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2019-2020年高考物理一輪復習 課時作業(yè)19 電場能的性質(含解析)
一、單項選擇題
1.如圖所示,直線MN是某電場中的一條電場線(方向未畫出).虛線是一帶電的粒子只在電場力的作用下,由a到b的運動軌跡,軌跡為一拋物線.下列判斷正確的是( )
A.電場線MN的方向一定是由N指向M
B.帶電粒子由a運動到b的過程中動能一定逐漸減小
C.帶電粒子在a點的電勢能一定大于在b點的電勢能
D.帶電粒子在a點的加速度一定大于在b點的加速度
解析:由于帶電粒子的電性不確定,所以電場線的方向不確定,A錯誤;帶電粒子由a運動到b的過程中,只受電場力的作用,由軌跡的彎曲方向知電場力做正功,電勢能減小,動能增加,故B錯誤C正確;由于僅給出一條電場線,電場強度的大小關系不確定,D錯誤.
答案:C
2.如圖所示的同心圓是電場中的一簇等勢線,一個電子只在電場力作用下沿著直線由A→C運動時的速度越來越小,B為線段AC的中點,則下列說法正確的是( )
A.電子沿AC方向運動時受到的電場力越來越小
B.電子沿AC方向運動時它具有的電勢能越來越大
C.電勢差UAB=UBC
D.電勢φA<φB<φC
解析:該電場為負點電荷電場,電子沿AC方向運動時受到的電場力越來越大,選項A錯誤;根據(jù)電子只在電場力作用下沿著直線由A→C運動時的速度越來越小,它具有的電勢能越來越大,選項B正確;由于電場為非勻強電場,電勢差UAB
φB>φC,選項D錯誤.
答案:B
3.如圖所示,有四個等量異種電荷,放在正方形的四個頂點處.A、B、C、D為正方形四個邊的中點,O為正方形的中心,下列說法中正確的是( )
A.A、B、C、D四個點的電場強度相同
B.O點電場強度等于零
C.將一帶正電的試探電荷勻速從B點沿直線移動到D點,電場力做功為零
D.將一帶正電的試探電荷勻速從A點沿直線移動到C點,試探電荷具有的電勢能增大
解析:由點電荷電場強度公式和場強疊加原理可知,A、B、C、D四個點的電場強度不相同,O點電場強度不等于零,選項A、B錯誤;由于B、D兩點等電勢,將一帶正電的試探電荷勻速從B點沿直線移動到D點,電場力做功為零,選項C正確;由于A點電勢高于C點,將一帶正電的試探電荷勻速從A點沿直線移動到C點,試探電荷具有的電勢能減小,選項D錯誤.
答案:C
4.一個帶正電的質點,電荷量為q=2.010-9 C,在靜電場中由a點移到b點,在這個過程中,除靜電力做功外,其他力做的功為6.010-5J,質點的動能增加了8.010-5J,則a、b兩點間的電勢差Uab為( )
A.3104 V B.1104 V
C.4104 V D.7104 V
解析:設靜電力做功為Wab,
則Wab=qUab
由動能定理Wab+W其他力=ΔEk,得
Wab=ΔEk-W其他力
=8.010-5 J-6.010-5 J=2.010-5 J,
故Uab=Wab/q==1104 V,
故正確答案為B.
答案:B
5.如圖甲所示,A、B為某電場中一條直線上的兩個點,現(xiàn)將正點電荷從A點靜止釋放,僅在電場力作用下運動一段距離到達B點,其電勢能Ep隨位移x的變化關系如圖乙.從A到B的過程中,下列說法中正確的是( )
A.電場力對電荷一直做正功
B.電勢一直升高
C.電荷所受電場力先減小后增大
D.電荷所受電場力先增大后減小
解析:由乙圖可知,點電荷的電勢能先減小后增大,故電場力對其先做正功后做負功,A項錯誤;由于正點電荷電勢能先減小后增大,則電勢也先減小后增大,B項錯誤;乙圖中,斜率的絕對值表示的含義是k===qE,即電場力的大小,由圖可知,斜率絕對值先減小后增大,故電場力先減小后增大,C項正確.
答案:C
二、多項選擇題
6.如圖所示,空間分布著豎直向上的勻強電場E,現(xiàn)在電場區(qū)域內(nèi)某點O處放置一負點電荷Q,并在以O點為球心的球面上選取a、b、c、d四點,其中a、c連線為球的水平大圓直徑,b、d連線與電場方向平行,且b、d連線為球的豎直大圓半徑.不計空氣阻力,則下列說法中正確的是( )
A.b、d兩點的電場強度大小相等,電勢相等
B.a(chǎn)、c兩點的電場強度大小相等,電勢相等
C.若從a點拋出一帶正電小球,小球可能沿a、c所在圓周做勻速圓周運動
D.若從a點拋出一帶負電小球,小球可能沿b、d所在圓周做勻速圓周運動
解析:設球半徑為R,Eb=E-k,Ed=E+k,A錯誤;Ea=,Ec=,且a、c在同一等勢面上,B正確;當帶電小球所受重力和電場力大小相等,方向相反,且k=m時,小球能沿a、c所在圓周做勻速圓周運動,C正確,D錯誤.
