2024-2025学年专题10.1 电势能和电势（含答案）-高二物理举一反三系列（人教版2019必修第三册）

2024-2025学年专题10.1电势能和电势（含答案）-高二物理举一反三系列（人教版2019必修第三册）专题10.1电势能和电势【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1单个点电荷电场中的电势能、电势问题】 【题型2两个等量同种点电荷的电场中的电势能、电势问题】 【题型3不等量点电荷电场中的电势能、电势问题】 【题型8两个等量异种点电荷电场中的电势能、电势问题】 【题型5涉及匀强电场的电势能、电势问题】 【题型6空间想象、空间表达问题】 【题型7对称问题】 【题型4联系实际】 【题型1单个点电荷电场中的电势能、电势问题】【例1】一带电粒子在正电荷形成的电场中，运动轨迹如图所示的abcd曲线，下列判断正确的是（）A．粒子带负电B．粒子通过a点时的速度比通过b点时大C．粒子从a点运动到d点，电场力先做正功，后做负功D．粒子在a点时的电势能比b点大【变式1-1】一点电荷Q的电场中，让x轴与它的一条电场线重合，已知坐标轴上A、B两点的坐标分别为x1和x2，如图甲所示。在A、B两点分别放置正试探电荷，其受到的静电力跟试探电荷的电荷量的关系，如图乙中直线a、b所示，设静电力的正方向与x轴正方向相同，静电力常数未知。则下列说法不正确的是()A．可以判断点电荷Q的电性B．可以求出点电荷Q的电荷量C．可以求出点电荷Q的位置坐标D．可以比较A点和B点的电势高低【变式1-2】在点电荷Q形成的电场中有一点A，当一个－q的检验电荷从电场的无限远处移到电场中的A点时，静电力做的功为W，则检验电荷在A点的电势能及电场中A点的电势分别为()A．EpA＝－W，φA＝eq\f(W,q) B．EpA＝W，φA＝－eq\f(W,q)C．EpA＝W，φA＝eq\f(W,q) D．EpA＝－W，φA＝－eq\f(W,q)【变式1-3】（多选）如图,在正点电荷Q的电场中有M、N、P、F四点,M、N、P为直角三角形的三个顶点,F为MN的中点,∠M=30°。M、N、P、F四点处的电势分别用φM、φN、φP、φF表示。已知φM=φN,φP=φF,点电荷Q在M、N、P三点所在平面内,则()A.点电荷Q一定在MP的连线上B.连接PF的线段一定在同一等势面上C.将正试探电荷从P点搬运到N点,电场力做负功D.φP大于φM【题型2两个等量同种点电荷的电场中的电势能、电势问题】【例2】(多选)真空中有两个固定的带正电的点电荷，电荷量不相等．一个带负电的试探电荷置于二者连线上的O点时，仅在电场力的作用下恰好保持静止状态．过O点作两正电荷连线的垂线，以O点为圆心的圆与连线和垂线分别交于a、c和b、d，如图所示．以下说法正确的是()A．a点电势低于O点B．b点电势低于c点C．该试探电荷在a点的电势能大于在b点的电势能D．该试探电荷在c点的电势能小于在d点的电势能【变式2-1】(多选)如图所示，两个带等量正电荷的点电荷分别固定于x轴上的P、Q两点，其位置关于直角坐标系xOy的原点O对称。圆弧PQ是一个以O点为圆心的半圆，c点为半圆与y轴的交点，a、b为一平行于x轴的直线与半圆的交点，下列说法正确的是()A．a、b两点的电势相同B．a、b两点的电场强度相同C．将一个带负电的试探电荷先沿着圆弧从a点移到c点，再沿y轴正方向移动，试探电荷的电势能先增大后不变D．设两电荷在半圆上任意一点产生的电场强度大小分别是E1、E2，则eq\f(1,E1)＋eq\f(1,E2)为一定值【变式2-2】（多选）如图所示，真空中等量同种正电荷放置在M、N两点，在MN的连线上有对称点，MN连线的中垂线上有对称点，则下列说法正确的是（）A．两点电场强度相等B．正电荷在c点电势能等于在a点电势能C．在MN连线的中垂线上，O点电势最高D．负电荷从d点静止释放，在它从d点运动到b点的过程中，加速度先减小再增大【变式2-3】(多选)等量同种带正电的点电荷的连线和其中垂线如图所示。一个带负电的试探电荷，先从图中a点沿直线移到b点，再从b点沿直线移到c点，则()A．试探电荷所受电场力的方向一直不变B．试探电荷所受电场力的大小一直增大C．试探电荷的电势能一直减少D．a、b、c三点的电势关系为：φa<φb<φc【题型3不等量点电荷电场中的电势能、电势问题】【例3】如图所示，实线为两个点电荷Q1、Q2产生的电场的电场线，虚线为一电子在只受电场力作用下从A点运动到B点的运动轨迹，则下列判断正确的是()A．A点的电场强度小于B点的电场强度B．Q1的电荷量大于Q2的电荷量C．电子在A点的电势能大于在B点的电势能D．电子在A点的速度大于在B点的速度【变式3-1】如图，真空中电荷量为和的两个点电荷分别位于点与点，形成一个以延长线上点为球心，电势为零的等势面（取无穷处电势为零），为连线上的一点，S为等势面与直线的交点，为等势面上的一点，下列说法正确的是（）A．点电势低于点电势 B．点电场强度方向指向O点C．除无穷远处外，MN直线上还存在两个电场强度为零的点 D．将正试探电荷从T点移到P点，静电力做正功【变式3-2】两异种点电荷电场中的部分等势面如图所示，已知A点电势高于B点电势．若位于a、b处点电荷的电荷量大小分别为qa和qb，则(

)A．a处为正电荷，qa＜qb B．a处为正电荷，qa＞qbC．a处为负电荷，qa＜qb D．a处为负电荷，qa＞qb【变式3-3】（多选）两个位于纸面内的点电荷产生电场的等势面如图中实线所示，相邻等势面间的电势差相等。虚线是一个电子在该电场中的运动轨迹，轨迹与某等势面相切于P点。下列说法正确的是（）A．两点电荷可能是异种点电荷 B．A点的电场强度比B点的大C．A点的电势高于B点的电势 D．电子运动到P点时动能最小【题型4两个等量异种点电荷电场中的电势能、电势问题】【例4】如图所示，A点与B点间距离为2l，OCD是以B为圆心，以l为半径的半圆路径．A、B两处各放有一点电荷，电荷量分别为＋q和－q.下列说法正确的是()A．单位正电荷在O点所受的静电力与在D点所受的静电力大小相等、方向相反B．单位正电荷从D点沿任意路径移到无限远，静电力做正功，电势能减小C．单位正电荷从D点沿DCO移到O点，电势能增大D．单位正电荷从O点沿OCD移到D点，电势能增大【变式4-1】如图所示，在真空中A、B两点分别放置等量的异种电荷＋q、－q，在通过A、B两点的竖直平面内相对于AB对称取一个矩形路径abcd，且ab平行于AB，a、d到A点的距离等于b、c到B点的距离．设想将一个电子沿路径abcd运动一周，则下列说法正确的是()A．由a到b，电势降低，电子的电势能减小B．由a到b，电势升高，电子的电势能增大C．由b到c，电场力对电子先做正功，后做负功，总功为零D．由d到a，电子的电势能先减小后增大，电势能的变化总量为零【变式4-2】如图所示，竖直平面内光滑圆弧轨道半径为R，等边三角形ABC的边长为L，顶点C恰好位于圆周最低点，CD是AB边的中垂线，在A、B两顶点上放置一对等量异种电荷，现把质量为m带电荷量为＋Q的小球由圆弧的最高点M处静止释放，到最低点C时速度为v0，不计＋Q对原电场的影响，取无穷远处为零电势，静电力常量为k，则（）A．小球在圆弧轨道上运动过程机械能守恒B．C、D两点电势相等C．M点电势为D．小球对轨道最低点C处的压力大小为【变式4-3】如图所示的平面内，有静止的等量异号点电荷，M、N两点关于两电荷连线对称，M、P两点关于两电荷连线的中垂线对称。下列说法正确的是()A．M点的场强比P点的场强大B．M点的电势比N点的电势高C．N点的场强与P点的场强相同D．电子在M点的电势能比在P点的电势能大【题型5涉及匀强电场的电势能、电势问题】【例5】实验室中探测到电子在匀强电场中的运动轨迹为一条抛物线。为研究问题方便，建立如图所示的坐标系，该抛物线开口向下，a、b是抛物线上的两点。