2018年高中物理 第2章 電勢(shì)能與電勢(shì)差 第3節(jié) 電勢(shì)差隨堂演練鞏固提升 魯科版選修3-1.doc
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2018年高中物理 第2章 電勢(shì)能與電勢(shì)差 第3節(jié) 電勢(shì)差隨堂演練鞏固提升 魯科版選修3-1.doc
第3節(jié) 電勢(shì)差
[隨堂檢測(cè)]
1.關(guān)于靜電場(chǎng),下列說(shuō)法中正確的是( )
A.在電場(chǎng)強(qiáng)度為零的區(qū)域電勢(shì)一定處處為零
B.負(fù)電荷從電勢(shì)低的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到電勢(shì)高的點(diǎn),電勢(shì)能一定減少
C.兩點(diǎn)間的電勢(shì)差與零電勢(shì)的選取有關(guān)
D.根據(jù)公式U=Ed知,在勻強(qiáng)電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的距離越大,電勢(shì)差就越大
答案:B
2.(2018大慶實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二期中)如圖所示,勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E=100 V/m,A、B兩點(diǎn)相距LAB=10 cm,A、B連線與電場(chǎng)線夾角為60,則UBA為( )
A.-10 V B.10 V
C.-5 V D.-3 V
解析:選C.根據(jù)勻強(qiáng)電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)差公式可得UBA=-UAB=-ELABcos 60=-5 V,故C正確.
3.如圖所示,實(shí)線為電場(chǎng)線,虛線表示等勢(shì)面,φa=50 V,φc=20 V,則a、c連線的中點(diǎn)b的電勢(shì)φb( )
A.等于35 V B.大于35 V
C.小于35 V D.等于15 V
解析:選C.由電場(chǎng)線的疏密可知,Ea>Eb>Ec,則a、b間的平均電場(chǎng)強(qiáng)度大于b、c間的平均電場(chǎng)強(qiáng)度,由公式U=Ed可以判斷Uab>Ubc,所以φb<=35 V.
4.(2018黑龍江哈爾濱第三中學(xué)期中)如圖所示,圖中五點(diǎn)均在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,a、b、c 剛好是一個(gè)圓的三個(gè)等分點(diǎn)(電勢(shì)已在圖中標(biāo)注),O是圓心,c、O、d 三點(diǎn)在同一條直線上,已知電場(chǎng)線與圓所在平面平行.下列有關(guān) d 點(diǎn)的電勢(shì)、電場(chǎng)強(qiáng)度的相關(guān)描述正確的是( )
A.d點(diǎn)的電勢(shì)為4 V
B.d點(diǎn)的電勢(shì)為6 V
C.電場(chǎng)強(qiáng)度方向由c點(diǎn)指向a點(diǎn)
D.電場(chǎng)強(qiáng)度方向由c點(diǎn)指向b點(diǎn)
解析:選B.a(chǎn)b中點(diǎn)的電勢(shì)為φe= V=6 V=φc,可知dc是電勢(shì)為6 V的等勢(shì)線,即d點(diǎn)的電勢(shì)為6 V,選項(xiàng)B正確,A錯(cuò)誤;電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直,且由高電勢(shì)點(diǎn)指向低電勢(shì)點(diǎn),故電場(chǎng)強(qiáng)度方向由a點(diǎn)指向b點(diǎn),選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤.
5.兩塊相同的金屬板A、B水平地平行放置,兩板的正對(duì)面相距30 cm,A、B板分別跟電源的正、負(fù)極相連,電源電壓為60 V,如圖所示.
(1)求兩板間電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小和方向;
(2)若A板接地,則B板的電勢(shì)是多少;
(3)若C點(diǎn)離A板10 cm,D點(diǎn)離B板15 cm,則C、D兩點(diǎn)間的電勢(shì)差是多少?
解析:兩平行的金屬板A、B之間的電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng),由于A、B分別連接電源正、負(fù)極,所以A板帶正電,B板帶負(fù)電.
(1)E== V/m=200 V/m,方向豎直向下.
(2)因?yàn)棣誂-φB=U=60 V,A板接地,φA=0,所以φB=-60 V.
(3)UCD=Ed′,d′為沿場(chǎng)強(qiáng)方向C、D兩點(diǎn)間的距離,UCD=200(0.3-0.1-0.15) V=10 V.
