2019-2020版高中物理 第一章 習題課 電場能的性質課時作業(yè) 新人教版選修3-1

習題課電場能的性質1.(2019·陜西漢中校級檢測)某靜電場的電場線分布如圖所示,一負點電荷只在靜電力作用下先后經(jīng)過場中的M,N兩點,過N點的虛線是電場中的一條等勢線,則(C)A.M點的電場強度小于N點的電場強度B.M點的電勢低于N點的電勢C.負點電荷在M點的電勢能小于在N點的電勢能D.負點電荷在M點的動能小于在N點的動能解析:電場線密集的地方,電場強度大,故M點的電場強度大于N點的電場強度,選項A錯誤;沿著電場線電勢降低,故M點的電勢高于N點的電勢,選項B錯誤;負點電荷由M到N靜電力做負功,動能減小,電勢能增加,選項C正確,D錯誤.2.(2019·湖南衡陽月考)如圖所示,虛線是等勢面,相鄰的兩等勢面的電勢差都相等,有一帶正電的小球在電場中運動,實線表示該帶正電的小球的運動軌跡,小球在a點的動能為20 eV,運動到b點的動能為2 eV.若取c點為零電勢點,則當這個小球的電勢能為-6 eV時,它的動能為(不計重力和空氣阻力)(B)A.16 eVB.14 eVC.6 eVD.4 eV解析:設相鄰兩等勢面間的電勢差為U,小球的電荷量為q,小球從a到b和從b到c分別根據(jù)動能定理得-q·3U=Ekb-Eka,qU=Ekc-Ekb,解得Ekc=(Eka+2Ekb)=(20+2×2) eV=8 eV.因為c點電勢為0,所以小球在c點時的電勢能為0,小球在電場中運動只有靜電力做功,所以小球的動能和電勢能的總和保持不變,恒為8 eV,所以當小球的電勢能為-6 eV時,它的動能為14 eV,故B正確.3.如圖所示,平行直線為勻強電場中的一組電場線,有一個電荷量q=2×10-2 C的正電荷僅受靜電力的作用由A點沿曲線運動到B點,虛線是其可能運動的軌跡,已知這個運動過程中電荷的動能減少了2 J,設B點電勢為零,則以下說法中正確的是(A)A.電場強度方向向左B.電荷沿軌跡運動C.A點的電勢為100 VD.電荷在A點的電勢能為2 J解析:正電荷只受靜電力作用,由于動能減少,靜電力做負功,即WAB=-2 J,由WAB=qUAB得UAB=-100 V.即A-B=-100 V,A=B-100 V=-100 V,C錯誤.沿電場線電勢降低,A<B,電場強度方向向左,A正確.正電荷受到的靜電力向左,根據(jù)曲線運動的特點,合外力方向一定指向曲線內側,電荷軌跡應為虛線,B錯誤.電荷在A點的電勢能EpA=qA=-2 J,D錯誤.4.如圖所示,水平線表示勻強電場中的兩等勢面,電勢分別為-2 V和-5 V,兩等勢面相距10 cm,將一帶電荷量為+10-6 C的點電荷從a點勻速移動到b點,ab=30 cm,不計重力,則下列說法正確的是(D)A.此電場的場強大小為10 V/m,方向豎直向下B.此電場的場強大小為30 V/m,方向豎直向上C.所加外力的方向垂直ab斜向下D.外力做的功是-3×10-6 J解析:a,b兩點的電勢差U=3 V,由U=Ed可得E=30 V/m;a點電勢高于b點電勢,電場線方向豎直向下,故A,B錯誤;正電荷在電場中受力向下,要使電荷做勻速直線運動,則外力應與靜電力大小相等、方向相反,故外力大小為F=Eq=3×10-5 N,方向豎直向上,C錯誤;外力做的功W=-Fd=-3×10-5×0.1 J=-3×10-6 J,故D正確.5.