下列说法正确的是()A．匀强电场方向可能沿x轴正方向B．匀强电场方向可能沿y轴负方向C．匀强电场中a点的电势比b点高D．电子在b点的动能比在a点的大【变式5-1】如图所示，竖直方向的匀强电场中O点固定一点电荷，一带负电小球绕该点电荷在竖直面内做匀速圆周运动，A、B是运动轨迹上的最高点与最低点，两点电势分别为φA、φB，电场强度分别为EA、EB，不计空气阻力，小球可视为质点，则()A．φA＞φB、EA＞EB B．φA＜φB、EA＜EBC．φA＜φB、EA＞EB D．φA＞φB、EA＜EB【变式5-2】如图所示，圆形区域内存在平行于圆面的匀强电场，mn和pq是圆的两条互相垂直的直径。将一带正电的粒子从另一直径ab的a点移到m点，其电势能增加量为ΔE(ΔE>0)，若将该粒子从m点移到b点，其电势能减少量也为ΔE，则电场强度的方向()A．平行于直径ab指向aB．平行于直径ab指向bC．垂直于直径ab指向pm弧D．垂直于直径ab指向nq弧【变式5-3】如图所示，一带电微粒沿与CD平行方向(垂直AD方向)射入倾角为θ的光滑斜面上，斜面所在区域存在和AD平行的匀强电场，微粒运动轨迹如图中虚线所示，则()A．若微粒带正电荷，则电场方向一定沿斜面向下B．微粒从M点运动到N点电势能一定增加C．微粒从M点运动到N点动能一定增加D．微粒从M点运动到N点机械能一定增加【题型6空间想象、空间表达问题】【例6】(多选)如图所示，在正四面体的两个顶点分别固定电荷量为Q的等量异种电荷，a、b是所在棱的中点，c、d为正四面体的另外两个顶点，则以下判断正确的是()A．c、d两点电势相等B．a、b两点的电场强度相同C．沿棱从b到d电势逐渐降低D．负的试探电荷沿棱从c到d电势能始终不变【变式6-1】如图所示，a、b、c、d、e、f是以O为球心的球面上的点，平面aecf与平面bedf垂直，分别在b、d两点处放有等量同种点电荷＋Q，取无穷远处电势为零，则下列说法正确的是()A．a、e、c、f四点电场强度相同B．a、e、c、f四点电势不同C．电子沿球面曲线a→e→c运动过程中，静电力先做正功后做负功D．电子沿直线由a→O→c运动过程中，电势能先减少后增加【变式6-2】如图所示，两正四面体边长均为l0，两正四面体bcd面完全重合，电荷量为Q的两正、负电荷A、B分别置于两四面体左、右两顶点，静电力常量为k，则()A．b、c、d三点的电场强度大小相等，方向不同B．b、c、d三点的电势不相等C．平面bcd上电场强度的最大值为eq\f(3kQ,l02)D．平面bcd上电场强度的最大值为eq\f(3kQ,2l02)【变式6-3】(多选)如图所示，空间存在一个正四面体ABCD，其边长为a，在水平面上的B、C、D三个顶点各固定一个电荷量为＋q的点电荷，一个质量为m的点电荷N恰好可以静止在A点。若把点电荷N从A点沿过A点的竖直面向上移动到无穷远处，电场力做功的大小为W。不考虑N对电场的影响，以无穷远处电势为零，重力加速度为g。根据上述现象，可以判定()A．A点的电场强度为EA＝eq\f(\r(6)kq,a2)B．点电荷N带电荷量大小为qN＝eq\f(\r(6)mga2,6kq)C．A点的电势为φA＝eq\f(\r(6)kqW,6mga2)D．点电荷N的电势能将先增大后减小【题型7对称问题】【例7】(多选)如图所示，四个带电荷量绝对值相等的点电荷分别固定在竖直平面内某一正方形的四个顶点上，A、B、C、D四个点分别为对应的四条边的中点，现有某一带正电的试探电荷在四个电荷产生的电场中运动，下列说法正确的是()A．D点的电势小于A点的电势B．D点的电势小于C点的电势C．试探电荷仅在静电力作用下从A点沿AC运动到C点，其加速度逐渐增大D．直线BD所在的水平面为等势面【变式7-1】(多选)如图，竖直面内一绝缘细圆环的上、下半圆分别均匀分布着等量异种电荷。a、b为圆环水平直径上的两个点，c、d为竖直直径上的两个点，它们与圆心的距离均相等。则()eq\a\vs4\al(A.a、b两点的场强相等,B.a、b两点的电势相等,C.c、d两点的场强相等,D.c、d两点的电势相等)【变式7-2】如图，两对等量异号点电荷、固定于正方形的4个顶点上。L、N是该正方形两条对角线与其内切圆的交点，O为内切圆的圆心，M为切点。则（）A.L和N两点处的电场方向相互垂直B.M点的电场方向平行于该点处的切线，方向向左C.将一带正电的点电荷从M点移动到O点，电场力做正功D.将一带正电的点电荷从L点移动到N点，电场力做功为零【变式7-3】如图，四根完全相同的均匀带正电绝缘长棒对称放置在长方体的四条长边a、b、c、d上。移去a处的绝缘棒，假定另外三根绝缘棒电荷分布不变。关于长方体几何中心O点处电场强度方向和电势的变化，下列说法正确的是()A．电场强度方向垂直指向a，电势减小B．电场强度方向垂直指向c，电势减小C．电场强度方向垂直指向a，电势增大D．电场强度方向垂直指向c，电势增大【题型8联系实际】【例8】如图是某种静电推进装置的原理图，发射极与吸极接在高压电源两端，两极间产生强电场，虚线为等势面，在强电场作用下，一带电液滴从发射极加速飞向吸极，a、b是其路径上的两点，不计液滴重力，下列说法正确的是()A．a点的电势比b点的低B．a点的电场强度比b点的小C．液滴在a点的加速度比在b点的小D．液滴在a点的电势能比在b点的大【变式8-1】(多选)如图为某静电矿料分选器原理图，带电矿粉经漏斗落入水平匀强电场后，分别落在收集板中央的两侧。下列关于矿粉分离过程说法正确的是()A．落在收集板左侧的矿粉带正电B．电场力对落在收集板两侧的矿粉均做负功C．矿粉的电势能均减小D．矿粉的电势能均增大【变式8-2】如图所示是用于离子聚焦的静电四极子场的截面图，四个电极对称分布，其中两个电极带正电荷，形成高电势＋U，两个电极带负电荷，形成低电势－U。图中a、b、c、d四个点为电场中的四个位置，下列说法正确的是()A．图中虚线表示电场线B．a点的电势高于b点的电势C．电荷在四个电极的表面分布均匀D．c点的电场强度大小与d点的电场强度大小相等【变式8-3】如图所示是高压电场干燥中药技术基本原理图，在大导体板MN上铺一薄层中药材，针状电极O和平板电极MN接高压直流电源，其间产生较强的电场。水分子是极性分子，可以看成棒状带电体，一端带正电，另一端带等量负电；水分子在电场力的作用下会加速从中药材中分离出去，在鼓风机的作用下飞离电场区域从而加速干燥。图中虚线ABCD是某一水分子从A处由静止开始的运动轨迹。下列说法正确的是()A．A处的电场强度大于D处B．B处的电势高于C处C．水分子做匀变速运动D．水分子由A运动到C的过程中电势能减少

专题10.1电势能和电势【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1单个点电荷电场中的电势能、电势问题】 【题型2两个等量同种点电荷的电场中的电势能、电势问题】 【题型3不等量点电荷电场中的电势能、电势问题】 【题型8两个等量异种点电荷电场中的电势能、电势问题】 【题型5涉及匀强电场的电势能、电势问题】 【题型6空间想象、空间表达问题】 【题型7对称问题】 【题型4联系实际】 【题型1单个点电荷电场中的电势能、电势问题】【例1】一带电粒子在正电荷形成的电场中，运动轨迹如图所示的abcd曲线，下列判断正确的是（）A．粒子带负电B．粒子通过a点时的速度比通过b点时大C．粒子从a点运动到d点，电场力先做正功，后做负功D．粒子在a点时的电势能比b点大答案：B解析：轨迹弯曲的方向大致指向合力的方向，知电场力背离正电荷方向，所以该粒子带正电。故A错误；从a到b，电场力做负功，根据动能定理，动能减小，a点动能大于b点动能，则a点速度大于b点的速度。故B正确；粒子从a点运动到d点，电场力先做负功，后做正功，故C错误；从a到b，电场力做负功，电势能增加。所以a点的电势能小于b点的电势能。