答案:(1)200 V/m 豎直向下 (2)-60 V (3)10 V
[課時(shí)作業(yè)]
一、單項(xiàng)選擇題
1.電場(chǎng)中兩點(diǎn)間電勢(shì)差U=的意義是( )
A.它是由兩點(diǎn)的位置決定的,與移動(dòng)的電荷的種類(lèi)和數(shù)量無(wú)關(guān)
B.電勢(shì)差的大小由在兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷時(shí)電場(chǎng)力做的功和電荷的電荷量決定
C.電勢(shì)差的大小等于移動(dòng)單位電荷時(shí)電場(chǎng)力所做的功
D.電場(chǎng)中兩點(diǎn)間沒(méi)有電荷移動(dòng),則電勢(shì)差為零
解析:選A.電場(chǎng)中兩點(diǎn)間電勢(shì)差由兩點(diǎn)在電場(chǎng)中的位置決定,可以用U= 來(lái)計(jì)算,但與移動(dòng)的電荷的種類(lèi)、數(shù)量以及是否移動(dòng)電荷均無(wú)關(guān),所以A選項(xiàng)正確,B、D錯(cuò)誤;從物理意義上講,電勢(shì)差的大小等于移動(dòng)單位正電荷時(shí)電場(chǎng)力所做的功,C選項(xiàng)沒(méi)有說(shuō)明是正負(fù)電荷,故錯(cuò)誤.
2.對(duì)公式E=的理解,下列說(shuō)法正確的是( )
A.此公式適用于計(jì)算任何電場(chǎng)中a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差
B.a(chǎn)點(diǎn)和b點(diǎn)間距離越大,則這兩點(diǎn)的電勢(shì)差越大
C.公式中d是指a點(diǎn)和b點(diǎn)之間的距離
D.公式中的d是a、b兩個(gè)等勢(shì)面間的垂直距離
解析:選D.公式E=只適用于勻強(qiáng)電場(chǎng),A錯(cuò).公式中的d是a、b兩個(gè)等勢(shì)面間的垂直距離,a點(diǎn)和b點(diǎn)間距離大,等勢(shì)面間的垂直距離不一定大,故B、C錯(cuò),D對(duì).
3.如圖所示,a、b、c是勻強(qiáng)電場(chǎng)中的三個(gè)點(diǎn),各點(diǎn)電勢(shì)φa=10 V、φb=2 V、φc=6 V,a、b、c三點(diǎn)在同一平面上,下列各圖中電場(chǎng)強(qiáng)度的方向表示正確的是( )
解析:選D.由題意可知:線段ab的中點(diǎn)的電勢(shì)為6 V,與c點(diǎn)等電勢(shì),電場(chǎng)的方向由電勢(shì)高處指向電勢(shì)低處,D正確.
4.如圖所示的勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為1103 N/C,ab=dc=4 cm,bc=ad=3 cm.則下述計(jì)算結(jié)果正確的是( )
A.a(chǎn)b之間的電勢(shì)差為50 V
B.a(chǎn)c之間的電勢(shì)差為50 V
C.將q=-510-3 C的點(diǎn)電荷沿矩形路徑abcd移動(dòng)一周,電場(chǎng)力做功為零
D.將q=-510-3 C的點(diǎn)電荷沿abc或adc從a移動(dòng)到c,電場(chǎng)力做功都是-0.25 J
解析:選C.在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,電場(chǎng)強(qiáng)度等于沿電場(chǎng)強(qiáng)度方向單位距離上的電勢(shì)差,所以Uab=Ed=11030.04 V=40 V,故A錯(cuò)誤.由題圖看出,b、c在同一等勢(shì)面上,電勢(shì)相等,則ac之間的電勢(shì)差等于ab之間的電勢(shì)差,為40 V,故B錯(cuò)誤.將q=-510-3 C的點(diǎn)電荷沿矩形路徑abcd移動(dòng)一周,電場(chǎng)力做功為零,故C正確.將q=-5103 C的點(diǎn)電荷沿abc或adc從a移動(dòng)到c,電場(chǎng)力做功相等,電場(chǎng)力做的功為W=qU=-510-340 J=-0.2 J,故D錯(cuò)誤.
5.電荷量為q的帶電粒子,以初動(dòng)能Ek從兩平行金屬板的正中央沿垂直于電場(chǎng)線的方向進(jìn)入在這兩板間存在的勻強(qiáng)電場(chǎng),恰能從帶負(fù)電金屬板邊緣飛出來(lái),且飛出時(shí)動(dòng)能變?yōu)?Ek,若運(yùn)動(dòng)過(guò)程中僅受電場(chǎng)力作用,則金屬板間的電壓為( )
A. B.
C. D.
解析:選B.設(shè)兩極板間的電壓為U,由動(dòng)能定理得:q=2Ek-Ek得U=,因此B正確.
