2024-2025學年高中物理第十章靜電場中的能量1電勢能和電勢課時作業(yè)含解析新人教版必修第三冊

PAGEPAGE7課時作業(yè)5電勢能和電勢時間：45分鐘一、單項選擇題1．下列說法中正確的是(D)A．電場線密集處場強大，電勢高B．沿電場線方向場強減小，電勢降低C．在電勢高處電荷具有的電勢能大D．場強為零處，電勢不肯定為零解析：電場線密集處場強大，電勢不肯定高，A錯；沿電場線方向電勢降低，但場強不肯定減小，B錯；正電荷在電勢高處具有較大電勢能，但對于負電荷正好相反，C錯；場強大小與電勢凹凸無必定關系，D對．2．在點電荷Q形成的電場中有一點A，當一個－q的摸索電荷從電場的無限遠處被移到電場中的A點時，電場力做的功為W，則摸索電荷在A點的電勢能及電場中A點的電勢分別為(A)A．EpA＝－W，φA＝W/q B．EpA＝W，φA＝－W/qC．EpA＝W，φA＝W/q D．EpA＝－W，φA＝－W/q解析：由W＝－EpA，可得：EpA＝－W，由φ＝eq\f(Ep,q)得：φA＝eq\f(EpA,qA)＝eq\f(－W,－q)＝eq\f(W,q).故只有A正確．3.如圖所示，在O點的點電荷＋Q形成的電場中，摸索電荷＋q由A點移到B點電場力做功為W1，以OA為半徑畫弧交OB于C，再把摸索電荷由A點移到C點電場力做功為W2，由C點移到B點電場力做功為W3，則三者關系為(C)A．W1＝W2＝W3<0 B．W1>W2＝W3>0C．W1＝W3>W2＝0 D．W3>W1＝W2＝0解析：因A、C兩點電勢相等，所以W1＝W3>W2＝0，所以C正確．4.三個點電荷電場的電場線分布如圖所示，圖中a、b兩點處的場強大小分別為Ea、Eb，電勢分別為φa、φb，則(C)A．Ea>Eb，φa>φbB．Ea<Eb，φa<φbC．Ea>Eb，φa<φbD．Ea<Eb，φa>φb解析：依據(jù)電場線的疏密表示場強的大小可知：Ea>Eb；依據(jù)順著電場線電勢越來越低的規(guī)律可知：φa<φb，C正確．5.如圖所示，虛線a、b、c代表電場中的三條電場線，實線為一帶負電的粒子僅在電場力作用下通過該區(qū)域時的運動軌跡，P、R、Q是這條軌跡上的三點，由此可知(A)A．帶電粒子在R點時的速度大小大于在Q點時的速度大小B．帶電粒子在P點時的電勢能比在Q點時的電勢能大C．帶電粒子在R點時的動能與電勢能之和比在Q點時的小，比在P點時的大D．帶電粒子在R點時的加速度大小小于在Q點時的加速度大小解析：粒子做曲線運動，電場力指向曲線的內側，所以電場力的方向沿電場線向右，若粒子從P運動到Q，電場力做負功，電勢能增大，動能減小，R點速度大于Q點速度，若粒子從Q運動到P，則電場力做正功，電勢能減小，動能增大，Q點速度小于R點速度，在P點時的電勢能比在Q點時的電勢能小，故A正確，B錯誤；只有電場力做功，電勢能和動能之和守恒，動能與電勢能之和保持不變，故C錯誤；由電場線疏密可知R點場強比Q點大，電場力大，加速度大，故D錯誤．6.如圖所示，高速運動的α粒子(帶正電)被位于O點的重原子核散射，實線表示α粒子運動的軌跡，M、N和Q為軌跡上的三點，N點離核最近，Q點比M點離核更遠，則(B)A．α粒子在M點的速率比在Q點的大B．三點中，α粒子在N點的電勢能最大C．在重核產生的電場中，M點的電勢比Q點的低D．