2020-2021物理魯科版第三冊素養(yǎng)培優(yōu)課練習(xí)2電場能的性質(zhì)含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2020-2021學(xué)年物理新教材魯科版第三冊素養(yǎng)培優(yōu)課練習(xí)2電場能的性質(zhì)含解析素養(yǎng)培優(yōu)課練習(xí)（二）電場能的性質(zhì)(教師用書獨(dú)具)(建議用時(shí)：25分鐘)1．（多選）如圖所示，a、b、c為電場中同一條水平方向電場線上的三點(diǎn)，c為ab中點(diǎn)。a、b電勢分別為φa＝5V，φb＝3V,下列敘述中正確的是(）A．a(chǎn)點(diǎn)處的場強(qiáng)Ea一定大于b點(diǎn)處的場強(qiáng)EbB．一正電荷運(yùn)動到c點(diǎn)時(shí)受到的電場力由a指向cC．一負(fù)電荷在a點(diǎn)的電勢能一定大于在c點(diǎn)的電勢能D．一正電荷從c點(diǎn)運(yùn)動到b點(diǎn)電勢能一定減少BD［一條電場線無法比較電場線的疏密，就無法比較場強(qiáng)的大小，則a點(diǎn)處的場強(qiáng)Ea不一定大于b點(diǎn)處的場強(qiáng)Eb，故A錯(cuò)誤；由題意可判斷電場線方向從a指向b，正電荷運(yùn)動到c點(diǎn)時(shí)受到的電場力由a指向c，故B正確;由題意知φa＞φc＞φb＞0，Ep＝qφ，所以負(fù)電荷在a點(diǎn)的電勢能小于在c點(diǎn)的電勢能，正電荷從c點(diǎn)運(yùn)動到b點(diǎn)電勢能一定減少，故C錯(cuò)誤，D正確.]2．如圖所示，在一個(gè)粗糙水平面上，彼此靠近地放置兩個(gè)帶同種電荷的小物塊。由靜止釋放后，兩個(gè)物塊向相反方向運(yùn)動,并最終停止。在物塊的運(yùn)動過程中,下列表述正確的是（)A．兩個(gè)物塊的電勢能逐漸減少B．物塊受的庫侖力不做功C．兩個(gè)物塊的機(jī)械能守恒D．物塊受到的摩擦力始終小于其受到的庫侖力A[由于兩物塊之間的庫侖力等大反向，因此在遠(yuǎn)離過程中，電場力（庫侖力)做正功,電勢能逐漸減少，A正確，B錯(cuò)誤；物塊運(yùn)動過程中，有電場力和摩擦力做功，故機(jī)械能不守恒,C錯(cuò)誤；在遠(yuǎn)離過程中，開始電場力大于摩擦力，后來電場力小于摩擦力，靜止后，電場力等于摩擦力，D錯(cuò)誤。]3．兩個(gè)不規(guī)則帶電導(dǎo)體間的電場線分布如圖所示，已知導(dǎo)體附近的電場線均與導(dǎo)體表面垂直，a、b、c、d為電場中四個(gè)點(diǎn)，并且a、d為緊靠導(dǎo)體表面的兩點(diǎn),選無窮遠(yuǎn)處為電勢零點(diǎn)，則（)A．場強(qiáng)大小關(guān)系有Eb>EcB．電勢大小關(guān)系有φb<φdC．將一負(fù)電荷放在d點(diǎn)時(shí)其電勢能為負(fù)值D．將一正電荷由a點(diǎn)移到d點(diǎn)的過程中電場力做正功D[根據(jù)電場中電場線的疏密代表電場強(qiáng)度的大小，可知Eb＜Ec，A錯(cuò)誤；根據(jù)沿著電場線方向電勢逐漸降低，可知φb＞φd，B錯(cuò)誤；利用電勢能公式Ep＝φq，又知φd＜0，則將負(fù)電荷放在d點(diǎn)時(shí)其電勢能為正值，C錯(cuò)誤；由題圖知a點(diǎn)電勢高于d點(diǎn)電勢，則將一正電荷由a點(diǎn)移到d點(diǎn)的過程中電場力做正功，D正確。］4．（多選)一個(gè)電子在電場中的A點(diǎn)具有80eV的電勢能，在由A點(diǎn)移到B點(diǎn)的過程中，電子克服靜電力做功30eV，則（)A．電子在B點(diǎn)的電勢能為110eVB．電子的電勢能增加了30eVC．A、B兩點(diǎn)間的電勢差為110VD．