(2019·安徽六安校級檢測)x軸上有兩點電荷Q1和Q2,Q1和Q2之間線上各點電勢高低如圖曲線所示(AP>PB),選無窮遠處電勢為0,距電荷量為Q的點電荷r處的電勢為=,從圖中可以看出(C)A.Q1電荷量一定小于Q2電荷量B.P點電場強度是0C.Q1和Q2之間線上各點電場方向都指向Q2D.Q1,Q2可能是同種電荷解析:Q1附近電勢大于零,而Q2附近電勢小于零,可知Q1帶正電、Q2帶負電,選項D錯誤;Q1,Q2之間電場線由Q1指向Q2,選項C正確;兩電荷連線上P點電場強度一定不為零,選項B錯誤;由=k知,Q1在P點電勢為1=,Q2在P點電勢為2=-,而P點電勢為0,則有=,因r1>r2,故Q1>Q2,選項A錯誤.6.在x軸上電場強度E與x的關系如圖所示,O為坐標原點,a,b,c為x軸上的點,a,c之間的距離為d,a,c兩點的電場強度大小均為E0,則下列說法中正確的是(C)A.b>a=c>OB.O<a<b<cC.將質子從a點移到c點,靜電力做功大于eE0dD.將質子從a點移到c點,質子的電勢能增加解析:由圖可知,電場強度方向沿x軸方向,因沿電場方向電勢降低,故O>a>b>c,選項A,B錯誤;ac間的電場強度大于E0,故質子受到的靜電力大于eE0,靜電力做功將大于eE0d,選項C正確;質子受到的靜電力沿x軸正方向,故靜電力對質子做正功,質子的電勢能減小,選項D錯誤.7.(2019·吉林白城模擬)如圖(a)所示,AB是某電場中的一條電場線,若有一電子以某一初速度且僅在靜電力的作用下,沿AB由點A運動到點B,所經(jīng)位置的電勢隨距A點的距離變化的規(guī)律如圖(b)所示.以下說法正確的是(A)A.A,B兩點的電場強度EA>EBB.電子在A,B兩點的速度vA<vBC.A,B兩點的電勢A<BD.電子在A,B兩點的電勢能EpA>EpB解析:根據(jù)x圖象中切線的斜率代表電場強度大小,由圖(b)可看出EA>EB,選項A正確;沿電場線方向電勢降低,所以電場線方向由A指向B,A>B,電子受力方向與電場線方向相反,從A至B,電子減速,vA>vB,選項B,C錯誤;電子從A到B靜電力做負功,電勢能增大,選項D錯誤.8.(2019·青海西寧模擬)(多選)在光滑的絕緣水平面上,有一個正方形abcd,頂點a,c分別固定一個正點電荷,電荷量相等,如圖所示.若將一個帶負電的粒子置于b點,自由釋放,粒子將沿著對角線bd往復運動.粒子從b點運動到d點的過程中(CD)A.先做勻加速運動,后做勻減速運動B.先從高電勢到低電勢,后從低電勢到高電勢C.電勢能與機械能之和保持不變D.電勢能先減小,后增大解析:a,c兩點固定相同的正點電荷,則bd為等量同種點電荷連線的中垂線,由電場線分布情況可知帶電粒子不可能做勻加速或勻減速運動,故A錯誤;等量同種正點電荷連線中垂線上的中點電勢最高,帶負電的粒子從b點運動到d點的過程中,先從低電勢到高電勢,再從高電勢到低電勢,故B錯誤;帶電粒子從b到d運動過程中所受靜電力先由b指向d,后由d指向b,所以靜電力先做正功后做負功,因此電勢能先減小,后增大,故D正確;只有靜電力做功,電勢能與機械能之和保持不變,故C正確.9.(2019·浙江臺州校級檢測)如圖所示,兩塊水平放置的帶電平行金屬板間有豎直向上的勻強電場.一個質量為m、帶電荷量為q的油滴以初速度v0進入電場,并在電場中沿直線運動了一段時間,空氣阻力不計,則(D)A.該油滴帶負電B.在這段時間內靜電力所做的功大于油滴重力勢能的變化C.在這段時間內油滴的機械能保持不變D.