故D错误。故选B。【变式1-1】一点电荷Q的电场中，让x轴与它的一条电场线重合，已知坐标轴上A、B两点的坐标分别为x1和x2，如图甲所示。在A、B两点分别放置正试探电荷，其受到的静电力跟试探电荷的电荷量的关系，如图乙中直线a、b所示，设静电力的正方向与x轴正方向相同，静电力常数未知。则下列说法不正确的是()A．可以判断点电荷Q的电性B．可以求出点电荷Q的电荷量C．可以求出点电荷Q的位置坐标D．可以比较A点和B点的电势高低解析：选B根据题意可知EA＝eq\f(F,q)＝40N/C，方向沿x轴正方向，EB＝eq\f(F,q)＝2.5N/C，方向沿x轴正方向，故可以判断点电荷应在A、B左侧带正电，场强方向是由A指向B，则φA＞φB，A、D正确；设点电荷距离A点x，则keq\f(Q,x2)＝EA，keq\f(Q,[x＋x2－x1]2)＝EB，分析可得可以求出x，即Q的位置坐标，不能求点电荷Q的电荷量，C正确，B错误。【变式1-2】在点电荷Q形成的电场中有一点A，当一个－q的检验电荷从电场的无限远处移到电场中的A点时，静电力做的功为W，则检验电荷在A点的电势能及电场中A点的电势分别为()A．EpA＝－W，φA＝eq\f(W,q) B．EpA＝W，φA＝－eq\f(W,q)C．EpA＝W，φA＝eq\f(W,q) D．EpA＝－W，φA＝－eq\f(W,q)解析依题意，－q的检验电荷从电场的无限远处被移到电场中的A点时，静电力做的功为W，则电荷的电势能减小W，无限远处电荷的电势能为零，则电极在A点的电势能为EpA＝－W，A点的电势φA＝eq\f(EpA,－q)＝eq\f(W,q)。答案A【变式1-3】（多选）如图,在正点电荷Q的电场中有M、N、P、F四点,M、N、P为直角三角形的三个顶点,F为MN的中点,∠M=30°。M、N、P、F四点处的电势分别用φM、φN、φP、φF表示。已知φM=φN,φP=φF,点电荷Q在M、N、P三点所在平面内,则()A.点电荷Q一定在MP的连线上B.连接PF的线段一定在同一等势面上C.将正试探电荷从P点搬运到N点,电场力做负功D.φP大于φM【解析】选A、D。本题考查了电场问题。根据题意分别画出MN和FP的中垂线,由几何关系知,两中垂线交点在MP连线上,如图。点电荷在图中的O位置,A项正确,B错误;因为是正电荷形成的电场,将正电荷从P搬运到N,电场力做正功,C项错误;因为是正电荷形成的电场,越靠近场源电荷的等势面电势越高,D项正确。【题型2两个等量同种点电荷的电场中的电势能、电势问题】【例2】(多选)真空中有两个固定的带正电的点电荷，电荷量不相等．一个带负电的试探电荷置于二者连线上的O点时，仅在电场力的作用下恰好保持静止状态．过O点作两正电荷连线的垂线，以O点为圆心的圆与连线和垂线分别交于a、c和b、d，如图所示．以下说法正确的是()A．a点电势低于O点B．b点电势低于c点C．该试探电荷在a点的电势能大于在b点的电势能D．该试探电荷在c点的电势能小于在d点的电势能答案BD解析作出两个固定点电荷分别在O点附近的电场线，由题意知，O点的场强EO＝0，则两点电荷分别在O点处产生电场的电场线疏密相同，进而推知O点左侧的电场方向向右，O点右侧的电场方向向左．可以判定：a点电势高于O点，b点电势低于c点，故A错误，B正确；由Ep＝φq可知，a点的电势高于b点，试探电荷(带负电)在a点的电势能比b点小，故C错误；c点电势高于d点，试探电荷(带负电)在c点的电势能小于d点，故D正确．【变式2-1】(多选)如图所示，两个带等量正电荷的点电荷分别固定于x轴上的P、Q两点，其位置关于直角坐标系xOy的原点O对称。圆弧PQ是一个以O点为圆心的半圆，c点为半圆与y轴的交点，a、b为一平行于x轴的直线与半圆的交点，下列说法正确的是()A．a、b两点的电势相同B．a、b两点的电场强度相同C．将一个带负电的试探电荷先沿着圆弧从a点移到c点，再沿y轴正方向移动，试探电荷的电势能先增大后不变D．设两电荷在半圆上任意一点产生的电场强度大小分别是E1、E2，则eq\f(1,E1)＋eq\f(1,E2)为一定值解析：选AD由对称性和等势线分布可知，a、b两点电势相同，A正确；电场强度大小相等，但方向不同，B错误；负电荷从a点移到c点，电场力做负功，电势能一直增大，再从c点沿y轴正方向移动电场力同样做负功，电势能也一直增大，C错误；半圆上任一点与P点连线与PQ夹角为θ，E1＝eq\f(kQ,2Rcosθ2)，E2＝eq\f(kQ,2Rsinθ2)则eq\f(1,E1)＋eq\f(1,E2)为一定值，D正确。【变式2-2】（多选）如图所示，真空中等量同种正电荷放置在M、N两点，在MN的连线上有对称点，MN连线的中垂线上有对称点，则下列说法正确的是（）A．两点电场强度相等B．正电荷在c点电势能等于在a点电势能C．在MN连线的中垂线上，O点电势最高D．负电荷从d点静止释放，在它从d点运动到b点的过程中，加速度先减小再增大答案：BC解析：A．根据电场线的分布，a、c两点的电场强度大小相等，而方向相反。故A错误；B．由于M、N等量同种电荷，所以a点电势和c点电势相等，故正电荷在c点电势能等于在a点电势能。故B正确；C．在中垂线上从O点开始向两侧电势降低，故O点电势最高，故C正确；D．由对称性知O点的场强为零，电荷从d点静止释放，在它从d点运动到b点的过程中，加速度可能先减小再增大。故D错误。故选BC。【变式2-3】(多选)等量同种带正电的点电荷的连线和其中垂线如图所示。一个带负电的试探电荷，先从图中a点沿直线移到b点，再从b点沿直线移到c点，则()A．试探电荷所受电场力的方向一直不变B．试探电荷所受电场力的大小一直增大C．试探电荷的电势能一直减少D．a、b、c三点的电势关系为：φa<φb<φc解析根据等量同种正点电荷电场线分布特点，电场强度在a、c点不为零，在b点为零，故电场力大小不可能一直增大，则选项B错误；因直线ab上电场强度方向向左，bc上电场强度方向向下，则负试探电荷受到的电场力方向在直线ab上向右，在直线bc上向上，故选项A错误；负试探电荷从a点移到b点电场力做正功，电势能减少，φa<φb；从b点移到c点电场力仍做正功，电势能减少，φb<φc，故选项C、D正确。答案CD【题型3不等量点电荷电场中的电势能、电势问题】【例3】如图所示，实线为两个点电荷Q1、Q2产生的电场的电场线，虚线为一电子在只受电场力作用下从A点运动到B点的运动轨迹，则下列判断正确的是()A．A点的电场强度小于B点的电场强度B．Q1的电荷量大于Q2的电荷量C．电子在A点的电势能大于在B点的电势能D．电子在A点的速度大于在B点的速度解析：选D根据在同一电场中，电场线较密的地方表示场强较大可知，A点的电场强度比B点的电场强度大，A错误；根据电场线分布情况可知，Q1、Q2是同种电荷，由点电荷Q2周围电场线较密可知点电荷Q2带电荷量较多，即Q1＜Q2，B错误；电子做曲线运动，受到的合力方向指向曲线的凹侧，可知电子从A点运动到B点的过程中，受到的电场力F方向斜向下，电场力方向与速度方向的夹角总是大于90°，电场力做负功，电势能增加，动能减少，速度减小，C错误，D正确。【变式3-1】如图，真空中电荷量为和的两个点电荷分别位于点与点，形成一个以延长线上点为球心，电势为零的等势面（取无穷处电势为零），为连线上的一点，S为等势面与直线的交点，为等势面上的一点，下列说法正确的是（）A．点电势低于点电势 B．点电场强度方向指向O点C．除无穷远处外，MN直线上还存在两个电场强度为零的点 D．将正试探电荷从T点移到P点，静电力做正功【答案】B【解析】A．在直线上，左边正电荷在右侧电场强度水平向右，右边负电荷在直线上电场强度水平向右，根据电场的叠加可知间的电场强度水平向右，沿着电场线电势逐渐降低，可知点电势高于等势面与交点处电势，则点电势高于点电势，故A错误；C．由于正电荷的电荷量大于负电荷电荷量，可知在N左侧电场强度不可能为零，则右侧，设距离为，根据可知除无穷远处外，直线MN电场强度为零的点只有一个，故C错误；D．由A选项分析可知：点电势低于电势，则正电荷在点的电势能低于在电势的电势能，将正试探电荷从T点移到P点，电势能增大，静电力做负功，故D错误；B．设等势圆的半径为，距离为，距离为，如图所示根据结合电势的叠加原理、满足解得由于电场强度方向垂直等势面，可知T点的场强方向必过等势面的圆心，O点电势可知可知T点电场方向指向O点，故B正确。故选B。【变式3-2】两异种点电荷电场中的部分等势面如图所示，已知A点电势高于B点电势．若位于a、b处点电荷的电荷量大小分别为qa和qb，则(