A、B兩點(diǎn)間的電勢差為－30VAB［由于WAB＝EpA－EpB，所以EpB＝EpA－WAB＝80eV－(－30)eV＝110eV，A正確；電子克服靜電力做功，電子電勢能增加，增加量等于克服靜電力做的功30eV，B正確；A、B兩點(diǎn)間的電勢差UAB＝eq\f(WAB，q）＝eq\f（－30eV，－e）＝30V，C、D錯(cuò)誤.］5．如圖所示，虛線a、b、c代表電場中的三條電場線，實(shí)線為一帶負(fù)電的粒子僅在電場力作用下通過該區(qū)域時(shí)的運(yùn)動軌跡,P、R、Q是這條軌跡上的三點(diǎn)，由此可知（)A．帶電粒子在R點(diǎn)時(shí)的速度大小大于在Q點(diǎn)時(shí)的速度大小B．帶電粒子在P點(diǎn)時(shí)的電勢能比在Q點(diǎn)時(shí)的電勢能大C．帶電粒子在R點(diǎn)時(shí)的動能與電勢能之和比在Q點(diǎn)時(shí)的小，比在P點(diǎn)時(shí)的大D．帶電粒子在R點(diǎn)時(shí)的加速度大小小于在Q點(diǎn)時(shí)的加速度大小A[根據(jù)物體做曲線運(yùn)動的軌跡與速度、合外力的關(guān)系可知,帶電粒子在R處所受電場力的方向?yàn)檠仉妶鼍€向右。假設(shè)粒子從Q向P運(yùn)動，則電場力做正功,所以電勢能減小，動能增大,速度增大；假設(shè)粒子從P向Q運(yùn)動,則電場力做負(fù)功,所以電勢能增大，動能減小，速度減小，故A正確，B錯(cuò)誤；由于帶電粒子在運(yùn)動過程中只受電場力作用，只有動能與電勢能之間的相互轉(zhuǎn)化，則帶電粒子的動能與電勢能之和不變，故C錯(cuò)誤；根據(jù)牛頓第二定律可得qE＝ma，又根據(jù)電場線的疏密程度可以得出Q、R兩點(diǎn)處的電場強(qiáng)度的大小關(guān)系為ER>EQ，則帶電粒子在R、Q兩點(diǎn)處的加速度的大小關(guān)系為aR>aQ，故D錯(cuò)誤。]6．（多選）在光滑的絕緣水平面上，有一個(gè)正方形abcd，頂點(diǎn)a、c分別固定一個(gè)正點(diǎn)電荷，電荷量相等，如圖所示。若將一個(gè)帶負(fù)電的粒子置于b點(diǎn)由靜止自由釋放，粒子將沿著對角線bd往復(fù)運(yùn)動。粒子從b點(diǎn)運(yùn)動到d點(diǎn)的過程中(）A．先做勻加速運(yùn)動，后做勻減速運(yùn)動B．先從高電勢到低電勢，后從低電勢到高電勢C．電勢能與機(jī)械能之和保持不變D．電勢能先減小，后增大CD［a、c兩點(diǎn)固定相同的正點(diǎn)電荷，則bd為等量正點(diǎn)電荷連線的中垂線，由電場線分布情況可知帶電粒子不可能做勻加速或勻減速運(yùn)動，故A錯(cuò)誤;等量正點(diǎn)電荷連線的中垂線的中點(diǎn)電勢最高，帶負(fù)電的粒子從b點(diǎn)運(yùn)動到d點(diǎn)的過程中，先從低電勢到高電勢，再從高電勢到低電勢，故B錯(cuò)誤；帶負(fù)電粒子從b點(diǎn)運(yùn)動到d點(diǎn)的過程中所受電場力先由b指向d，后由d指向b,所以電場力先做正功后做負(fù)功，因此電勢能先減小，后增大，故D正確;只有電場力做功，電勢能與機(jī)械能之和保持不變,故C正確.]7．如圖所示，在等量異種點(diǎn)電荷形成的電場中有A、B、C三點(diǎn),A點(diǎn)為兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)，B點(diǎn)為連線上與A點(diǎn)距離為d的一點(diǎn)，C點(diǎn)為連線中垂線上與A點(diǎn)距離也為d的一點(diǎn)，則下面關(guān)于三點(diǎn)電場強(qiáng)度E的大小、電勢φ的高低的比較，正確的是()A．EA＝EC＞EB,φA＝φC＞φBB．EB＞EA＞EC，φA＝φC＞φBC．EA＜EB，EA＜EC，φA＞φB，φA＞φCD．因?yàn)殡妱萘泓c(diǎn)未規(guī)定,所以無法判斷電勢高低B［由等量異種點(diǎn)電荷形成的電場特點(diǎn)知，在連線中垂線上，A點(diǎn)合場強(qiáng)最大，即EA>EC，在兩電荷連線上，A點(diǎn)合場強(qiáng)最小，即EB〉EA；電場線由A指向B，φA〉φB，連線中垂線是一等勢面，φA＝φC，選項(xiàng)B正確。