2015-2016学年高中物理 1.4电势能和电势同步练习 新人教版选修3-1

4 电势能和电势
A组
1.下列说法正确的是()
A.电荷从电场中的A点运动到了B点,路径不同,静电力做功的大小就可能不同
B.电荷从电场中的某点开始出发,运动一段时间后,又回到了该点,则静电力做功为零
C.正电荷沿着电场线运动,静电力对正电荷做正功,负电荷逆着电场线运动,静电力对负电荷做负功
D.电荷在电场中运动,因为静电力可能对电荷做功,所以能量守恒定律在电场中并不成立
解析:静电力做功和电荷运动路径无关,所以选项A错误;静电力做功只和电荷的初末位置有关,所以电荷从某点出发又回到了该点,静电力做功为零,选项B正确;正电荷沿电场线的方向运动,则正电荷受到的静电力和电荷的位移方向相同,故静电力对正电荷做正功,同理,负电荷逆着电场线的方向运动,静电力对负电荷做正功,选项C错误;电荷在电场中虽然有静电力做功,但是电荷的电势能和其他形式的能之间的转化满足能量守恒定律,选项D错误。

答案:B
2.在静电场中,将一正电荷从A点移到B点,静电力做了负功,则()
A.B点的电场强度一定比A点大
B.电场线方向一定从B指向A
C.B点的电势一定比A点高
D.该电荷的动能一定减少
解析:从A到B,静电力对正电荷做负功,该电荷电势能增加,qφA<qφB,即φA<φB,故选项C正确;电场线不一定是直线,选项B错误;该电荷除了受静电力,是否还受其他力不清楚,选项D错误;条件不足,无法判断A、B两点电场强度的大小,选项A错误。

答案:C
3.(多选)如图所示为一组电场线,电场中有A、B两点,下列判断正确的是()
A.电势φA>φB,电场强度E A>E B
B.电势φA>φB,电场强度E A<E B
C.将电荷量为q的正电荷从A点移到B点,静电力做正功,电势能减少
D.将电荷量为q的负电荷分别放在A、B两点,电荷具有的电势能E p A>E p B
解析:从题图可以看出,B处电场线较密,故电场强度E A<E B,沿电场线方向,电势降低,故电势φA>φB,选项A错误,B正确;正电荷受静电力方向与电场线方向相同,从A向B移动时静电力做正功,电势能减少,负电荷受静电力方向与电场线方向相反,从A移动到B时,静电力做负功,电势能增加,即电势能E p A<E p B,选项C正确,D错误。

答案:BC
4.如图所示,实线和虚线分别表示等量异种点电荷的电场线和等势线,则下列有关P、Q两点的相关说法中正确的是()
A.两点的电场强度等大、反向
B.P点电场更强
C.两点电势一样高
D.Q点的电势较低
解析:P点电场线较疏,Q点电场线较密,所以Q点电场强度更强,选项A、B错误。

P、Q两点在同一条等势线上,所以两点电势一样高,选项C正确,选项D错误。

答案:C
5.将一正电荷从无穷远处移至电场中M点,静电力做功为
6.0×10-9 J,若将一个等量的负电荷从电场中N点移向无穷远处,静电力做功为
7.0×10-9 J,则M、N两点的电势φM、φN有如下关系() A.φM<φN<0 B.φN>φM>0
C.φN<φM<0
D.φM>φN>0
解析:取无穷远处电势φ∞=0。

对正电荷有W∞M=0-E p M=-qφM,φM==- V;对负电荷有W N∞=E p N-0=-
qφN,φN==- V,所以φN<φM<0,选项C正确。

答案:C
6.(多选)如图所示,某区域电场左右对称分布,M、N为对称线上的两点,下列说法正确的是()
A.M点电势一定高于N点电势
B.M点电场强度一定大于N点电场强度
C.正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能
D.将电子从M点移动到N点,静电力做正功
解析:沿电场线方向电势逐渐降低,M点电势一定高于N点电势,选项A正确;因电场线越密的区域电场强度越大,由题图可知,N点电场强度大于M点电场强度,选项B错误;由E p=qφ可知,正电荷在M 点的电势能大于在N点的电势能,选项C正确;电子从M点移到N点的过程中,受到的静电力与移动方向相反,静电力做负功,选项D错误。

答案:AC
7.把q=1.0×10-8 C的电荷从无穷远处移到电场中的A点,克服静电力做功W=1.2×10-4 J。

(1)q在A点的电势能和A点的电势各是多少?
(2)q在未移入电场前A点的电势是多少?
解析:(1)静电力做负功,电势能增加,无穷远处的电势为零,电荷在无穷远处的电势能也为零,电势能的变化量等于静电力做的功,即W∞A=E p∞-E p A=0-E p A。