)A．a处为正电荷，qa＜qb B．a处为正电荷，qa＞qbC．a处为负电荷，qa＜qb D．a处为负电荷，qa＞qb【答案】B【解析】试题分析：若把该图象与等量异种点电荷电场中的部分等势面图比较，可以得到：靠近正电荷的点电势高，靠近负电荷的点，电势较低，所以，a处为正电荷．等量异种点电荷电场中的部分等势面图象中的等势面左右对称，无穷远处的电势为0．该图象的左侧的等势线比较密，无穷远处的电势为0，所以无穷远处到两点之间的电势差相比，与a点之间的电势差比较大，所以a点所带的电量就多．综上分析B正确，ACD错误考点：考查了电场线，电势【变式3-3】（多选）两个位于纸面内的点电荷产生电场的等势面如图中实线所示，相邻等势面间的电势差相等。虚线是一个电子在该电场中的运动轨迹，轨迹与某等势面相切于P点。下列说法正确的是（）A．两点电荷可能是异种点电荷 B．A点的电场强度比B点的大C．A点的电势高于B点的电势 D．电子运动到P点时动能最小【答案】CD【解析】A．根据电荷间等势面的分布情况可知两点电荷时同种电荷，又根据电子在该电场中的运动轨迹可判断电子一直受到排斥的力，故可知两点电荷为同种负电荷；故A错误；B．根据等势面的疏密程度可以判断A点的电场强度比B点的小，故B错误；C．因为两点电荷是同种负电荷，电场线指向负电荷，故可知A点的电势高于B点的电势，故C正确；D．根据电子的运动轨迹和电场线的方向可知由M到P电场力做负功，由P到N电场力做正功；由M到P动能减小，由P到N动能增加，故电子运动到P点时动能最小，故D正确。故选CD。【题型4两个等量异种点电荷电场中的电势能、电势问题】【例4】如图所示，A点与B点间距离为2l，OCD是以B为圆心，以l为半径的半圆路径．A、B两处各放有一点电荷，电荷量分别为＋q和－q.下列说法正确的是()A．单位正电荷在O点所受的静电力与在D点所受的静电力大小相等、方向相反B．单位正电荷从D点沿任意路径移到无限远，静电力做正功，电势能减小C．单位正电荷从D点沿DCO移到O点，电势能增大D．单位正电荷从O点沿OCD移到D点，电势能增大答案C解析电荷量为＋q的电荷在O点产生的电场强度大小为：E1＝keq\f(q,l2)，方向向右；电荷量为－q的电荷在O点产生的电场强度大小为E2＝keq\f(q,l2)，方向向右，所以O点的合场强为E＝2keq\f(q,l2)，方向向右，单位正电荷在O点受到的静电力大小为：F＝2ekeq\f(q,l2)，方向向右．电荷量为＋q的电荷在D点产生的电场强度大小为：E2＝keq\f(q,9l2)，方向向右；电荷量为－q的电荷在D点产生的电场强度大小为E3＝keq\f(q,l2)，方向向左，所以D点的合场强为E′＝keq\f(8q,9l2)，方向向左，单位正电荷在D点受到的静电力大小为：F′＝keeq\f(8q,9l2)，方向向左，A错误；因为D点靠近负电荷，远离正电荷，所以D点的电势为负，无限远处电势为零，而正电荷从低电势向高电势处运动静电力做负功，电势能增大，B错误；等量异种电荷连线的中点处电势为零，故O点电势比D点电误．【变式4-1】如图所示，在真空中A、B两点分别放置等量的异种电荷＋q、－q，在通过A、B两点的竖直平面内相对于AB对称取一个矩形路径abcd，且ab平行于AB，a、d到A点的距离等于b、c到B点的距离．设想将一个电子沿路径abcd运动一周，则下列说法正确的是()A．由a到b，电势降低，电子的电势能减小B．由a到b，电势升高，电子的电势能增大C．由b到c，电场力对电子先做正功，后做负功，总功为零D．由d到a，电子的电势能先减小后增大，电势能的变化总量为零答案：D解析：AB、由a→b，电势降低，电场力做负功，电子的电势能增加，故A错误，B错误；C、如图，画出过b、c的等势线，则知由b→c，电势先降低再升高，则电场对电子先做负功，后做正功．根据对称性可知，b、c两点的电势相等，电场力做的总功为零，故C错误；D、根据对称性可知，则知由d→a，电势先升高再降低，则电场对电子先做正功，后做负功，电子的电势能先减小后增大，d、a两点的电势相等，电场力做的总功为零，电势能的变化总量为零，D正确．故选D．【变式4-2】如图所示，竖直平面内光滑圆弧轨道半径为R，等边三角形ABC的边长为L，顶点C恰好位于圆周最低点，CD是AB边的中垂线，在A、B两顶点上放置一对等量异种电荷，现把质量为m带电荷量为＋Q的小球由圆弧的最高点M处静止释放，到最低点C时速度为v0，不计＋Q对原电场的影响，取无穷远处为零电势，静电力常量为k，则（）A．小球在圆弧轨道上运动过程机械能守恒B．C、D两点电势相等C．M点电势为D．小球对轨道最低点C处的压力大小为答案：C解析：A．小球在圆弧轨道上运动过程中，电场力对小球做功，机械能不守恒，故A不符合题意；B．根据等量异种电荷的电场分布，CD为等势面，故B不符合题意；C．无穷远处电势为0，CD为等势面，所以CD电势为0，小球从M到C，由动能定理，电场力所做的功所以M点的电势故C符合题意；D．小球对轨道最低点C处的压力大小故D不符合题意。故选C。【变式4-3】如图所示的平面内，有静止的等量异号点电荷，M、N两点关于两电荷连线对称，M、P两点关于两电荷连线的中垂线对称。下列说法正确的是()A．M点的场强比P点的场强大B．M点的电势比N点的电势高C．N点的场强与P点的场强相同D．电子在M点的电势能比在P点的电势能大解析：选C等量异种点电荷的电场线分布如图所示，则M点的场强与P点的场强大小相等，N点的场强与P点的场强大小相等，方向相同，A错误，C正确；根据等量异种点电荷的电势分布特点可知，M点的电势与N点的电势相等，M点的电势高于P点的电势，根据Ep＝qφ＝－eφ可知，电子在M点的电势能比在P点的电势能小，B、D错误。【题型5涉及匀强电场的电势能、电势问题】【例5】实验室中探测到电子在匀强电场中的运动轨迹为一条抛物线。为研究问题方便，建立如图所示的坐标系，该抛物线开口向下，a、b是抛物线上的两点。下列说法正确的是()A．匀强电场方向可能沿x轴正方向B．匀强电场方向可能沿y轴负方向C．匀强电场中a点的电势比b点高D．电子在b点的动能比在a点的大答案C解析电子在电场中做曲线运动，电场力应指向轨迹内侧向下，若匀强电场方向沿x轴正方向，电子所受的电场力沿x轴负方向，A错误；若匀强电场方向沿y轴负方向，电子所受电场力方向沿y轴正方向，B错误；抛物线开口向下，从a点到b点电子一定做减速运动，动能减小，电势能增大，因负电荷在电势高处电势能小，可知匀强电场中，a点的电势比b点的高，电子在b点的动能比a点的小，C正确，D错误。【变式5-1】如图所示，竖直方向的匀强电场中O点固定一点电荷，一带负电小球绕该点电荷在竖直面内做匀速圆周运动，A、B是运动轨迹上的最高点与最低点，两点电势分别为φA、φB，电场强度分别为EA、EB，不计空气阻力，小球可视为质点，则()A．φA＞φB、EA＞EB B．φA＜φB、EA＜EBC．φA＜φB、EA＞EB D．φA＞φB、EA＜EB解析：选D小球做匀速圆周运动，则匀强电场的电场力和重力相平衡，所以匀强电场的电场强度方向向下，O点固定的点电荷带正电，EA＜EB，点电荷产生的电势在圆周上是相等的，匀强电场中沿电场线方向电势越来越低，则φA＞φB，D正确。