2024-2025学年新教材高中物理第十章静电场中的能量2电势差课时检测含解析新人教版必修3

PAGE7-电势差(25分钟60分)一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分)1.下列说法正确的是 ()A.电场中两点间电势的差值叫作电势差,也叫电压B.电势差与电势一样,是相对量,与零电势点的选取有关C.UAB表示B点与A点之间的电势差,即UAB=φB-φAD.A、B两点的电势差是恒定的,不随零电势点的不同而变更,所以UAB=UBA【解析】选A。依据电势差的概念可知,电场中两点间电势的差值叫作电势差,又叫电压,选项A正确;电势是相对的,是相对于零电势点而言的,而电势差是肯定的,选项B错误;UAB=φA-φB=-UBA,选项C、D错误。2.对于静电场,下列说法正确的是 ()A.电场强度到处为零的区域,电势也肯定到处为零B.电场强度到处相同的区域,电势也肯定到处相同C.只受电场力作用,正电荷肯定由高电势处向低电势处移动D.负电荷逆着电场线方向移动,电荷的电势能肯定削减【解析】选D。电场中某点电势的值与零电势点的选择有关,是相对的,故A错误。在匀强电场中,电场强度到处相等,但电势并不是到处相等,故B错误;因不知正电荷的初始速度,若初速度方向是逆着电场线方向,则正电荷由低电势处向高电势处移动,故C错误;负电荷逆着电场线方向移动,电场力肯定做正功,电荷电势能肯定削减,故D正确。3.关于UAB=和WAB=qUAB的理解,正确的是()A.电场中的A、B两点间的电势差和两点间移动电荷的电量q成反比B.在电场中A、B两点移动不同的电荷,电场力的功WAB和电量q成正比C.UAB与q、WAB有关,且与WAB成正比D.WAB与q、UAB无关,与电荷移动的路径无关【解析】选B。电场中两点间的电势差由电场及场中两点的位置确定,跟移动电荷的电荷量无关,故A、C错误;而电场力做功表达式为:W=qU,可知电场力做功既与两点间的电势差有关,又与被移动电荷的电量有关,跟电荷移动的路径无关,故B正确、D错误。4.直线CD是某电场中的一条电场线,若将一电子从A点处静止释放,电子沿电场线从A到B运动过程中的速度随时间变更的图线如图所示。则A、B两点的电势φA、φB的凹凸、场强EA、EB及电子在A、B两点的电势能εA、εB的大小关系是()A.εA>εB;EA>EB B.φA>φB;EA>EBC.εA<εB;EA<EB D.φA<φB;EA<EB【解析】选A。由v-t图象中图线的斜率表示加速度,从图象看出电子的加速度越来越小,由牛顿其次定律:F=qE=ma,可知电场力越来越小,则EA>EB,而电子的速度越来越大,动能越来越大,电势能越来越小,电子从低电势到高电势,则εA>εB,φB>φA,故A正确,B、C、D错误。5.在某电场中,A、B两点间的电势差UAB=60V,B、C两点间的电势差UBC=-50V,则A、B、C三点电势凹凸关系是 ()A.φA>φB>φC B.φA<φC<φBC.φA>φC>φB D.φC>φB>φA【解析】选C。由于UAB=φA-φB=60V,故φA>φB;UBC=φB-φC=-50V,故φC>φB;由于UAC=UAB+UBC=10V,故φA>φC。综上分析φA>φC>φB,故C正确。6.如图所示,MN是由一个正点电荷Q产生的电场中的一条电场线,一个带正电的粒子+q飞入电场后,在电场力的作用下沿一条曲线运动,先后通过a、b两点,不计粒子的重力,则 ()A.粒子在a点的加速度小于在b点的加速度B.a点电势φa小于b点电势φbC.粒子在a点的动能Eka小于在b点的动能EkbD.粒子在a点的电势能Epa小于在b点的电势能Epb【解析】选C。由图可知粒子受力应向左,因粒子带正电,故电场线的方向应向左,故正点电荷Q应在N一侧,故a点的场强大于b点的场强,故粒子在a点的电场力大于b点电场力,故在a点的加速度大于在b点的加速度,故A错误;沿电场线的方向电势降低,故a点的电势大于b点的电势,故B错误;粒子由a到b过程中,电场力做正功,故动能增大,故a点的动能小于b点的动能,故C正确;电场力做正功,故电势能减小,故在a点的电势能Epa大于在b点的电势能Epb,故D错误。二、非选择题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)7.(10分)电场中有A、B两点,A点的场强为E=4.0×103N/C,A、B两点的电势差为U=3.0×103V。有一电荷量q=1.2×10-8C的微粒,质量m=2.0×10-12kg,在A点由静止释放,微粒在电场力作用下由A点移到B(1)带电微粒在A点所受电场力多大?