α粒子從M點運動到Q點，電場力對它做的總功為負功解析：高速運動的α粒子被位于O點的重原子核散射，離原子核越近，速率越小，電勢能越大，所以α粒子在M點的速率比在Q點的小，三點中，α粒子在N點的電勢能最大，選項A錯誤，B正確．在重核產生的電場中，M點的電勢比Q點的高，α粒子從M點運動到Q點，電場力對它做的總功為正功，選項C、D錯誤．二、多項選擇題7．如圖所示，光滑絕緣細管與水平面成30°角，在管的上方P點固定一個點電荷＋Q，P點與細管在同一豎直平面內，管的頂端A與P點連線水平．電荷量為－q的小球(小球直徑略小于細管內徑)從管中A點由靜止起先沿管向下運動，在A點時小球的加速度為a.圖中PB⊥AC，B是AC的中點，不考慮小球電荷量對電場的影響．則在＋Q形成的電場中(BCD)A．A點的電勢高于B點的電勢B．B點的電場強度大小是A點的4倍C．小球從A到C的過程中電勢能先削減后增加D．小球運動到C點的加速度為g－a解析：正點電荷形成的電場中，A、B兩點距離點P不相等，電勢不相等，B點離點電荷近，電勢高于A點，故A選項錯誤；依據(jù)電場強度的定義式可知，點電荷四周的場強E＝keq\f(Q,r2)，依據(jù)幾何關系rBrA＝12，則eq\f(EB,EA)＝eq\f(r\o\al(2,A),r\o\al(2,B))＝eq\f(4,1)，則B點的電場強度大小是A點的4倍，故B選項正確；依據(jù)點電荷形成的電場的場強分布狀況可知，φA＝φC<φB，負電荷在電勢高的地方電勢能小，在電勢低的地方電勢能大，帶負電的小球從A到C的過程中電勢能先削減后增加，故C選項正確；設靜電力沿細管方向供應的加速度為a電，小球在A點時，在重力和靜電力沿細管向下的分力供應向下的加速度，a＝gsin30°＋a電，在C點時，加速度a′＝gsin30°－a電，聯(lián)立解得a′＝g－a，故D選項正確．8．兩個不規(guī)則帶電導體間的電場線分布如圖所示，已知導體旁邊的電場線均與導體表面垂直(導體表面各點電勢相等)，a、b、c、d為電場中幾個點，并且a、d為緊靠導體表面的兩點，選無窮遠處為電勢零點，則(BD)A．場強大小關系有Eb>EcB．電勢大小關系有φb>φdC．將一負電荷放在d點時其電勢能為負值D．將一正電荷由a點移到d點的過程中電場力做正功解析：同一電場中，電場線密的地方電場強度大，因此Eb<Ec，選項A錯誤；沿電場線方向電勢降低，且導體表面各點電勢相等，因此φb>φd，選項B正確；由于無窮遠處電勢為零，故d點電勢為負，負電荷放在d點時電勢能為正值，選項C錯誤；由題圖可知，φa>φd，則將正電荷由a點移至d點的過程中電勢能減小，電場力做正功，選項D正確．9.如圖所示，在粗糙的斜面上固定一點電荷Q，在M點無初速度地釋放帶有恒定電荷的小物塊，小物塊在Q的電場中沿斜面運動到N點靜止，則從M到N的過程中(AC)A．小物塊所受的靜電力減小B．小物塊的電勢能可能增加C．小物塊電勢能改變量的大小肯定小于克服摩擦力做的功D．M點的電勢肯定高于N點的電勢解析：小物塊從M點由靜止釋放，至N點又靜止，說明物塊先加速后減速，因此物塊肯定受摩擦力的作用．其能量在重力勢能、電勢能和內能之間轉化．Q為點電荷，由F＝eq\f(kQq,r2)，因rM<rN，所以FN<FM，A正確；由小物塊的初、末狀態(tài)可知，小物塊從M到N的過程先加速再減速，這說明，物塊在運動過程中沿斜面對下的力在減小，而重力和摩擦力均為恒力，所以電荷間的庫侖力為斥力，且?guī)靵隽ψ稣?