【变式5-2】如图所示，圆形区域内存在平行于圆面的匀强电场，mn和pq是圆的两条互相垂直的直径。将一带正电的粒子从另一直径ab的a点移到m点，其电势能增加量为ΔE(ΔE>0)，若将该粒子从m点移到b点，其电势能减少量也为ΔE，则电场强度的方向()A．平行于直径ab指向aB．平行于直径ab指向bC．垂直于直径ab指向pm弧D．垂直于直径ab指向nq弧答案D解析由于带正电的粒子从另一直径ab的a点移到m点，其电势能增加量为ΔE(ΔE>0)，根据W＝－ΔE和W＝q(φa－φm)可知，电场力做负功，且φa<φm，若将该粒子从m点移到b点，其电势能减少量也为ΔE，根据W＝q(φm－φb)可知，电场力做正功，且φb<φm，由于电势能变化量相同，则可知a点与b点电势相等，故直径ab是一条等势线，且m点电势高于a、b点电势，所以电场强度的方向垂直于直径ab指向nq弧，故选项D正确。【变式5-3】如图所示，一带电微粒沿与CD平行方向(垂直AD方向)射入倾角为θ的光滑斜面上，斜面所在区域存在和AD平行的匀强电场，微粒运动轨迹如图中虚线所示，则()A．若微粒带正电荷，则电场方向一定沿斜面向下B．微粒从M点运动到N点电势能一定增加C．微粒从M点运动到N点动能一定增加D．微粒从M点运动到N点机械能一定增加答案C解析若微粒带正电荷，重力沿斜面向下的分力大于静电力时，静电力的方向可以沿斜面向上，也可以沿斜面向下，故A错误；当静电力沿斜面向上时，则静电力做负功，电势能增加，当静电力沿斜面向下时，静电力做正功，电势能减小，故B错误；由于合力沿斜面向下，故合力一定做正功，根据动能定理可知，动能一定增加，故C正确；若静电力沿斜面向上，静电力做负功，机械能减小，故D错误．【题型6空间想象、空间表达问题】【例6】(多选)如图所示，在正四面体的两个顶点分别固定电荷量为Q的等量异种电荷，a、b是所在棱的中点，c、d为正四面体的另外两个顶点，则以下判断正确的是()A．c、d两点电势相等B．a、b两点的电场强度相同C．沿棱从b到d电势逐渐降低D．负的试探电荷沿棱从c到d电势能始终不变答案ACD解析由题知，通过两电荷的中垂面是一等势面，c、d在同一等势面上，电势相等，负的试探电荷沿棱从c到d静电力不做功，电势能始终不变，故A、D正确；由电场强度的叠加原理可知，a、b两点的电场强度大小相等，方向不同，故B错误；由以上分析知沿棱从b到d方向，与电场强度方向成锐角，而沿场强方向电势降低，故C正确．【变式6-1】如图所示，a、b、c、d、e、f是以O为球心的球面上的点，平面aecf与平面bedf垂直，分别在b、d两点处放有等量同种点电荷＋Q，取无穷远处电势为零，则下列说法正确的是()A．a、e、c、f四点电场强度相同B．a、e、c、f四点电势不同C．电子沿球面曲线a→e→c运动过程中，静电力先做正功后做负功D．电子沿直线由a→O→c运动过程中，电势能先减少后增加答案D解析等量同种点电荷中垂面上，关于O点对称的点的电场强度大小相等，方向相反，故A错误；a、e、c、f四点在同一等势线上，电势相同，故B错误；电子沿球面曲线a→e→c运动过程中，电势处处相同，静电力不做功，故C错误；电子沿直线a→O→c运动过程中，电势先升高后降低，电势能先减少后增加，故D正确．【变式6-2】如图所示，两正四面体边长均为l0，两正四面体bcd面完全重合，电荷量为Q的两正、负电荷A、B分别置于两四面体左、右两顶点，静电力常量为k，则()A．b、c、d三点的电场强度大小相等，方向不同B．b、c、d三点的电势不相等C．平面bcd上电场强度的最大值为eq\f(3kQ,l02)D．平面bcd上电场强度的最大值为eq\f(3kQ,2l02)解析：选C根据电场强度的合成满足平行四边形定则，则等量异种电荷连线的中垂面上的b、c、d三点的场强大小相等，方向均与bcd面垂直，则方向相同，选项A错误；等量异种电荷的中垂面为等势面，则b、c、d三点的电势相等，选项B错误；等量异种电荷的连线的中点场强最大，由几何关系可知正四面体的面的中线长为eq\f(\r(3),2)l0，正四面体的高为h＝eq\r(l02－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(3),2)l0×\f(2,3)))2)＝eq\f(\r(6),3)l0，则连线中点的场强为Emax＝eq\f(kQ,h2)×2＝eq\f(3kQ,l02)，选项C正确，D错误。【变式6-3】(多选)如图所示，空间存在一个正四面体ABCD，其边长为a，在水平面上的B、C、D三个顶点各固定一个电荷量为＋q的点电荷，一个质量为m的点电荷N恰好可以静止在A点。若把点电荷N从A点沿过A点的竖直面向上移动到无穷远处，电场力做功的大小为W。不考虑N对电场的影响，以无穷远处电势为零，重力加速度为g。根据上述现象，可以判定()A．A点的电场强度为EA＝eq\f(\r(6)kq,a2)B．点电荷N带电荷量大小为qN＝eq\f(\r(6)mga2,6kq)C．A点的电势为φA＝eq\f(\r(6)kqW,6mga2)D．点电荷N的电势能将先增大后减小解析：选AB固定的每个正点电荷对小球的库仑力大小为F＝eq\f(kqNq,a2)，设F与竖直方向的夹角为θ，由几何关系可得cosθ＝eq\f(\r(6),3)，对小球，由平衡条件有3Fcosθ＝mg，解得qN＝eq\f(\r(6)mga2,6kq)，A点的电场强度为EA＝eq\f(mg,qN)＝eq\f(\r(6)kq,a2)，故A、B正确；根据题意可知，点电荷N在A点的电势能为A点的电势为W，则A点的电势为φA＝eq\f(W,qN)＝eq\f(\r(6)kqW,mga2)，故C错误；把点电荷N从A点沿过A点的竖直面向上移动到无穷远处，电场力一直做正功，电势能一直减小，故D错误。【题型7对称问题】【例7】(多选)如图所示，四个带电荷量绝对值相等的点电荷分别固定在竖直平面内某一正方形的四个顶点上，A、B、C、D四个点分别为对应的四条边的中点，现有某一带正电的试探电荷在四个电荷产生的电场中运动，下列说法正确的是()A．D点的电势小于A点的电势B．D点的电势小于C点的电势C．试探电荷仅在静电力作用下从A点沿AC运动到C点，其加速度逐渐增大D．直线BD所在的水平面为等势面答案AD解析取无穷远处为零电势点，A点在两个正电荷电场中电势为2φ1，在两个负电荷电场中电势为－2φ2，因φ1>φ2，故A点的电势为(2φ1－2φ2)>0；同理C点的电势为(－2φ1＋2φ2)<0.D点在左上正电荷、左下负电荷的电场中电势为0，同理，在右上正电荷、右下负电荷的电场中电势也为0，故D点电势为零，有φA>φD，φD>φC，A正确，B错误．由场强叠加原理可知，A、C两点的场强相同，故试探电荷在这两点的加速度也相同，所以试探电荷仅在静电力作用下从A点沿AC运动到C点，加速度并不是一直增大，故C错误；B、D所在的水平面上任意一点的场强方向均竖直向下，故在这个水平面内移动电荷时，静电力不做功，所以此面一定为等势面，故D正确．【变式7-1】(多选)如图，竖直面内一绝缘细圆环的上、下半圆分别均匀分布着等量异种电荷。a、b为圆环水平直径上的两个点，c、d为竖直直径上的两个点，它们与圆心的距离均相等。则()eq\a\vs4\al(A.a、b两点的场强相等,B.a、b两点的电势相等,C.c、d两点的场强相等,D.c、d两点的电势相等)解析：选ABC将圆环分割成无穷个小段，关于水平直径对称的两小段构成等量异种点电荷模型，在等量异种点电荷的垂直平分线上各点场强方向由正点电荷指向负点电荷，根据对称性可知a、b两点的场强相等，A项正确；取无穷远处电势为零，在等量异种点电荷的垂直平分线上各点电势均为零，故a、b两点的电势相等，B项正确；关于竖直直径对称的两小段构成等量同种点电荷模型，根据对称性可知c、d两点的场强相等，C项正确；在等量异种点电荷模型中，距离正点电荷近的点电势高，故φc＞φd，D项错误。