新版必修3第10章静电场中的能量练习与应用(解析版)

1、第10章静电场中的能量练习与应用解析版2021版新教科书?物理?选修第三册第01节电势能和电势练习与应用教科书第29/30页1.如图10.1-5,在电场强度为60N4的匀强电场中有工、B、C三个点,.铝为5cm,8.为12cm,其中43沿电场方向,8C和电场方向的夹角为60.将电荷量为4xlO$C的正电荷从乂点移到8点,再从3点移到C点,静电力做了多少功？假设将该电荷沿直线由,点移到.点,静电力做的功又是多少？【解析】从乂点移到8点,静电力做的功IV.=EqxAB=60x4xl0x5x10-2J=1.2xIO-7J从3点移到.点,静电力做的功%.=os60=60x4xl0-8xl2xl0_2x

2、lj=1.44xl0-7J.W=W+W=2.64x10"J沿直线由,点移到c点,静电力做的功VV/r=ElccosCAB=60x4xl0_8x5+12xlxl0-2xlj=2.64xl0-7J由于,如下图,ACcosCAB=AB+BCcos6.2 .电荷量如为4x10.9C的试探电荷放在电场中的,4点,具有6x10%的电势能.H点的电势是多少？假设把会为一2xl00C的试探电荷放在电场中的工点,2所具有的电势能是多少？析】4点的电势是念经Epa_6x0彳-4x1.-V=15Vqi所具有的电势能是EP2=(pAq2=15x(-2x1O-,()J=一3x10"J.3 .答复以下

3、题目后小结：如何根据试探电荷的电势能来判断电场中两点电势的上下？11在,4点的电势能比在3点的大,4、3两点哪点电势高？（2） 一g在C点的电势能比在.点的大,C、.两点哪点电势高？（3） g在E点的电势能为负值,一4在下点的电势能是负值,E、尸两点哪点电势高？【解析】根据夕=冬,q1q在H点的电势能比在3点的大,H点电势高：2 2-g在C点的电势能比在.点的大,.点电势高：3g在E点的电势能为负值,那么电势为负,g在产点的电势能是负值,那么电势为正,E、F两点F点电势高.总结：正电荷,电势能大的,电势高,负电荷,电势能小的,电势高.正电势高于负电势.4 .根据图10.1-6解答以下题目,然后

4、进行小结：如何根据匀强电场的电场线来判断两点电势的上下？1河、N是匀强电场中同一条电场线上的两点,哪点电势高？2河、尸是匀强电场中不在同一条电场线上的两点,43是过M点与电场线垂直的直线,那么M、尸两点哪点电势高？.A图101-6【解析】1M、N是匀强电场中同一条电场线上的两点,M点电势高；2“、尸是匀强电场中不在同一条电场线上的两点,13是过河点与电场线垂直的直线,那么尸两点M点电势高.小结：1同一条电场线上的两点,上游的点电势高,由于沿电场线电势降落.2不在同一条电场线上的两点,作其中一点的等势线,然后找等势线上与另一点在同一条电场线上的点,然后进行比拟.5 .如图10.1-7,乂、8是点

5、电荷电场中同一条电场线上的两点,把电荷量成为10-9C的试探电荷从无穷远移到H点,静电力做的功为4xl0-sj：把生为一2x10-9c的试探电荷从无穷远移到B点,静电力做的功为-6x10Mo请判断：场源电荷是正电荷还是负电荷？场源电荷的位置是在A、B的左边还是右边？g图10.1-7【解析】w把电荷量码为109c的试探电荷从无穷远移到X点,静电力做的功为4X10&J,所以%=-=T0Vw把表为一2x10的试探电荷从无穷远移到3点,静电力做的功为一6x10".所以%=-=-301/%场源电荷是负电荷,场源电荷的位置是在A的左边.6 .一个电场中有,4、8两点,电荷量初为2x10-

6、9c的试探电荷放在电场中的A点,具有一4X10-SJ的电势能：染为一3X10-9C的试探电荷放在电场中的B点,具有9xlOSJ的电势能.现把s为一5xlO.9C的试探电荷由工点移到8点,静电力做正功还是负功？数值是多少？F【解析】根据0="A点的电势为%=-20V,B点的电势为/-30V,W=qJUAB=%=5.0xIO"8J.负功.7 .如图1038,A.8为一对等量同种电荷连线上的两点其中5为中点,.为连线中垂线上的一点.今将一个电荷量为q的负点电荷自A沿直线移到3再沿直线移到C,请分析在此过程中该电荷的电势能的变化情况.fC©+A：B图10.1-8【解析】A

