2019高中物理 第二章 電場與示波器 2.2 研究電場的能的性質(zhì)（一）練習(xí)（含解析）滬科選修3-1.docx

研究電場的能的性質(zhì)（一）一、選擇題（一）1.圖示是某電場中的一條直線,一電子從a點由靜止釋放,它將沿直線向b點運動,下列有關(guān)該電場情況的判斷中,正確的是()A.該電場一定是勻強電場B.電場強度Ea一定小于EbC.電子的電勢能Epa>EpbD.電子的電勢能Epa<Epb解析:只有一條電場線,無法判斷該電場是不是勻強電場,也無法判斷電場強度Ea和Eb的大小關(guān)系,選項A、B錯誤;電子在電場力作用下從a運動到b,電場力做正功,電勢能減小,選項C正確,選項D錯誤。答案:C2.(多選)下列說法中,正確的是()A.當(dāng)兩個正點電荷互相靠近時,它們之間的庫侖力增大,它們的電勢能也增大B.當(dāng)兩個負點電荷互相靠近時,它們之間的庫侖力增大,它們的電勢能也增大C.一個正電荷與一個負點電荷互相靠近時,它們之間的庫侖力增大,它們的電勢能也增大D.一個正點電荷與一個負點電荷互相靠近時,它們之間的庫侖力減小,它們的電勢能也減小解析:兩個同種電荷互相靠近時,距離減小,庫侖力增大,電場力做負功,電勢能增大,選項A、B正確;兩個異種電荷互相靠近時,距離減小,庫侖力增大,電場力做正功,電勢能減小,選項C、D錯誤。答案:AB3.如果在某電場中將電荷量為5.010-4 C的正電荷,僅在電場力作用下由A點移到B點,電場力做功為2.010-3 J,則()A.電荷在B點的動能比在A點的動能小2.010-3 JB.電荷在B點的電勢能比在A點的電勢能小2.010-3 JC.A、B兩點間電勢差為-4 VD.若在A、B兩點間移動一個q=1.010-4 C的負電荷,電場力將做4.010-4 J的功解析:由A點移到B點,電場力做正功,動能增加,電勢能減少,選項A錯誤,選項B正確;A、B兩點間電勢差UAB=Wq=2.010-35.010-4V=4V,選項C錯誤;在A、B兩點間移動一個q=1.010-4C的負電荷,電場力做功W=qU=-1.010-44J=-4.010-4J,選項D錯誤。答案:B4.(多選)一帶電小球在空中由A點運動到B點的過程中,受重力和電場力作用。若重力做功-3 J,電場力做功1 J,則小球的()A.重力勢能增加3 JB.電勢能增加1 JC.動能減少3 JD.機械能增加1 J解析:重力做功-3J,則重力勢能增加3J,選項A正確;電場力做功1J,電勢能減少1J,選項B錯誤;合外力做功為-3J+1J=-2J,故動能減少2J,選項C錯誤;機械能的變化等于重力之外其他力做的功,即電場力做的功,為1J,因此機械能增加1J,選項D正確。答案:AD5.(多選)如圖所示,空間有一勻強電場,電場方向與紙面平行。一電荷量為-q的粒子(重力不計),在恒力F的作用下沿虛線由M勻速運動到N。已知力F與M、N連線的夾角為,M、N兩點間的距離為d,則下列結(jié)論中正確的是()A.M、N兩點的電勢差為FdcosqB.勻強電場的電場強度大小為FcosqC.帶電粒子由M運動到N的過程中,電勢能增加了Fdcos D.若要使帶電粒子由N向M做勻速直線運動,則F必須反向解析:粒子做勻速運動,電場力必與恒力F平衡,由M點運動到N點,電場力做功為W=-Fdcos,由電勢差定義得UMN=-Wq=Fdcosq,選項A正確;由粒子受力情況可知,電場強度E=Fq,選項B錯誤;電勢能增加量等于克服電場力做的功Fdcos,選項C正確;粒子做勻速直線運動的條件是受力平衡,即由N運動到M,受力不變,選項D錯誤。答案:AC6.如圖所示,一帶負電的粒子以某速度進入水平向右的勻強電場中,在電場力作用下形成圖中所示的運動軌跡。M和N是軌跡上的兩點,其中M點在軌跡的最右點。不計重力,下列表述中正確的是()A.粒子在M點的速率最大B.粒子所受電場力沿電場方向C.粒子在電場中的加速度不變D.粒子在電場中的電勢能始終在增加解析:由題圖知該電場為勻強電場,因此帶電粒子受到的電場力方向恒定,大小不變,因此選項C正確。由電荷運動軌跡與受力關(guān)系可判定電荷受力向左,選項B錯誤。因此由N到M電場力對粒子做負功,其速度應(yīng)減小,選項A錯誤。電勢能在前段與后段變化情況不一樣,選項D錯誤。答案:C二、非選擇題（一）7.如圖所示,在電場強度為E=104 N/C、方向水平向右的勻強電場中,用一根長L=1 m的絕緣細桿(質(zhì)量不計)固定一個質(zhì)量為m=0.2 kg、電荷量為q=510-6 C、帶正電的小球。細桿可繞軸O在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動?，F(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,電場力對小球做功多少?小球電勢能如何變化?解析:電場力做功與路徑無關(guān)。在小球由A運動到最低點B的過程中,電場力對小球做的正功為W=qEL=510-61041J=0.05J電場力對小球做正功,小球電勢能減少,減少的電勢能為0.05J。