2024-2025学年新教材高中物理第十章静电场中的能量第1节电势能和电势作业含解析新人教版必修3

PAGEPAGE5第1节电势能和电势A组·基础达标1．关于同一电场的电场线，下列表述正确的是()A．电场线是客观存在的B．电场线越密，电场强度越小C．沿着电场线方向，电势越来越低D．电荷沿电场线方向移动时，电势能减小【答案】C【解析】电场是客观存在的，而电场线是假想的，A错误；电场线越密的地方电场越强，B错误；沿着电场线的方向电势渐渐降低，C正确；负电荷沿着电场线方向移动时电场力做负功，电势能增加，D错误．2．(多选)一个电荷只在电场力作用下从电场中的A点移到B点时，电场力做了5×10－6J的功，那么()A．电荷在B处时将具有5×10－6J的电势能B．电荷在B处将具有5×10－6J的动能C．电荷的电势能削减了5×10－6JD．电荷的动能增加了5×10－6J【答案】CD【解析】依据电场力做功与电势能改变的关系可知，电场力做正功，电势能减小，C正确；依据动能定理，外力(电场力)对物体做的功等于物体动能的改变，电场力对物体做功为5×10－6J，物体的动能就会增加5×10－6J，故D正确．3．带有等量异种电荷的一对平行金属板，假如两极板间距不是足够近或者两极板面积不是足够大，即使在两极板之间，它的电场线也不是彼此平行的直线，而是如图所示的曲线(电场的方向未画出)．在图中，若上极板带正电，虚线MN是穿过两板正中心的一条直线，则关于这个电场，以下说法正确的是()A．a点的场强小于b点的场强B．d点的电势低于c点的电势C．平行金属板之间的电场，可以看作匀强电场D．若将一正电荷从电场中的任一点由静止释放，它必将沿电场线运动到负极板【答案】B【解析】由电场线疏密可知，a点场强大于b点场强，A错误；上极板带正电荷，电场线方向由c指向d，故φc>φd，B正确；由于电场线不是平行等间距直线，所以平行金属板间电场不能看作匀强电场，C错误；由于有的电场线不是直线，所以电荷不肯定沿电场线运动，D错误．4．(多选)如图甲所示，AB是电场中的一条直线，电子以某一初速度从A点动身，仅在电场力作用下沿AB运动到B点，其v－t图像如图乙所示．关于A、B两点的电场强度EA、EB和电势φA、φB的关系，下列推断正确的是()A．EA>EB B．EA<EBC．φA>φB D．φA<φB【答案】AC【解析】由v－t图像可知，电子做的是加速度越来越小的变减速运动，电子受到的电场力就是其所受的合外力，即电场力越来越小，由F＝Eq可知，电场强度越来越小，即EA>EB，A正确；由于电子带负电，其所受的电场力方向与场强方向相反，则电场强度的方向应为由A指向B，由沿电场线方向电势越来越低，可得φA>φB，C正确．5．如图所示，Q是带正电的点电荷，P1、P2为其电场中的两点，若E1、E2分别为P1和P2两点的电场强度的大小，φ1、φ2分别为P1和P2两点的电势，则()A．E1>E2，φ1>φ2 B．E1>E2，φ1<φ2C．E1<E2，φ1>φ2 D．E1<E2，φ1<φ2【答案】A【解析】由正电荷四周电场线的特点可知E1>E2，沿电场线方向电势渐渐降低，可知φ1>φ2，A正确．6．如图所示，在等量异种点电荷形成的电场中有A、B、C三点，A点为两点电荷连线的中点，B点为连线上距A点距离为d的一点，C点为两点电荷连线中垂线上距A点距离也为d的一点，则下面关于三点电场强度E、电势φ的关系，正确的是()A．EA＝EC>EB，φA>φBB．EB>EA>EC，φA>φBC．EA<EB，EA<EC，φA>φBD．因为电势零点未规定，所以无法推断电势凹凸【答案】B【解析】由电场的叠加，在中垂线上，A点合场强最大，即EA>EC，在两电荷连线上，A点合场强最小，即EB>EA；电场线由A指向B，则φA>φB，B正确．7．在如图所示的四个电场中，均有相互对称分布的a、b两点，其中a、b两点电势和场强都相同的是()【答案】C【解析】因为电势是标量，并且a、b在题中的四个电场中具有对称性，故四个电场中a、b两点的电势都是相等的，而电场强度是矢量，A图中两对称点的电场强度大小相等、方向相反；B图中两个场强叠加后，a点的场强方向斜向右上方，b点的场强方向斜向右下方；C图中两对称点的场强大小相等，方向都是水平向右；D图中a点的场强方向向上，b点的场强方向向下，因此只有C正确．