O點(diǎn)出發(fā),在靜電力與重力的作用下,恰能沿與電場(chǎng)強(qiáng)度的反方向成θ角的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。求小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能與在O點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能之差。答案12mv解析設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度為E,小球帶電荷量為q,因小球做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),它所受的靜電力qE和重力mg的合力必沿此直線(xiàn),如圖所示,有qE=mgtanθ,F合=小球做勻減速運(yùn)動(dòng)的加速度大小為a=gsin設(shè)從O點(diǎn)到最高點(diǎn)的位移為x,則v02=2運(yùn)動(dòng)的水平距離為L(zhǎng)=xcosθ;兩點(diǎn)的電勢(shì)能之差ΔEp=qEL;由以上各式得ΔEp=12mv012.電荷量為q=1×10-4C的帶正電的小物塊置于粗糙的絕緣水平面上,所在空間存在沿水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度E與時(shí)間t的關(guān)系及物塊速度v與時(shí)間t的關(guān)系分別如圖甲、乙所示,若重力加速度g取10m/s2,求:(1)物塊的質(zhì)量m和物塊與水平面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)。(2)物塊運(yùn)動(dòng)2s過(guò)程中,其電勢(shì)能的改變量。答案(1)0.5kg0.4(2)電勢(shì)能減