6.一帶正電的質(zhì)點(diǎn),電量q=2.010-9 C,在靜電場(chǎng)中由a點(diǎn)移到b點(diǎn),在這過(guò)程中,除電場(chǎng)力外,其他力做的功為6.010-5 J,質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能增加了8.010-5 J,則a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差Uab為( )
A.3.0104 V B.1.0104 V
C.4.0104 V D.7.0104 V
解析:選B.設(shè)此過(guò)程中,電場(chǎng)力對(duì)點(diǎn)電荷的功為Wab,由動(dòng)能定理可知:
W外+Wab=ΔEk
即Wab=ΔEk-W外=2.010-5 J
則a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為:Uab==1.0104 V.
二、多項(xiàng)選擇題
7.(2018福建三明一中高二月考)對(duì)于電場(chǎng)中任意兩點(diǎn)間電勢(shì)差,下列說(shuō)法中正確的是( )
A.電勢(shì)差越大,在這兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度也越大
B.兩點(diǎn)間的電勢(shì)差,數(shù)值上等于在這兩點(diǎn)間移動(dòng)單位正電荷時(shí)電場(chǎng)力做的功
C.兩點(diǎn)間的電勢(shì)差與在這兩點(diǎn)間移動(dòng)的電荷有關(guān)
D.兩點(diǎn)間的電勢(shì)差與在這兩點(diǎn)間移動(dòng)的電荷無(wú)關(guān)
解析:選BD.根據(jù)E=可知,電勢(shì)差越大,在這兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不一定越大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)U=可知,兩點(diǎn)間的電勢(shì)差,數(shù)值上等于在這兩點(diǎn)間移動(dòng)單位正電荷時(shí)電場(chǎng)力做的功,選項(xiàng)B正確; 兩點(diǎn)間的電勢(shì)差只與電場(chǎng)本身有關(guān),與在這兩點(diǎn)間移動(dòng)的電荷無(wú)關(guān),選項(xiàng)D正確,C錯(cuò)誤.
8.示波管是示波器的核心部件,它由電子槍、偏轉(zhuǎn)板和熒光屏組成,如圖所示.如果電子打在熒光屏上,在P點(diǎn)出現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定的亮斑,那么示波管中的( )
A.極板Y應(yīng)帶正電
B.極板Y′應(yīng)帶正電
C.極板X(qián)X′上應(yīng)加一個(gè)與時(shí)間成正比的電壓
D.極板X(qián)X′上應(yīng)加一個(gè)恒定不變的電壓
解析:選AD.電子受力方向與電場(chǎng)方向相反,因電子向X方向偏轉(zhuǎn),則電場(chǎng)方向?yàn)閄到X′,則X帶正電,即極板X(qián)的電勢(shì)高于極板X(qián)′.同理可知Y帶正電,即極板Y的電勢(shì)高于極板Y′,故A正確,B錯(cuò)誤;如果在水平偏轉(zhuǎn)電極上加上隨時(shí)間均勻變化的電壓,則電子因受偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的作用,打在熒光屏上的亮點(diǎn)便沿水平方向勻速移動(dòng),故C錯(cuò)誤,D正確.
9.圖為示波管中電子槍的原理示意圖,示波管內(nèi)被抽成真空.A為發(fā)射電子的陰極,K為接在高電勢(shì)點(diǎn)的加速陽(yáng)極,A、K間電壓為U,電子離開(kāi)陰極時(shí)的速度可以忽略,電子經(jīng)加速后從K的小孔中射出時(shí)的速度大小為v.下面的說(shuō)法中正確的是( )
A.如果A、K間距離減半而電壓仍為U,則電子離開(kāi)K時(shí)的速度仍為v
B.如果A、K間距離減半而電壓仍為U,則電子離開(kāi)K時(shí)的速度變?yōu)?
C.如果A、K間距離不變而電壓減半,則電子離開(kāi)K時(shí)的速度變?yōu)関
D.如果A、K間距離不變而電壓減半,則電子離開(kāi)K時(shí)的速度變?yōu)?