答案:0.05 J電勢能減少0.05 J8.在370JRB22彩色顯像管中,陰極A與陽極B間的電勢差UAB=-22.5 kV,電子從陰極至陽極加速,試求電場力做的功,電子到達陽極的速度v。解析:在電子從陰極A到陽極B的過程中,有WAB=qUAB=(-1.610-19)(-22.5103)J=3.610-15J應(yīng)用動能定理得12mv2=WABv=2WABm=23.610-150.9110-30m/s=8.9107m/s。答案:3.610-15 J8.9107 m/s三、選擇題（二）1.如圖所示,實線為方向不明的三條電場線,從電場中M點以相同速度飛出a、b兩個帶電粒子,只在電場力作用下它們的運動軌跡如圖中虛線所示。下列說法正確的是()A.a一定帶正電,b一定帶負電B.a、b的速度一個將減小,一個將增大C.a的加速度將減小,b的加速度將增大D.兩個粒子的電勢能一個將增加,一個將減少解析:由于三條電場線的方向不知,所以a、b兩個帶電粒子所帶電荷的性質(zhì)無法判斷,但是電場力對a、b兩個帶電粒子都做正功,所以a、b的速度都將增大,兩個粒子的電勢能都將減少。由于電場線的疏密程度表示電場強度的大小,所以a的加速度將減小,b的加速度將增大。故選項C正確。答案:C2.電荷量分別為+q、+q、-q的三個帶電小球,分別固定在邊長均為L的絕緣三角形框架的三個頂點上,并置于電場強度為E的勻強電場中,如圖所示,若三角形繞穿過其中心O垂直于三角形所在平面的軸逆時針轉(zhuǎn)過120,則此過程中電場力做功為()A.12EqLB.-12EqLC.EqLD.-EqL解析:電場力最右上角+q做功-EqL,電場力對底端+q做功12qEL,電場力對左上角-q做功-12EqL,所以電場力的總功為-EqL,選D。答案:D3.一帶電油滴在勻強電場E中的運動軌跡如圖中虛線所示,電場方向豎直向下。若不計空氣阻力,則此帶電油滴從a運動到b的過程中,能量變化情況為()A.動能減小B.電勢能增加C.動能和電勢能之和減小D.重力勢能和電勢能之和增加解析:由題圖所示的軌跡可知電場力大于重力,則從a到b,電場力做正功,電勢能減少;重力做負功,重力勢能增加。又電場力做的功大于克服重力做的功,所以動能增加,由動能定理可得W電-W重=Ek,動能和電勢能之和減少,重力勢能和電勢能之和減少,所以選項C正確。答案:C4.一個帶正電的質(zhì)點,電荷量q=2.010-9C,它在靜電場中由a點移到b點。在這個過程中,除電場力外,其他力做的功為6.010-5 J,質(zhì)點的動能增加了8.010-5 J,則a、b兩點的電勢差Uab為()A.3104 VB.1104 VC.4104 VD.7104 V解析:由動能定理得WF+qUab=EkUab=Ek-WFq=8.010-5-6.010-52.010-9V=1104V。答案:B四、非選擇題（二）5.如圖所示的勻強電場中,有A、B、C三點,AB=5 cm,BC=12 cm,其中AB沿電場方向,BC和電場線方向成60角,一個電荷量為q=410-8 C的正電荷從A移到B電場力做功為W1=1.210-7 J,求:(1)勻強電場的電場強度E;(2)電荷從B移到C,電場力做的功W2;(3)A、C兩點間的電勢差UAC。解析:由于電場力做功W=qU與路徑無關(guān),只與初、末位置間的電勢差有關(guān),故可根據(jù)已知的電場力做功先求電勢差,再根據(jù)勻強電場中場強與電勢差的關(guān)系確定場強E。反之亦然。(1)設(shè)A、B兩點間距離為d,有W1=qEd由式得E=W1qd=1.210-7410-8510-2V/m=60V/m。(2)設(shè)B、C兩點沿場強方向距離為d1,有d1=BCcos60W2=qEd1由式得W2=qEBCcos60=410-8601210-20.5J=1.4410-7J。(3)設(shè)電荷從A移到C電場力做功為W,有W=W1+W2W=qUAC由式得UAC=W1+W2q=1.210-7+1.4410-7410-8V=2.6410-7410-8V=6.6V。答案:(1)60 V/m(2)1.4410-7 J(3)6.6 V6.真空中存在空間范圍足夠大的、水平向右的勻強電場。在電場中,若將一個質(zhì)量為m、帶正電的小球由靜止釋放,運動中小球的速度與豎直方向的夾角為37(取sin 37=0.6,cos 37=0.8)?，F(xiàn)將該小球從電場中某點以初速度v0豎直向上拋出。求運動過程中:(1)小球受到的電場力的大小及方向。(2)小球從拋出點至最高點的電勢能變化量。解析:根據(jù)題設(shè)條件,電場力大小為FE=mgtan37=34mg電場力的方向水平向右。(2)小球沿豎直方向做勻減速運動,速度為vy=v0-gt沿水平方向做初速度為零的勻加速運動,加速度為ax,有ax=FEm=34g小球上升到最高點的時間t=v0g,此過程小球沿電場方向的位移為sx=12axt2=3v028g電場力做功W=FEsx=932mv02小球上升到最高點的過程中,電勢能減少932mv02。答案:(1)34mg電場力的方向水平向右(2)932mv02