7、到B,电势降低,电势能增大.由于BC是等势线,所以B到C,电势不变,电势能不变.第02节电势差练习与应用教科书第34页1 .在某电场中,4、8两点之间的电势差4B为20V,q为一2X10-9C的电荷由A点移动到8点,静电力做的功是多少？电势能是增加还是减少,增加或者减少多少？【解析】静电力做的功是印=%3.=-4.*10'/,电势能是增加,增加4.0x10-8/.2 .在研究微观粒子时常用电子伏eV作为能量的单位.leV等于一个电子经过IV电压加速后所增加的动能,那么,leV等于多少焦耳？【解析】A&=W=eU=leV=1.6xlT9j3 .如图10.2-4,答复以下问题.图1

8、0.2-41A.8哪点的电势比拟高？负电荷在哪点的电势能比拟大？2负电荷由8点移动到.4点时,静电力做正功还是负功？（3） A.8两点的电势差上是正的还是负的？心呢？【解析】15点的电势比拟高,负电荷在A点的电势能比拟大；2负电荷由8点移动到工点时,静电力做负功；3 3d、B两点的电势差U.4B是负的,Uba是正的.4 .电场中两个电势不同的等势面能不能相交？说明理由.【解析】电场中两个电势不同的等势而不能相交.可用反证法证实：如果电场中两个电势不同的等势而相交,那么交点处的电势有2个,事实上,同一点的电势只有一个,所以不能相交.5 .某电场的等势而如图10.2-5所示,试画出电场线的大致分布

9、.假设单位正电荷沿任一路径从H点移到8点,静电力所做的功是多少？说明理由.正电荷从,4点移到C点,跟从8点移到.点,静电力所做的功是否相等？说明理由.【解析】假设单位正电荷沿任一路径从H点移到3点,静电力所做的功是零,由于A和B是等势点即Uab=O.正电荷从d点移到.点,跟从3iRC点,静电力所做的功相等:,由于W=qU=4q.6 .如图10.2-6,在与纸面平行的匀强电场中有X、B、C三个点,其电势分别为6V、2V和2V.试画出图10.2-6答案图经过乂点的一条电场线.A金图10.2-6连接BC,为等势线,从A向BC作垂线,是电场线.第03节电势差与电场强度的关系练习与应用（1） 图10.3

10、-3,真空中平行金属板M、N之间的距离d为0.04m,有一2工10"kg的带电粒子位于M板旁,粒子的电荷量为8x10"c,给两金属板加200V直流电压.图10.3-31求带电粒子所受的静电力的大小.2求带电粒子从M板由静止开始运动到达N板时的速度.3如果两金属板距离增大为原来的2倍,其他条件不变,那么上述问题12的答案又如何？【解析】1带电粒子所受的静电力的大小尸=3g=网x8x10FN=4x1T"N.d0.042根据动能定理W=Qu=；m/,带电粒子从m板由静止开始运动到达N板时的速度v=代入数据解得口=40团".3如果两金属板距离增大为原来的2倍,其

11、他条件不变,那么上述问题1/'=Sq=222.x8xl7'N=2xl0-"Nd'0.08（2） /=v,不变.Vm2.空气是不导电的.但是如果空气中的电场很强,使得气体分子中带正、负电荷的微粒所受的方向相反的静电力很大,以至于分子破碎,空气中出现可以自由移动的电荷,空气就变成了导体.这个现象叫作空气的“击穿工一次实验中,电压为4x104V的直流电源的两极连在一对平行金属板上,如果把两金属板的距离减小到1.3cm,两板之间就会放电.这次实验中空气被击穿时的电场强度是多少？【解析】E=4xl°4-V/n=3x106V/h.d1.3x10-3.带有等量异种

12、电荷、相距10cm的平行板A和B之间有匀强电场图10.3.4,电场强度E为2xlO4V/m,方向向下.电场中C点距B板3cm,.点距A板2cm.图103-41c、D两点哪点电势高？两点的电势差口8等于多少？2如果把B板接地,那么C点和D点的电势pC和cpD各是多少？如果把A板接地,那么生和各是多少?在这两种情况中,相同吗？（3） 一个电子从.点移动到.点,静电力做多少功？如果使电子从C点先移到尸点,再移到.点,静电力做的功是否会发生变化？【解析】1C、D两点D点电势高,两点的电势差Ucd=-EdDC=-2x104x5xIO_2V=-1OOOV.2如果把B板接地,贝ijC点和D点的电势pc=Ef

13、/Cfi=2xl04x3xl0-2V=600V和pD=Eddb=2x104x8x10-2V=1600V.如果把A板接<pc=EdCA=-2x104x7x10-2V=-1400VD=-EdAI=-2x104x2x10-2V=-400V.在这两种情况中,Ucd相同.3一个电子从C点移动到.点,静电力做功W=eUg=-1.6x10-19x-10001=1.6x10-9：如果使电子从.点先移到尸点,再移到.点,静电力做的功不会发生变化.4.图103-5是某初中地理教科书中的等高线图图中数字的单位是米.小山坡的左边.和右边6,哪一边的地势更陡些？如果把一个球分别从山坡左右两边滚下把山坡的两边看成两