解析:選AC.電子在兩個(gè)電極間加速電場(chǎng)中進(jìn)行加速,由動(dòng)能定理eU=mv2-0得v= ,當(dāng)電壓不變,A、K間距離變化時(shí),不影響電子的速度,故A正確;電壓減半,則電子離開(kāi)K時(shí)的速度為v,故C正確.
10.帶電粒子僅在電場(chǎng)力作用下以初速度v0從t=0時(shí)刻開(kāi)始運(yùn)動(dòng),其v-t圖象如圖所示.若粒子在2t0時(shí)刻運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn),5t0時(shí)刻運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn).以下說(shuō)法中正確的是( )
A.A、B兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小關(guān)系為EA=EB
B.A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)關(guān)系為φA<φB
C.粒子從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí),電場(chǎng)力做的總功為正
D.粒子從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí),電勢(shì)能先減少后增加
解析:選AC.由v-t圖象可知粒子整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,加速度相同,所受的電場(chǎng)力相同,故A、B兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等,EA=EB,A項(xiàng)正確;由v-t圖象可知粒子在A點(diǎn)速度為零,在B點(diǎn)時(shí)速度大于零,故粒子從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過(guò)程,電場(chǎng)力做正功,電勢(shì)能減少,C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤;因?yàn)榱W拥碾娦圆淮_定,所以無(wú)法判斷A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)高低,B項(xiàng)錯(cuò)誤.
11.如圖所示,氕、氘、氚的原子核自初速度為零經(jīng)同一電場(chǎng)加速后,又經(jīng)同一勻強(qiáng)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn),最后打在熒光屏上,那么( )
A.經(jīng)過(guò)加速電場(chǎng)的過(guò)程中,電場(chǎng)力對(duì)氚核做的功最多
B.經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的過(guò)程中,電場(chǎng)力對(duì)三種核做的功一樣多
C.三種原子核打在屏上的速度一樣大
D.三種原子核都打在屏的同一位置上
解析:選BD.同一加速電場(chǎng)、同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),三種原子核帶電荷量相同,故在同一加速電場(chǎng)中電場(chǎng)力對(duì)它們做的功都相同,在同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中電場(chǎng)力對(duì)它們做的功也相同,A錯(cuò),B對(duì);由于質(zhì)量不同,所以三種原子核打在屏上的速度不同,C錯(cuò);再根據(jù)偏轉(zhuǎn)距離公式或偏轉(zhuǎn)角公式y(tǒng)=,tan θ=知,與帶電粒子無(wú)關(guān),D對(duì).
三、非選擇題
12.(2018甘肅蘭州第一高級(jí)中學(xué)期中)如圖所示,A、B、C三點(diǎn)都在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,電場(chǎng)方向與平面ABC平行,已知AC⊥BC,∠ABC=60,=20 cm,把一個(gè)電荷量q=2.010-5 C的正電荷從A移到B,克服靜電力做功1.210-3 J;把一個(gè)電子從C移到B,電場(chǎng)力做功為30 eV,求:
(1)電勢(shì)差UAB及UCB;
(2)該勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小和方向(方向在圖中畫(huà)出).
解析:(1)UAB== V=-60 V,UCB==-30 V.
(2)C與AB中點(diǎn)的連線CD即等勢(shì)線,過(guò)B做CD的垂線即場(chǎng)強(qiáng)方向
E== V/m=100 V/m.
答案:(1)-60 V?。?0 V
(2)100 V/m 方向見(jiàn)解析圖
13.(2018福建龍巖高二月考)兩個(gè)半徑均為R的圓形平板電極,平行正對(duì)放置,相距為d,極板間的電勢(shì)差為U,板間電場(chǎng)可以認(rèn)為是勻強(qiáng)電場(chǎng).一個(gè)α粒子從正極板邊緣以某一初速度垂直于電場(chǎng)方向射入兩極板之間,到達(dá)負(fù)極板時(shí)恰好落在極板中心.
已知質(zhì)子電荷為e,質(zhì)子和中子的質(zhì)量均視為m,忽略重力和空氣阻力的影響,求:
(1)極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小;
(2)α粒子在極板間運(yùn)動(dòng)的加速度a的大小;
(3)α粒子的初速度v0的大?。?
解析:(1)極板間場(chǎng)強(qiáng)大小E=.
(2)α粒子電荷為2e,質(zhì)量為4m,所受靜電力
F=2eE=
α粒子在極板間運(yùn)動(dòng)的加速度大小a==.
(3)由d=at2,
得t==2d,
v0== .
答案:(1) (2) (3)