答案:BC
7.如圖甲所示,兩個點電荷q1、q2固定在x軸上距離為L的兩點,其中q1帶正電荷位于原點O,a、b是它們連線延長線上的兩點,其中b點與O點相距3L.現(xiàn)有一帶正電的粒子q以一定的初速度沿x軸從a點開始經(jīng)b點向遠處運動(粒子只受電場力作用),設粒子經(jīng)過a、b兩點時的速度分別為va、vb,其速度隨坐標x變化的圖象如圖乙所示,則以下判斷正確的是( )
A.q2帶負電且電荷量小于q1
B.b點的場強一定為零
C.a(chǎn)點的電勢比b點的電勢高
D.粒子在a點的電勢能比在b點的電勢能小
解析:由v-x圖象知,粒子從a點向遠處運動先減速再加速,在b處速度最小,則b點左右兩側電場方向相反,b點處電場強度為零,B正確;根據(jù)點電荷場強公式和電場的疊加知識得q2帶負電且電荷量小于q1,A正確;根據(jù)粒子受力方向知b點左側場強向左,故a點電勢比b點低,C錯誤;粒子從a點到b點的過程中動能減小,電場力做負功,電勢能增加,D正確.
答案:ABD
8.兩電荷量分別為q1和q2的點電荷放在x軸上的O、M兩點,兩電荷連線上各點電勢φ隨x變化的關系如圖所示,其中A、N兩點的電勢為零,ND段中C點電勢最高,則( )
A.C點的電場強度大小為零
B.A點的電場強度大小為零
C.NC間場強方向沿x軸正方向
D.將一負點電荷從N點移到D點,電場力先做正功后做負功
解析:由題圖可知,由O點到M點,電勢一直降低,且圖線在A點的斜率也不為零,故A點的電場強度大小不為零,而C點向N、向D兩個方向電勢均降低,說明C點兩側電場方向相反,且圖線在C點的切線斜率為零,故C點電場強度大小為零,故A正確,B錯誤;由N到C電勢升高,故NC間電場方向沿x軸負方向,C錯誤;WNC=UNCq,UNC<0,q<0,故WNC>0,而WCD=UCDq,UCD>0,q<0,所以WCD<0,D正確.
答案:AD
三、非選擇題
9.有一帶負電的小球,其帶電荷量q=-210-4 C,如圖所示,開始時靜止在場強為E=2103 V/m的勻強電場中的P點,靠近電場極板B有一擋板S,小球與擋板S的距離h=4 cm,與A板的距離H=36 cm,小球的重力忽略不計,在電場力作用下小球向左運動,與擋板S相碰后電荷量減少到碰前的k倍,已知k=,碰撞過程中小球的機械能沒有損失.
(1)設勻強電場中擋板S所在位置的電勢為零,則小球在P點時的電勢能為多少?
(2)小球第一次被彈回到達最右端時距S板的距離為多少?
(3)小球從P點出發(fā)到第一次到達最右端的過程中,電場力對小球做了多少功?
解析:(1)SP間的電勢差
USP=φS-φP=Eh=21030.04 V=80 V
因φS=0,所以φP=-80 V
所以小球在P點時的電勢能
EP=qφP=-210-4(-80) J=0.016 J
(2)設小球與S碰撞時速度大小為v,小球第一次從P到S有-qEh=mv2
設小球第一次被彈回至最右端距S板的距離為h1,有
(-kq)Eh1=mv2
所以h1=h≈4.6 cm
(3)由動能定理知小球從P點出發(fā)到碰撞前有
W1=mv2
碰撞后至到達最右端有W2=0-mv2
則電場力做的總功W=W1+W2=0
答案:(1)0.016 J (2)4.6 cm (3)0
10.如圖所示,在距足夠長的光滑絕緣水平直線軌道上方h高度的P點,固定電荷量為+Q的點電荷,一質量為m、帶電荷量為+q的物塊(可視為質點),從軌道上的A點以初速度v0沿軌道向右運動,當運動到P點正下方B點時速度為v.已知點電荷產(chǎn)生的電場在A點的電勢為φ(取無窮遠處的電勢為零),PA連線與水平軌道的夾角為60,試求:
(1)物塊在A點時受在A點到軌道的支持力大??;
(2)點電荷+Q產(chǎn)生的電場在B點的電勢.
解析:(1)物塊在A點受到點電荷的庫侖力F=
由幾何關系可知P、A間距離r=
設物塊在A點時受到軌道的支持力大小為FN,由平衡條件有FN-mg-Fsin60=0.
解得FN=mg+
(2)設點電荷產(chǎn)生的電場在B點的電勢為φB,由動能定理有q(φ-φB)=mv2-mv
解得φB=φ+
答案:(1)mg+ (2)φ+
11.如圖所示,固定于同一條豎直線上的點電荷A、B相距為2d,電量分別為+Q和-Q.MN是豎直放置的光滑絕緣細桿,另有一個穿過細桿的帶電小球p,質量為m、電量為+q(可視為點電荷,q遠小于Q),現(xiàn)將小球p從與點電荷A等高的C處由靜止開始釋放,小球p向下運動到距C點距離為d的O點時,速度為v.已知MN與AB之間的距離也為d,靜電力常量為k,重力加速度為g.求:
(1)C、O間的電勢差UCO;
(2)小球p經(jīng)過O點時加速度的大??;
(3)小球p經(jīng)過與點電荷B等高的D點時速度的大小.
解析:(1)小球p由C運動到O時,由動能定理,
得mgd+qUCO=mv2-0①
得UCO=②
(2)小球p經(jīng)過O點時受力分析如圖所示,由庫侖定律得:
F1=F2=k③
它們的合力為:
F=F1cos45+F2cos45=④
由牛頓第二定律得:
mg+F=ma,⑤
a=g+⑥
(3)小球p由O運動到D的過程,由動能定理得:
mgd+qUOD=mv-mv2⑦
由電場特點可知:UCO=UOD⑧
聯(lián)立②⑦⑧解得:vD=v
答案:(1) (2)g+ (3)v
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