微粒被释放的瞬间加速度多大?(2)带电微粒从A点移到B点时,电场力做了多少功?若电场力做的功全部转化为动能,则微粒到达B点时速度多大?【解析】(1)带电微粒在A点所受电场力F=qE=4.8×10-5N。依据牛顿其次定律可得微粒被释放的瞬间加速度:a==2.4×107m/s2(2)带电微粒从A点移到B点,电场力做功W=qU=3.6×10-5J。电场力做多少功电势能就变更多少,所以电势能变更量的数值为Δε=W=3.6×10-5J。依据题意电势能全部转化为动能,设微粒到达B点时的速度为v,依据功能关系有:Δε=mv2解得:v==6.0×103m答案:(1)4.8×10-5N2.4×107m(2)3.6×10-5J6.0×1038.(14分)如图所示,空间存在着一水平向右的匀强电场,一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从A点以竖直向上的速度v进入匀强电场,粒子到达B点时速度方向与竖直方向成θ角,不计粒子的重力。求:A、B两点间的电势差。【解析】在B点:vB=从A到B据动能定理有qUAB=m-mv2,得UAB=答案:UAB=(15分钟40分)9.(7分)如图所示是以电荷+Q为圆心的一组同心圆(虚线),电场中有A、B、C、D四点。现将一带电荷量为q的正点电荷由A点沿不同的路径移动到D点,沿路径①做功为W1,沿路径②做功为W2,沿路径③做功为W3,则 ()A.W2<W3<W1B.W1=W2=W3C.W2>W3>W1D.因不知道q的详细数值,故无法进行推断【解析】选B。因为静电力做功只与电荷在电场中的初、末位置有关,与电荷运动路径无关,故沿三条路径将正点电荷由A移动到D的过程中,静电力做功相等,选项B正确,A、C、D错误。10.(7分)(多选)关于电势差UAB和电势φA、φB的理解,正确的是()A.UAB表示B点相对A点的电势差,即UAB=φB-φAB.UAB和UBA是不同的,它们有关系:UAB=-UBAC.φA、φB都有可能有正负,所以电势是矢量D.零电势点的规定虽然是随意的,但人们经常规定大地和无穷远处为零电势点【解析】选B、D。UAB表示A点相对B点的电势差,即UAB=φA-φB,故A错误,B正确;电势的正负不表示方向,只表示比零电势点电势的凹凸,故C错误;零电势点的规定虽然是随意的,但人们经常规定大地和无穷远处为零电势点,故D正确。11.(7分)(多选)如图所示a、b、c、d为匀强电场中的等势面,一个质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子在匀强电场中运动。A、B为其运动轨迹上的两点。已知该粒子在A点的速度大小为v1,在B点的速度大小为v2,方向与等势面平行。A、B连线长为L,连线与等势面间的夹角为θ,不计粒子受到的重力,则()A.v1可能等于v2B.等势面b的电势比等势面c的电势高C.粒子从A运动到B所用时间为D.匀强电场的电场强度大小为【解析】选C、D。粒子带正电,由做曲线运动合力指向曲线的内侧和等势面与电场线垂直可知,电场线方向竖直向上,所以粒子从A到B电场力做负功,动能减小,速度减小,故A错误;由以上分析可知,电场线竖直向上,由沿电场线方向电势降低可知,等势面b的电势比等势面c的电势低,故B错误;粒子在水平方向做匀速直线运动,水平方向的速度为v2,水平位移为Lcosθ,所以时间为t=,故C正确;粒子从A到B由动能定理得:-qELsinθ=m-m,解得:E=,故D正确。12.(19分)如图(a),长度L=0.8m的光滑杆左端固定一带正电的点电荷A,其电荷量Q=1.8×10-7C;一质量m=0.02kg,带电量为q的小球B套在杆上。将杆沿水平方向固定于某非匀称外电场中,以杆左端为原点,沿杆向右为x轴正方向建立坐标系。点电荷A对小球B的作用力随B位置x的变更关系如图(b)中曲线Ⅰ所示,小球B所受水平方向的合力随B位置x的变更关系如图(b)中曲线Ⅱ所示,其中曲线Ⅱ在0.16≤x≤0.20和x≥0.40范围可近似看作直线。求:((1)小球B所带电量q;(2)非匀称外电场在x=0.3(3)在合电场中,x=0.4m与x=(4)已知小球在x=0.2m处获得v=0.4m/s的初速度时,最远可以运动到x=0.4m。若小球在x=0.16m处受到方向向右,【解析】(1)由图可知,当x=0.F1==0.018N因此q==1×10-6C。(2)设在x=0.3m处点电荷与小球间作用力为FF合=F2+qE因此E==N/C=-3×104N/C电场在x=0.3m处沿细杆方向的电场强度大小为3×10(3)依据图像可知在x=0.4m与x=W合=0.004×0.2J=8×10-4J由qU=W合可