在這段時間內油滴的動能保持不變解析:油滴受重力和靜電力,由于油滴做直線運動,故合力一定為零,靜電力與重力平衡,靜電力向上,與場強同向,故油滴帶正電,故A錯誤;由于靜電力和重力是一對平衡力,靜電力做的功等于克服重力做的功,而克服重力做的功等于重力勢能的增加量,所以靜電力所做的功等于油滴重力勢能的變化,故B錯誤;由于除重力外靜電力做正功,故機械能增加,故C錯誤;由于受力平衡,做勻速直線運動,因此動能保持不變,故D正確.10.(2019·山西太原校級月考)一半徑為R的光滑圓環(huán)豎直放在水平向右、場強為E的勻強電場中,如圖所示,環(huán)上a,c是豎直直徑的兩端,b,d是水平直徑的兩端,質量為m的帶電小球套在圓環(huán)上,并可沿環(huán)無摩擦滑動.現(xiàn)使小球由a點靜止釋放,沿abc運動到d點時速度恰好為零.由此可知,小球在b點時(B)A.加速度為零B.機械能最大C.電勢能最大D.動能最大解析:從圖上可以看出小球從a點由靜止出發(fā)到d點仍靜止,由動能定理可知mgR+Wq=0-0,所以有Wq=-mgR,所以小球帶負電,所受到的靜電力大小為F=mg,方向水平向左.在整個過程中,只有由a到b靜電力做了正功,由功能關系可知,在b點機械能最大,選項B對;在b點小球速度要滿足圓周運動的規(guī)律,所以加速度不為零,選項A錯;由b到d靜電力做負功,電勢能增加,d點電勢能最大,選項C錯;由于重力和靜電力都是恒力,所以這兩個力的合力也為恒力,方向為斜向左下方,與豎直方向成45°角,由等效法可知,小球應該運動到合力方向的最低點,其動能最大,選項D錯.11.如圖所示,在豎直平面內,光滑絕緣直桿AC與半徑為R的圓周交于B,C兩點,在圓心處有一固定的正點電荷,B點為AC的中點,C點位于圓周的最低點.現(xiàn)有一質量為m、電荷量為-q套在桿上的帶負電小球(可視為質點)從A點由靜止開始沿桿下滑.已知重力加速度為g,A點距過C點的水平面的豎直高度為3R,小球滑到B點時的速度大小為2.求:(1)小球滑到C點時的速度大小;(2)若以C點作為零電勢點,試確定A點的電勢.解析:(1)因為B,C兩點電勢相等,故小球從B到C運動的過程中靜電力做的總功為零.由幾何關系可得BC的豎直高度hBC=根據(jù)動能定理有mg·=-解得vC=.(2)小球從A到C,重力和靜電力均做正功,所以由動能定理有mg·3R+W電=,又根據(jù)靜電力做功與電勢能的關系W電=EpA-EpC= -qA-(-qC).又因為C=0,可得A=-.答案:(1)(2)-12.(2019·河北邯鄲校級檢測)如圖所示,在絕緣粗糙的水平面上,相距為L的A,B兩點處分別固定著兩個等電荷量的正電荷,a,b是AB連線上的兩點,其中Aa=Bb=,O為AB連線的中點,一質量為m、帶電荷量為+q的小滑塊(可以看成質點)以初動能Ek0從a點出發(fā),沿AB直線向b運動,其中小滑塊第一次經(jīng)過O點時的動能為初動能的3倍,到達b點時動能恰好為零,小滑塊最終停在O點,求:(1)小滑塊與水平面間的動摩擦因數(shù).(2)O,b兩點間的電勢差.(3)小滑塊運動的總路程.解析:(1)由題意可知a,b兩點關于O點對稱,則a,b點電勢相等,即Uab=0.設滑塊與水平面間的摩擦力大小為Ff.對滑塊從a到b的過程中,由動能定理得-Ff=0-Ek0,摩擦力Ff=mg,解得=.(2)對于滑塊從O到b的過程中,由動能定理得qUO b-mg·=0-3Ek0,解得UOb=-.(3)對于滑塊從a開始運動到最終在O點停下的整個過程,由動能定理得qUaO-mgs=0-Ek0,解得s=L.答案:(1)(2)-(3)L6