14、个斜而,不考虑摩擦等阻碍,哪边的加速度更大？现在把该图看成一个描述电势上下的等势线图,图中的单位是伏特,.和b哪一边电势降落得快？哪一边的电场强度大？图10.3-5【解析】小山坡的左边.和右边6,b边的地势更陡些？如果把一个球分别从山坡左右两边滚下把山坡的两边看成两个斜而,不考虑摩擦等阻碍,b边的加速度更大.现在把该图看成一个描述电势上下的等势线图,图中的单位是伏特,.和6,6边电势降落得快？b边的电场强度大.第04节电容器的电容练习与应用1.用图10.4-1的电路给电容器充、放电.开关S接通1,稳定后改接2,稳定后又改接1,如此往复.试根据该信息,在表格内各空格处填上合下表记录了充、放电过程

15、中某两个时刻通过电流表的电流方向,理的答案.注此时的遇过困中电海表用电视方向电视A中的电直正区增大还是*卜开关S正在接通1汪是接通2电压正在增大还是发小殳个电应中的能量正戊&杆“化这个时候电"后是我充电还是在放电向左h向右表有、it电过以中X而个骷?的电序情况图10.4-!电容器的充、放电【解析】表充、放电过程中某两个时刻的电路情况时刻在此时刻通过图中电流表的电流方向电流表中的电流正在增大还是减小开关S当前正在接通1还是接通2电容器两箱的业压正在增大还是减小整个电路中的能量正在怎样转化这个时候电容器是在充电还是在放电向左雨、2场卜电场弗转化为内能放电U向右1增大化学能转化为电

16、场f8：充电2.有人用图10.4-9描述某电容器充电时,其电荷量.、电压U、电容.之间的相互关系,请判断它们的正误,并说明理由.【解析】A错误,C不随Q变.B正确,C不随U变.C正确,Q=CU,其中C为定值,所以Q与U成正比.D正确,C不随Q变.3 .有一个已充电的电容器,两极板之间的电压为3V,所带电荷量为4.5x10-4C,此电容器的电容是多少？将电容器的电压降为2V,电容器的电容是多少？所带电荷量是多少？【解析】有一个已充电的电容器,两极板之间的电压为3V.所带电荷量为4.5X10-C,此电容器的电容是C*=1.5x1O-4尸：将电容器的电压降为2V,电容器的“-C=1.5xl()T产：

17、所带电荷量是2=CU,=3.0x104C.4 .心室纤颤是一种可能危及生命的疾病.一种叫作心脏除颜器的设备,通过一个充电的电容器对心瞅患者皮肤上的两个电极板放电,让一局部电荷通过心脏,使心赃完全停止跳动,再刺激心颤患者的心脏恢复正常跳动.图10410是一次心脏除颜器的模拟治疗,该心脏除颤器的电容器电容为15近,充电至9.0kV电压,如果电容器在2.0ms时间内完成放电,这次放电有多少电荷量通过人体组织？图10.4-10【解析】Q=CU=15XIO-6x9.0x1.3.=0.135C第05节带电粒子在电场中的运动练习与应用1 .真空中有一对平行金属板,相距6.2cm,两板电势差为90V.二价的氧

18、离子由静止开始加速,从一个极板到达另一个极板时,动能是多大？这个问题有几种解法？哪种解法比拟简便？【解法1】动能定理,d=qU=2x1.6x10-19x90J=2.88xIO-17J.【解法2】牛顿定律,加速度a="=里士二=4.6x1076/？dm6.2x10-xm速度v2=2ax=2x2.3xl0-16x6.2xlO_2/«=5.76xlO-,7/77动能马=lwv2=2.88x1O-17J解法1：动能定理比拟简便.2 .某种金属板M受到一束紫外线照射时会不停地发射电子,射出的电子具有不同的方向,速度大小也不相同.在M旁放置一个金属网N.如果用导线将M、N连起来,从M射出的电子落到N上便会沿导线返回M,从而形成电流.现在不把M、N直接相连,而按图10.5-7那样在M、N之间加电压U,发现当UA12.5V时电流表中就没有电流.问：被这束紫外线照射出的电子,最大速度是多少？图105-7【n电子被减速到0.所以%=J也,代入数据解得匕=2.10xl0"7/s电2Vm子质<m=9,1x1031kg3,先后让一束电子和一束氢核通过同一对平行板形成的偏转电场,进入时速度方向与电场方向垂直.在下列两种情况下,分别求出电子偏转角的=正切与氢核偏转角的正切之比°1电子与氢核的初速度相同.2电子与氢核的初动能相同.【解析】根据t