］8．如圖所示,以O(shè)點(diǎn)為圓心，以R＝0.20m為半徑的圓與坐標(biāo)軸交點(diǎn)分別為a、b、c、d，該圓所在平面內(nèi)有一勻強(qiáng)電場,場強(qiáng)方向與x軸正方向成θ＝60°角，已知a、b、c三點(diǎn)的電勢分別為4eq\r(3）V、4V、－4eq\r（3)V，則下列說法正確的是（)A．該勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)E＝40eq\r（3)V/mB．該勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)E＝80V/mC．d點(diǎn)的電勢為－2eq\r（3)VD．d點(diǎn)的電勢為－4VD［在勻強(qiáng)電場中,平行等長的線段兩端的電勢差相等，有Ubc＝Uad,得φd＝－4V，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確;同理得O點(diǎn)電勢為零，又UaO＝ERsinθ,得E＝40V/m，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。]9．如圖所示，A、B、C為一等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，某勻強(qiáng)電場的電場線平行于該三角形平面?，F(xiàn)將電荷量為1×10－8C的正點(diǎn)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場力做功為3×10－6J，將另一電荷量為1×10－8C的負(fù)點(diǎn)電荷從A點(diǎn)移到C點(diǎn)，克服電場力做功3×10－6J。若AB邊長為2eq\r(3）［解析]正點(diǎn)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)時(shí)，電場力做正功，故A點(diǎn)電勢高于B點(diǎn)，可求得UAB＝eq\f（WAB,q）＝eq\f（3×10－6，1×10－8）V＝300V.負(fù)點(diǎn)電荷從A點(diǎn)移到C點(diǎn)，克服電場力做功,同理可判斷A點(diǎn)電勢高于C點(diǎn)，可求得UAC＝eq\f（WAC，q）＝eq\f（－3×10－6，－1×10－8）V＝300V。因此B、C兩點(diǎn)電勢相等,UBC＝0。由于勻強(qiáng)電場中的等勢線是一簇平行直線，因此，BC為一等勢線，故電場線方向垂直BC.設(shè)D為直線BC的中點(diǎn)，則電場方向?yàn)橛葾指向D。直線AB在電場方向的距離d等于線段AD的長度，故由勻強(qiáng)電場中電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系式可得E＝eq\f(UAB，d)＝eq\f（300，2\r(3)×10－2×cos30°）V/m＝1×104V/m。[答案］1×104V/m垂直B、C連線,由A指向BC（建議用時(shí)：15分鐘）10.如圖所示，虛線表示等勢面，相鄰等勢面間的電勢差相等。有一帶正電的小球在電場中運(yùn)動,實(shí)線表示小球的運(yùn)動軌跡。小球在a點(diǎn)的動能為20eV，運(yùn)動到b點(diǎn)時(shí)動能為2eV。若取c點(diǎn)為零電勢點(diǎn)，則當(dāng)這個(gè)小球的電勢能等于6eV時(shí)，它的動能為(不計(jì)重力和空氣阻力)()A．18eV B．12eVC．10eV D．8eVD［由于帶電小球在電場中移動時(shí)，只有電場力做功，因此能量之間的轉(zhuǎn)化只有動能和電勢能之間的轉(zhuǎn)化，因等勢面為等差等勢面，在相鄰等勢面間移到電荷動能變化相同，從a點(diǎn)到b點(diǎn),動能減小了18eV，所以從a點(diǎn)到c點(diǎn)動能減少了6eV，c點(diǎn)動能為14eV，故當(dāng)小球電勢能為6eV時(shí),它的動能為8eV,D正確。