【变式7-2】如图，两对等量异号点电荷、固定于正方形的4个顶点上。L、N是该正方形两条对角线与其内切圆的交点，O为内切圆的圆心，M为切点。则（）A.L和N两点处的电场方向相互垂直B.M点的电场方向平行于该点处的切线，方向向左C.将一带正电的点电荷从M点移动到O点，电场力做正功D.将一带正电的点电荷从L点移动到N点，电场力做功为零【答案】AB【解析】A．两个正电荷在N点产生的场强方向由N指向O，N点处于两负电荷连线的中垂线上，则两负电荷在N点产生的场强方向由N指向O，则N点的合场强方向由N指向O，同理可知，两个负电荷在L处产生的场强方向由O指向L，L点处于两正电荷连线的中垂线上，两正电荷在L处产生的场强方向由O指向L，则L处的合场方向由O指向L，由于正方形两对角线垂直平分，则L和N两点处的电场方向相互垂直，故A正确；B．正方形底边的一对等量异号电荷在M点产生的场强方向向左，而正方形上方的一对等量异号电荷在M点产生的场强方向向右，由于M点离上方一对等量异号电荷距离较远，则M点的场方向向左，故B正确；C．由图可知，M和O点位于两等量异号电荷的等势线上，即M和O点电势相等，所以将一带正电的点电荷从M点移动到O点，电场力做功为零，故C错误；D．由图可知，L点的电势低于N点电势，则将一带正电的点电荷从L点移动到N点，电场力做功不为零，故D错误。故选AB。【变式7-3】如图，四根完全相同的均匀带正电绝缘长棒对称放置在长方体的四条长边a、b、c、d上。移去a处的绝缘棒，假定另外三根绝缘棒电荷分布不变。关于长方体几何中心O点处电场强度方向和电势的变化，下列说法正确的是()A．电场强度方向垂直指向a，电势减小B．电场强度方向垂直指向c，电势减小C．电场强度方向垂直指向a，电势增大D．电场强度方向垂直指向c，电势增大解析：选A根据对称性可知，移去a处的绝缘棒后，电场强度方向垂直指向a，电势是标量，现在撤去a处的绝缘棒后，则O点的电势减小。故选A。【题型8联系实际】【例8】如图是某种静电推进装置的原理图，发射极与吸极接在高压电源两端，两极间产生强电场，虚线为等势面，在强电场作用下，一带电液滴从发射极加速飞向吸极，a、b是其路径上的两点，不计液滴重力，下列说法正确的是()A．a点的电势比b点的低B．a点的电场强度比b点的小C．液滴在a点的加速度比在b点的小D．液滴在a点的电势能比在b点的大解析：选D高压电源左为正极，则两极间所加强电场的电场强度向右，而沿着电场线电势逐渐降低，可知φa>φb，故A错误；电场线与等势面垂直，根据等势面可大致画出电场线分布，可知a处的电场线较密，则Ea>Eb，故B错误；液滴的重力不计，根据牛顿第二定律可知，液滴的加速度为a＝eq\f(qE,m)，因Ea>Eb，可得aa>ab，故C错误；液滴在电场力作用下向右加速，则电场力做正功，动能增大，电势能减少，即Epa>Epb，故D正确。【变式8-1】(多选)如图为某静电矿料分选器原理图，带电矿粉经漏斗落入水平匀强电场后，分别落在收集板中央的两侧。下列关于矿粉分离过程说法正确的是()A．落在收集板左侧的矿粉带正电B．电场力对落在收集板两侧的矿粉均做负功C．矿粉的电势能均减小D．矿粉的电势能均增大解析：选AC由题图知，匀强电场的方向水平向左，所以落在收集板左侧的矿粉带正电，A正确；因为落在收集板左、右两侧的矿粉所受电场力与其偏转方向均一致，所以电场力对落在两侧的矿粉都做正功，电势能均减小，故B、D错误，C正确。【变式8-2】如图所示是用于离子聚焦的静电四极子场的截面图，四个电极对称分布，其中两个电极带正电荷，形成高电势＋U，两个电极带负电荷，形成低电势－U。图中a、b、c、d四个点为电场中的四个位置，下列说法正确的是()A．图中虚线表示电场线B．a点的电势高于b点的电势C．电荷在四个电极的表面分布均匀D．c点的电场强度大小与d点的电场强度大小相等解析：选B四个电极都是等势面，电场线与等势面垂直，则图中虚线表示等势面，不表示电场线，选项A错误；a点的电势为零，b点电势小于零，则a点电势高于b点的电势，选项B正确；每个电极附近的等势面分布的疏密不同，则电极表面的电场线疏密不同，则电荷在每个电极的表面分布不均匀，选项C错误；因c点等势面较d点密集，则c点电场线分布较d点密集，即c点的电场强度比d点的电场强度大，选项D错误。【变式8-3】如图所示是高压电场干燥中药技术基本原理图，在大导体板MN上铺一薄层中药材，针状电极O和平板电极MN接高压直流电源，其间产生较强的电场。水分子是极性分子，可以看成棒状带电体，一端带正电，另一端带等量负电；水分子在电场力的作用下会加速从中药材中分离出去，在鼓风机的作用下飞离电场区域从而加速干燥。图中虚线ABCD是某一水分子从A处由静止开始的运动轨迹。下列说法正确的是()A．A处的电场强度大于D处B．B处的电势高于C处C．水分子做匀变速运动D．水分子由A运动到C的过程中电势能减少解析：选D电场线密的地方电场强度大，A处的电场强度小于D处，A错误；顺着电场线方向电势降低，B处的电势低于C处，B错误；水分子受到的电场力是变力，所以做变加速运动，C错误；水分子两端带等量异种电荷，所以水分子的棒状与电场方向平行，且上端的电场强度大，受到较大的电场力，故水分子受到的合力沿电场线向上，即电场力对水分子做正功，根据功能关系可知电势能减少，D正确。

专题10.2电势差【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1电势差的计算】 【题型2静电力做功与电势能变化问题】 【题型3等势面问题】 【题型4联系实际】 【题型5功能关系综合】 【题型1电势差的计算】【例1】（多选）利用带电粒子探测电场的分布情况是一种重要的技术手段。如图所示，某圆形区域（圆心为）内存在平行于纸面的匀强电场（未画出），圆上点处有一粒子源，可向圆形区域内发射初动能相同的同种带电粒子，其中分别落在圆上A、两点的粒子动能仍然相同，不计粒子重力、粒子间相互作用及带电粒子对原电场分布的影响，则（）A.直线为电场中的一条等势线B.A、两点的电势大小关系为C.、两点间和、两点间的电势差关系为D.落在劣弧中点的粒子获得的动能最大【变式1-1】如图所示，一个电荷量为－Q的点电荷甲，固定在绝缘水平面上的O点．另一个电荷量为＋q、质量为m的点电荷乙，从A点以初速度v0沿它们的连线向甲运动，运动到B点时的速度为v，且为运动过程中速度的最小值．已知点电荷乙受到的阻力大小恒为Ff，A、B间距离为L0，静电力常量为k，则下列说法正确的是()A．点电荷乙从A点向甲运动的过程中，加速度逐渐增大B．点电荷乙从A点向甲运动的过程中，其电势能先增大再减小C．OB间的距离为eq\r(\f(kQq,Ff))D．在点电荷甲形成的电场中，AB间电势差UAB＝eq\f(FfL0＋\f(1,2)mv2,q)【变式1-2】如图所示，第一象限中有沿x轴正方向的匀强电场，第二象限中有沿y轴负方向的匀强电场，两电场的电场强度大小相等．一个质量为m，电荷量为－q的带电质点以初速度v0从x轴上P(－L,0)点射入第二象限，已知带电质点在第一和第二象限中都做直线运动，并且能够连续两次通过y轴上的同一个点Q(未画出)，重力加速度g为已知量．求：(1)初速度v0与x轴正方向的夹角；(2)P、Q两点间的电势差UPQ；(3)带电质点在第一象限中运动所用的时间．【变式1-3】如图所示，水平平行线代表电场线，但未指明方向，带电量为10-8C的正电微粒，在电场中只受电场力的作用，由A运动到B，动能损失，A点的电势为，则微粒运动轨迹是虚线______（填“1”或“2”），B点的电势为______V。【题型2静电力做功与电势能变化问题】【例2】如图所示，两个半径不等的均匀带电圆环带电荷量相等，P环的半径大于Q环的，P带正电，Q带负电。