，電勢能減小，B錯誤；由功能關系可知，克服摩擦力做的功等于電勢能的削減量和重力勢能的削減量之和，故C正確；因不知Q和物塊的電性，無法推斷電勢凹凸，D錯誤．10.如圖所示，實線是一個電場中的電場線，虛線是一個負摸索電荷在這個電場中的軌跡，若電荷是從a處運動到b處，以下推斷正確的是(BD)A．電荷從a到b加速度減小B．b處電勢能大C．b處電勢高D．電荷在b處速度小解析：由題圖可知b處的電場線比a處的電場線密，說明b處的場強大于a處的場強．依據(jù)牛頓其次定律，摸索電荷在b處的加速度大于在a處的加速度，A選項錯．由題圖可知，電荷做曲線運動，必受到不等于零的合外力，即F≠0，且F的方向應指向運動軌跡的凹向．因為摸索電荷帶負電，所以電場線指向是從疏到密．再利用“電場線方向為電勢降低最快的方向”推斷a、b處電勢凹凸關系是φa>φb，C選項錯．依據(jù)摸索電荷的位移方向與所受電場力的夾角大于90°，可知電場力對摸索電荷做負功．功是能量改變的量度，可推斷由a→b電勢能增加，B選項正確．又因電場力做功與路徑無關，系統(tǒng)的能量守恒，電勢能增加則動能減小，即速度減小，D選項正確．三、非選擇題11．將帶電荷量為1×10－8C的電荷，從無限遠處移到電場中的A點，要克服靜電力做功1×10－6(1)電荷的電勢能是增加還是削減？電荷在A點具有多少電勢能？(2)A點的電勢是多少？答案：(1)增加1×10－6J(2)100V解析：(1)因靜電力做負功，則電荷的電勢能增加．因無限遠處電勢能為零，所以電荷在A點具有的電勢能為1×10－6J.(2)A點電勢為φA＝eq\f(EpA,q)＝eq\f(1×10－6,1×10－8)V＝100V.12.如圖所示，在電場強度為E＝1×104N/C、方向水平向右的勻強電場中，用一根長L＝1m的絕緣細桿(質量不計)固定一個質量為m＝0.2kg、電荷量為q＝5×10－6C、帶正電的小球．細桿可繞軸O在豎直平面內自由轉動．現(xiàn)將桿由水平位置A輕輕釋放，在小球運動到最低點B的過程中．(g取10m/s2(1)電場力對小球做功多少？小球電勢能如何改變？(2)小球在最低點的動能為多少？答案：(1)5×10－2J電勢能削減(2)2.05J解析：(1)電場力做功僅與初末位置有關．W電＝qE·L＝5×10－6×1×104×1J＝5×10－2J.電場力做正功小球電勢能削減．(2)由動能定理得：mgL＋W電＝EkB－0所以EkB＝0.2×10×1J＋5×10－2J＝2.05J.13.如圖所示，在一足夠大的空間內存在著水平向右的勻強電場，電場強度大小E＝3.0×104N/C.有一個質量m＝4.0×10－3kg的帶電小球，用絕緣輕細線懸掛起來，靜止時細線偏離豎直方向的夾角θ＝37°.取g＝10m/s2(1)求小球所帶的電荷量及電性；(2)假如將細線輕輕剪斷，求細線剪斷后，小球運動的加速度大??；(3)從剪斷細線起先經過時間t＝0.20s，求這段時間內小球電勢能的改變量．答案：(1)1.0×10－6C(2)12.5m/s2(3)4.5×10－3J解析：(1)小球受到重力mg、電場力F和細線的拉力T的作用，由共點力平衡條件，得F＝qE＝mgtanθ解得q＝eq\f(mgtanθ,E)＝1.0×10－6C電場力的方向與電場強度