］11．（多選)空間存在勻強(qiáng)電場,有一電荷量為＋q、質(zhì)量為m的粒子從O點(diǎn)以速率v0射入電場，運(yùn)動到A點(diǎn)時(shí)速率為2v0?，F(xiàn)有另一電荷量為－q、質(zhì)量為m的粒子以速率2v0仍從O點(diǎn)射入該電場，運(yùn)動到B點(diǎn)時(shí)速率為3v0。若忽略重力的影響，則（)A．在O、A、B三點(diǎn)中，B點(diǎn)電勢最高B．在O、A、B三點(diǎn)中，A點(diǎn)電勢最高C．OA間的電勢差比BO間的電勢差大D．OA間的電勢差比BA間的電勢差小AD[正電荷由O到A，動能增加，電場力做正功，電勢能減少,電勢降低，O點(diǎn)電勢比A點(diǎn)高;負(fù)電荷從O到B,動能增加,電場力做正功，電勢能減少，電勢升高，B點(diǎn)電勢比O點(diǎn)高,所以B點(diǎn)電勢最高,選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；由以上分析可知，A、O、B三點(diǎn)中，有qUOA＝eq\f（3，2)mveq\o\al（2，0)，qUBO＝eq\f(5,2)mveq\o\al（2，0)，UOA＜UBO,UOA＜UBA,選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確.]12．如圖所示,在電場強(qiáng)度E＝104N/C的水平向右勻強(qiáng)電場中,有一根長l＝15cm的細(xì)線，一端固定在O點(diǎn)，另一端系一個(gè)質(zhì)量m＝3g、電荷量q＝2×10－6C的帶正電小球，當(dāng)細(xì)線處于水平位置時(shí),小球從靜止開始釋放,g取10m/s2（1）小球到達(dá)最低點(diǎn)B的過程中重力勢能、電勢能分別變化了多少？(2）若取A點(diǎn)電勢為零，小球在B點(diǎn)的電勢能、電勢分別為多大？(3）小球到B點(diǎn)時(shí)速度為多大？繩子張力為多大？[解析］（1)根據(jù)功能關(guān)系有ΔEp＝－mgl＝－4.5×10－3JΔEp電＝Eql＝3×10－3J。（2）EpA＝φAq＝0EpB＝φBqΔEp電＝EpB－EpAEpB＝3×10－3JφB＝eq\f（EpB,q)＝eq\f(3×10－3,2×10－6）V＝1。5×103V.（3）小球從A到B的過程，由動能定理得mgl－Eql＝eq\f（1，2)mveq\o\al（2,B)解得vB＝1m/s在B點(diǎn)對小球由牛頓第二定律得T－mg＝eq\f（mv\o\al（2，B),l)代入數(shù)據(jù)解得T＝5×10－2N.［答案](1）重力勢能減少了4。5×10－3J電勢能增加了3×10－3J(2）3×10－3J1．5×103V（3）1m/s5×10－2N13．一平行板電容器長l＝10cm，寬a＝8cm，板間距d＝4cm，在板左側(cè)有一足夠長的“狹縫"離子源，沿著兩板中心平面，連續(xù)不斷地向整個(gè)電容器射入離子，它們的比荷均為2×1010C/kg,速度均為4×106m/s，距離右端eq\f(l,2)甲乙(1)離子打在屏上的區(qū)域面積;(2）在一個(gè)周期內(nèi),離子打到屏上的時(shí)間。［解析](1)設(shè)離子恰好從極板邊緣射出時(shí)極板兩端的電壓為U0水平方向：l＝v0t豎直方向：eq\f（d，2)＝eq\f（1,2）at2又a＝eq\f(qU0,md）由以上三式解得U0＝eq\f（md2v\o\al（2，0)，ql2)＝128V，即當(dāng)U≥128V時(shí)離子打到極板上，當(dāng)U＜128V時(shí)，離子打到屏上.設(shè)離子偏移eq\f(d，2）時(shí)射到屏上的位置與中心平面的距離為r，則eq\f（\f(l，2)＋\f（l,2），\f(l,2))＝eq\f（r，\f（d,2）），