两圆环圆心均在O点，固定在空间直角坐标系中的平面上。在x轴上，到O点的距离相等，c在y轴上，到O点的距离小于Q环的半径。取无限远处电势为零，则（）A．O点场强为零，电势也为零B．两点场强相同，电势相等C．电子在c处的电势能大于在a处的D．电子沿x轴从a到b，电场力先做正功后做负功【变式2-1】如图所示，在某静电除尘器产生的电场中，带等量负电荷的两颗微粒只受电场力作用，分别从p点沿虚线pm、pn运动，被吸附到金属圆筒上。下列说法正确的是()A．p点的电势高于n点的电势B．微粒在p点的电势能小于在m点的电势能C．微粒从p到n的动能变化量大于从p到m的动能变化量D．微粒从p到n的电势能变化量等于从p到m的电势能变化量【变式2-2】如图所示，实线MN是某匀强电场中的一条电场线．一带正电粒子射入电场后，仅在电场力作用下沿虚线ABC运动．下列说法中正确的是()A．粒子在A点的加速度比在C点的加速度大B．粒子在A点的电势能比在C点的电势能小C．M、N两点的电势：φM>φND．电场线的方向水平向右【变式2-3】如图所示，竖直平面内有水平向左的匀强电场E，M点与P点的连线垂直于电场线，M点与N点在同一电场线上。两个完全相同的带等量正电荷的粒子，以相同大小的初速度v0分别从M点和N点沿竖直平面进入电场，重力不计。N点的粒子垂直电场线进入，M点的粒子与电场线成一定夹角进入，两粒子恰好都能经过P点，在此过程中，下列说法正确的是()A．电场力对两粒子做功相同B．两粒子到达P点的速度大小可能相等C．两粒子到达P点时的电势能都减小D．两粒子到达P点所需时间一定不相等【题型3等势面问题】【例3】(多选)图中虚线表示“∧”形带电导体下方电场的电场线或等势面分布示意图，其中c、d是同一条虚线上的两点，b是另一条虚线上的一点，a是导体尖角下方的一点．下列说法正确的是()A．虚线表示等势面B．b点的电场强度小于c点的电场强度C．电子在a点的电势能大于在c点的电势能D．电荷从c点运动到d点，静电力做正功【变式3-1】如图所示，虚线a、b、c代表某一电场中的三个等势面，相邻等势面之间的电势差相等，实线为一带正电的粒子仅在静电力作用下通过该区域时的运动轨迹，P、R、Q是这条轨迹上的三点，其中R在等势面b上．下列判断正确的是()A．三个等势面中，a的电势最低B．带电粒子在P点的电势能比在Q点的小C．带电粒子在P点的动能与电势能之和比在Q点的小D．带电粒子在R点的加速度方向垂直于等势面b【变式3-2】如图所示，空间有一正三棱锥P－ABC，D点是BC边上的中点，O点是底面ABC的中心，现在顶点P点固定一负的点电荷，则下列说法正确的是()A．A、B、C三点的电场强度相同B．底面ABC为等势面，所以沿该面移动电荷静电力不做功C．将一正的点电荷从A点沿直线移到D点过程中，该试探电荷电势能先减少后增加D．若B、C、D三点的电势为φB、φC、φD，则有φB－φD＝φD－φC【变式3-3】如图所示是某一带电导体周围的电场线与等势面，A、C是同一等势面上的两点，B是另一等势面上的一点。下列说法正确的是()A．导体内部的场强左端大于右端B．A、C两点的电势均低于B点的电势C．B点的电场强度大于A点的电场强度D．正电荷从A点沿虚线移到B点的过程中电场力做正功，电势能减小【题型4联系实际】【例4】如图所示是用于离子聚焦的静电四极子场的截面图，四个电极对称分布，其中两个电极带正电荷，形成高电势＋U，两个电极带负电荷，形成低电势－U。图中a、b、c、d四个点为电场中的四个位置，下列说法正确的是()A．图中虚线表示电场线B．a点的电势高于b点的电势C．电荷在四个电极的表面分布均匀D．c点的电场强度大小与d点的电场强度大小相等【变式4-1】内陆盐矿中开采的氯化钠称为岩盐。如图所示，岩盐晶体结构中相邻的四个离子处于正方形的四个顶点，O点为正方形中心，A、B、C、D为四边中点，M点为A、O的中点，N点为O、D的中点，取无穷远处电势为零，关于这四个离子形成的电场，下列说法正确的是（）A.M点的电势高于N点的电势B.A、M两点电场强度相等C.M、N两点电场强度方向互相垂直D.把一个负点电荷从A点沿直线移到C点，电势能先增大后减小【变式4-2】（多选）离子陷阱是一种利用电场或磁场将离子俘获并囚禁在一定范围内的装置。如图所示为最常见的“四极离子陷阱”的俯视示意图，四根平行细杆与直流电压和叠加的射频电压相连，相当于四个电极，相对的电极带等量同种电荷，相邻的电极带等量异种电荷。在垂直于四根杆的平面内四根杆的连线是一个正方形abcd，A、C是a、c连线上的两点，B、D是b、d连线上的两点，A、C、B、D到正方形中心O的距离相等。则下列判断正确的是()A．D点的电场强度为零B．A、B、C、D四点电场强度相等C．A点电势比B点电势高D．O点的电场强度为零【变式4-3】静电喷漆技术具有效率高、质量好等优点,其装置示意图如图所示,A、B为两块水平放置的平行金属板,间距d=1.0m,两板间有方向竖直向上、电场强度大小E=1.0×103N/C的匀强电场,在A板的中央放置一个安全接地的静电油漆喷枪P,油漆喷枪的半圆形喷嘴可向各个方向均匀地喷出初速度大小均为v0=1.0m/s、质量均为m=5.0×10-14kg、电荷量均为q=2.0×10-15C的带负电的油漆微粒,不计微粒所受空气阻力及微粒间的相互作用,油漆微粒最后都落在金属板B上,重力加速度g=10m/s2。下列说法中错误的是()。A.沿水平方向喷出的微粒运动到B板所需时间为0.2sB.沿不同方向喷出的微粒,从喷出至到达B板,电场力做功为2.0×10-12JC.若其他条件均不变,d增大为原来的2倍,喷涂面积增大为原来的2倍D.若其他条件均不变,E增大为原来的2倍,喷涂面积减小为原来的1【题型5功能关系综合】【例5】如图所示，在竖直平面内，光滑绝缘直杆AC与半径为R的圆周交于B、C两点，在圆心处有一固定的正点电荷，B点为AC的中点，C点位于圆周的最低点．现有一质量为m、电荷量为－q套在杆上的带负电小球(可视为质点)从A点由静止开始沿杆下滑．已知重力加速度为g，A点距过C点的水平面的竖直高度为3R，小球滑到B点时的速度大小为2eq\r(gR).求：(1)小球滑到C点时的速度大小；(2)若以C点作为零电势点，试确定A点的电势．【变式5-1】如图所示为一匀强电场，某带电粒子从A点运动到B点，在这一运动过程中克服重力做的功为2.0J，静电力做的功为1.5J．下列说法中正确的是()A．粒子带负电B．粒子在A点的电势能比在B点少1.5JC．粒子在A点的动能比在B点少0.5JD．粒子在A点的机械能比在B点少1.5J【变式5-2】如图所示，在水平向右的匀强电场中，质量为m的带电小球，以初速度v从M点竖直向上运动，通过N点时，速度大小为2v，方向与电场方向相反，则小球从M运动到N的过程()A．动能增加eq\f(1,2)mv2 B．机械能增加2mv2C．重力势能增加eq\f(3,2)mv2 D．电势能增加2mv2【变式5-3】如图所示，在空间中存在竖直向上的匀强电场，质量为m、电荷量为＋q的物块从A点由静止开始下落，加速度为eq\f(1,3)g，下落高度H到B点后与一轻弹簧接触，又下落h后到达最低点C，整个过程中不计空气阻力，且弹簧始终在弹性限度内，重力加速度为g，则带电物块在由A点运动到C点过程中，下列说法正确的是()A．该匀强电场的电场强度为eq\f(mg,3q)B．带电物块和弹簧组成的系统机械能减少量为eq\f(mgH＋h,3)C．带电物块电势能的增加量为mg(H＋h)D．弹簧的弹性势能的增加量为eq\f(mgH＋h,3)