所以E p A=-W∞A=W=1.2×10-4 J,φA= V=1.2×104 V。

(2)A点的电势是由电场本身决定的,跟A点是否有电荷存在无关,所以q在移入电场前,A点的电势仍为1.2×104 V。

答案:(1)1.2×10-4 J1.2×104 V(2)1.2×104 V
8.如图所示,在电场强度为E=104 N/C、方向水平向右的匀强电场中,用一根长l=1 m的绝缘细杆(质量不计)固定一个质量为m=0.2 kg、电荷量为q=5×10-6 C的带正电的小球。

细杆可绕轴O在竖直平面内自由转动。

现将杆由水平位置A轻轻释放,在小球运动到最低点B的过程中,静电力对小球做功多少?小球电势能如何变化?
解析:静电力做功与路径无关。

在小球由A运动到最低点B的过程中,静电力对小球做的正功为W=qEl=5×10-6×104×1 J=0.05 J
静电力对小球做正功,小球电势能减少,减少的电势能为0.05 J。

答案:0.05 J电势能减少0.05 J
B组
1.(多选)如图是某一点电荷的电场线分布图,下列表述正确的是()
A.A点的电势高于B点的电势
B.该点电荷带负电
C.A点和B点电场强度的方向相同
D.A点的电场强度大于B点的电场强度
解析:
过A点作出等势面如图所示,则A点与C点电势相等,由于沿电场线方向电势降低,所以B点电势高于C点电势,即B点电势高于A点电势,选项A错误;由题图可以判断该点电荷带负电,选项B正确;A点和B点电场强度的方向都沿各自所在电场线的方向,所以方向不同,选项C错误;由于电场线密集处电场强度大,所以A点电场强度大于B点电场强度,选项D正确。

答案:BD
2.(多选)下列关于等势面的说法正确的是()
A.电荷在等势面上移动时不受静电力作用,所以不做功
B.等势面上各点的电场强度相等
C.点电荷在真空中形成的电场的等势面是以点电荷为球心的一簇球面
D.匀强电场中的等势面是相互平行的垂直于电场线的一簇平面
解析:电荷在等势面上移动时受静电力作用,只是静电力与运动方向垂直,所以静电力不做功,选项A 错误;等势面的疏密可表示电场的强弱,等势面上各点的电场强度不一定相等,选项B错误;根据点电荷形成电场的等势面分布特点,是以点电荷为球心的一簇球面,选项C正确;匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平面,选项D正确。

答案:CD
3.如图所示,一带电粒子射入一固定在O点的点电荷的电场中,粒子运动轨迹如图中虚线abc所示。

图中实线是同心圆弧,表示电场的等势面。

不计重力,则下列判断一定错误的是()
A.此粒子一直受到静电排斥力作用
B.粒子在b点的电势能一定大于在a点的电势能
C.粒子在b点的速度一定大于在a点的速度
D.粒子在a点和c点的速度大小一定相等
解析:由运动轨迹可判断带电粒子与点电荷为同号电荷,相互排斥,选项A正确;粒子从a到b静电力做负功,电势能增加,动能减少,故选项B正确,C错误;a、c在同一等势面上,故粒子与a、c两点的电势能相等、动能相等、速度大小相等,选项D正确。

答案:C
4.一带电油滴在匀强电场E中的运动轨迹如图中虚线所示,电场方向竖直向下。

若不计空气阻力,则此带电油滴从a运动到b的过程中,能量变化情况为()
A.动能减少
B.电势能增加
C.动能和电势能之和减少
D.重力势能和电势能之和增加
解析:由题可知,油滴受到的静电力方向是竖直向上的,并且静电力大于重力;油滴从a运动到b的过程中,在竖直方向重力做的功小于静电力做的功,根据能量守恒知必有一部分功转化为油滴的动能,所以动能增大,选项A错误。

由于静电力对油滴做的是正功,所以电势能减少,选项B错误。

静电力做的功一部分用来增加动能,另一部分用来增加重力势能,所以动能和电势能之和减少,选项C 正确。

重力势能和电势能之和也减少,选项D错误。

答案:C
5.如图所示,在电场强度E=104 N/C的水平匀强电场中,有一根长l=15 cm的细线,一端固定在O点,另一端系一个质量m=3 g、电荷量q=2×10-6 C的带正电小球,当细线处于水平位置时,小球从静止开始释放,则小球到达最低点B的速度是多大?(g取10 m/s2)
解析:小球在下落过程中,重力做正功,静电力做负功。

W G=mg·OB
=mgl=3×10-3 kg×10 N/kg×0.15 m
=4.5×10-3 J
W电=-qE·OA=-qEl
=-2×10-6 C×104 N/C×0.15 m=-3×10-3 J
根据动能定理有W=W G+W电=mv2-0
解得v=1 m/s。

答案:1 m/s。