8．如图所示，在真空中有两个带相等电荷量的正电荷q1和q2，它们分别固定在A、B两点，CD为A、B连线的中垂线．现将正电荷q3由C沿CD移至无限远处，在此过程中()A．q3的电势能渐渐增加B．q3的电势能先渐渐增加，后渐渐削减C．q3受到的静电力渐渐减小D．q3受到的静电力先渐渐增大，后渐渐减小【答案】D【解析】CD线上各点场强方向均为C→D，场强大小先渐渐增大，再渐渐减小，所受静电力先渐渐增大，再渐渐减小，C错误，D正确；静电力始终对电荷q3做正功，电势能渐渐减小，A、B错误．9．将带电荷量q1＝＋1.0×10－8C的点电荷，从无限远处移到匀强电场中的P点，需克服电场力做功2.0×10－6J，q1在P点受到的电场力是2.0×10－5(1)P点场强的大小和方向；(2)电荷的电势能在移动过程中如何改变？电荷在P点的电势能是多少？【答案】(1)2000N/C，向右(2)增加2.0×10－6J【解析】(1)E＝eq\f(F,q1)＝eq\f(2.0×10－5,1.0×10－8)N/C＝2000N/C，方向向右．(2)无穷远处电势能为零，电荷在由无穷远处移到该点过程中电场力做负功，电势能增加，在P点的电势能等于该过程中克服电场力做的功Ep＝WP∞＝2.0×10－6J．B组·实力提升10．(多选)如图所示，一带正电的点电荷固定于O点，两虚线圆均以O为圆心，两实线分别为带电粒子M和N先后在电场中运动的轨迹，a、b、c、d、e为轨迹和虚线圆的交点．不计粒子重力．下列说法正确的是()A．M带负电荷，N带正电荷B．M在b点的动能小于它在a点的动能C．N在d点的电势能等于它在c点的电势能D．N在从c点运动到d点的过程中克服电场力做功【答案】AB【解析】由粒子受到的电场力指向轨迹的凹侧，可知M受到了引力作用，N受到了斥力作用，故M带负电荷，N带正电荷，故A正确；M从a点到b点电场力对其做负功，动能减小，故B正确；粒子N从c点到d点，电场力做正功，电势能减小，故C错误；N从c点运动到d点的过程中，电场力做正功，故D错误．11．如图所示的一匀强电场，场强方向水平向左．一个质量为m的带正电的小球，从O点动身，初速度的大小为v0，在电场力与重力的作用下，恰能沿与场强的反方向成θ角的方向做直线运动．求小球运动到最高点时其电势能与在O点的电势能之差．【答案】eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)cos2θ【解析】设小球的电荷量为q，因小球做直线运动，则它受到的电场力Eq和重力mg的合力必沿初速度反方向，如图所示．有mg＝Eqtanθ由此可知，小球做匀减速直线运动的加速度大小为a＝eq\f(F合,m)＝eq\f(\f(mg,sinθ),m)＝eq\f(g,sinθ)设从O点到最高点的路程为s，有veq\o\al(2,0)＝2as运动的水平距离为l＝scosθ联立解得电场力做功W＝－qEl＝－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)cos2θ电势能之差ΔEp＝－W＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)cos2θ．12．如图所示，在匀强电场中，电场线与水平方向的夹角为θ，有一质量为m、电荷量为＋q的带电小球，用长为L的细线悬挂于O点，当小球静止时，细线OA恰好呈水平状态．(重力加速度为g)(1)求电场强度的大小；(2)若用外力使小球绕O点做半径为L的圆周运动，沿圆弧(图中虚线)从A点运动到O点正下方的B点，求此过程中电场力对小球做的功．【答案】(1)eq\f(mg,qsinθ)(2)－mgLeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(cosθ,sinθ)＋1))【解析】(1)小球静止在A点时，依据平衡方程得qEsinθ－mg＝