专题10.2电势差【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1电势差的计算】 【题型2静电力做功与电势能变化问题】 【题型3等势面问题】 【题型4联系实际】 【题型5功能关系综合】 【题型1电势差的计算】【例1】（多选）利用带电粒子探测电场的分布情况是一种重要的技术手段。如图所示，某圆形区域（圆心为）内存在平行于纸面的匀强电场（未画出），圆上点处有一粒子源，可向圆形区域内发射初动能相同的同种带电粒子，其中分别落在圆上A、两点的粒子动能仍然相同，不计粒子重力、粒子间相互作用及带电粒子对原电场分布的影响，则（）A.直线为电场中的一条等势线B.A、两点的电势大小关系为C.、两点间和、两点间的电势差关系为D.落在劣弧中点的粒子获得的动能最大【答案】AC【解析】AB．由动能定理可知，电场力对落在A、B两点的粒子做功相等，故A、B两点的电势相等，故过AB且垂直于圆环的面为等势面，A正确，B错误；C．，故，C正确；D．电场线与直线AB垂直，但不知电场线的指向和粒子的正负，故落在劣弧AB中点的粒子获得的动能可能最大也可能最小，D错误。故选AC。【变式1-1】如图所示，一个电荷量为－Q的点电荷甲，固定在绝缘水平面上的O点．另一个电荷量为＋q、质量为m的点电荷乙，从A点以初速度v0沿它们的连线向甲运动，运动到B点时的速度为v，且为运动过程中速度的最小值．已知点电荷乙受到的阻力大小恒为Ff，A、B间距离为L0，静电力常量为k，则下列说法正确的是()A．点电荷乙从A点向甲运动的过程中，加速度逐渐增大B．点电荷乙从A点向甲运动的过程中，其电势能先增大再减小C．OB间的距离为eq\r(\f(kQq,Ff))D．在点电荷甲形成的电场中，AB间电势差UAB＝eq\f(FfL0＋\f(1,2)mv2,q)答案C解析点电荷乙从A点向甲运动的过程中，受向左的静电力和向右的摩擦力，两球靠近过程中静电力逐渐增大，小球先减速后加速，所以加速度先减小后增大，故A错误；在小球向左运动过程中静电力一直做正功，因此电势能一直减小，故B错误；当速度最小时有：Ff＝F＝keq\f(Qq,r2)，可得：r＝eq\r(\f(kQq,Ff))，故C正确；点电荷从A运动到B过程中，根据动能定理有：UABq－FfL0＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mv02，计算得出，UAB＝eq\f(FfL0＋\f(1,2)mv2－\f(1,2)mv02,q)，故D错误．【变式1-2】如图所示，第一象限中有沿x轴正方向的匀强电场，第二象限中有沿y轴负方向的匀强电场，两电场的电场强度大小相等．一个质量为m，电荷量为－q的带电质点以初速度v0从x轴上P(－L,0)点射入第二象限，已知带电质点在第一和第二象限中都做直线运动，并且能够连续两次通过y轴上的同一个点Q(未画出)，重力加速度g为已知量．求：(1)初速度v0与x轴正方向的夹角；(2)P、Q两点间的电势差UPQ；(3)带电质点在第一象限中运动所用的时间．答案(1)45°(2)－eq\f(mgL,q)(3)eq\f(\r(2)v0,g)解析(1)由题意知，带电质点在第二象限做匀速直线运动，有qE＝mg设初速度v0与x轴正方向的夹角为θ，且由带电质点在第一象限做直线运动，有tanθ＝eq\f(mg,qE)解得θ＝45°.(2)P到Q的过程，由动能定理有qEL－mgL＝0又WPQ＝qEL解得UPQ＝eq\f(WPQ,－q)＝－eq\f(mgL,q).(3)带电质点在第一象限做匀变速直线运动，由牛顿第二定律有eq\r(2)mg＝ma，即a＝eq\r(2)g，带电质点速度从v0减到0所用时间为t，则v0＝at，解得t＝eq\f(\r(2)v0,2g)带电质点在第一象限中往返一次所用的时间T＝2t＝eq\f(\r(2)v0,g).【变式1-3】如图所示，水平平行线代表电场线，但未指明方向，带电量为10-8C的正电微粒，在电场中只受电场力的作用，由A运动到B，动能损失，A点的电势为，则微粒运动轨迹是虚线______（填“1”或“2”），B点的电势为______V。答案：2

解析：根据动能定理得qUAB=△Ek可得到由UAB=φA-φB则B点的电势φB=φA-UAB=2×103-（-2×104）V=2.2×104V电荷从A点运动到B点时动能减少，电场力做负功，又电场力指向轨迹的内侧，则判断出来微粒的运动轨迹如图中的虚线2所示。【题型2静电力做功与电势能变化问题】【例2】如图所示，两个半径不等的均匀带电圆环带电荷量相等，P环的半径大于Q环的，P带正电，Q带负电。两圆环圆心均在O点，固定在空间直角坐标系中的平面上。在x轴上，到O点的距离相等，c在y轴上，到O点的距离小于Q环的半径。取无限远处电势为零，则（）A．O点场强为零，电势也为零B．两点场强相同，电势相等C．电子在c处的电势能大于在a处的D．电子沿x轴从a到b，电场力先做正功后做负功【答案】C【详解】A．由对称性可知，圆环在O处产生的电场强度均为零，所以O处的合场强为零，带等量异种电荷，电场线从P指向Q，电场线分布具有轴对称性，平面上的电场线分布示意图如图新示，可知x轴正方向有沿x轴负方向指向O的电场分量，x轴负方向有沿x轴正方向指向O的电场分量，由沿电场线方向电势降低可知O处电势小于0，A错误；B．由对称性可知两点场强太小相同，方向均指向Q点，即方向相反，两点电势相等，B错误；C．从O到c电场有沿y轴正方向的分量，把电子从a处移到O处，再从O处移到c处，电场力一直做负功，电势能增加，所以电子在c处具有的电势能大于在a处的，C正确；D．电子沿x轴从a移动到b，电场力先做负功后做正功，D错误。故选C。【变式2-1】如图所示，在某静电除尘器产生的电场中，带等量负电荷的两颗微粒只受电场力作用，分别从p点沿虚线pm、pn运动，被吸附到金属圆筒上。下列说法正确的是()A．p点的电势高于n点的电势B．微粒在p点的电势能小于在m点的电势能C．微粒从p到n的动能变化量大于从p到m的动能变化量D．微粒从p到n的电势能变化量等于从p到m的电势能变化量解析：选D沿着电场线，电势逐渐降低，则有φn＞φp，故A错误；负电荷从p运动到m，电场力做正功，电势能减小，有Epp＞Epm，故B错误；两微粒均只受电场力，电场力对其做正功，由动能定理有qU＝ΔEk，因初末电势差相同，电荷量q相等，则电场力做的正功相等，电势能的减小量相等，两微粒的动能变化量相等，故C错误，D正确。【变式2-2】如图所示，实线MN是某匀强电场中的一条电场线．一带正电粒子射入电场后，仅在电场力作用下沿虚线ABC运动．下列说法中正确的是()A．粒子在A点的加速度比在C点的加速度大B．粒子在A点的电势能比在C点的电势能小C．M、N两点的电势：φM>φND．电场线的方向水平向右答案B解析由于电场为匀强电场，可得到粒子在A点的加速度与C点的加速度大小相等，故A错误；由题图可知，粒子在B点所受电场力方向向左，又因为粒子带正电，故电场线方向向左，由沿着电场线方向电势降低，则φN>φM，故带正电粒子从A点到C点电场力做负功，电势能增加，所以粒子在A点的电势能比在C点的电势能小，故B正确，C、D错误．【变式2-3】如图所示，竖直平面内有水平向左的匀强电场E，M点与P点的连线垂直于电场线，M点与N点在同一电场线上。两个完全相同的带等量正电荷的粒子，以相同大小的初速度v0分别从M点和N点沿竖直平面进入电场，重力不计。N点的粒子垂直电场线进入，M点的粒子与电场线成一定夹角进入，两粒子恰好都能经过P点，在此过程中，下列说法正确的是()A．电场力对两粒子做功相同B．两粒子到达P点的速度大小可能相等C．两粒子到达P点时的电势能都减小D．两粒子到达P点所需时间一定不相等解析：选D由题图可知M、P两点在同一等势面上，所以两点间的电势差为零，而N、P间的电势差大于零，根据W＝qU知，电场力对M点的粒子不做功，对N点的粒子做正功，故A错误；根据动能定理知N点的粒子到达P点时电场力做正功，所以速度增大，而M点的粒子到达P点时电场力不做功，所以速度大小不变，又因它们的初速度大小相等，所以两粒子到达P点的速度大小不等，故B错误；M点的粒子到达P点时电势能不变，