教科版高中物理必修第三冊(cè)專題強(qiáng)化練2電場(chǎng)中的能量問(wèn)題含答案

專題強(qiáng)化練2電場(chǎng)中的能量問(wèn)題1.(多選題)(2023四川綿陽(yáng)中學(xué)期末)如圖所示,在點(diǎn)電荷+Q產(chǎn)生的電場(chǎng)中,一帶正電的檢驗(yàn)電荷從A點(diǎn)分別移到以+Q為圓心的圓周上的B、C、D、E點(diǎn),則下列說(shuō)法正確的是()A.檢驗(yàn)電荷從A點(diǎn)到B點(diǎn),電勢(shì)能減少B.檢驗(yàn)電荷從A點(diǎn)到E點(diǎn),電場(chǎng)力做功最大C.檢驗(yàn)電荷從A點(diǎn)分別到B、C、D、E點(diǎn)電場(chǎng)力做功一樣多D.A點(diǎn)的電勢(shì)比D點(diǎn)的高2.(多選題)(2024四川南充月考)如圖所示,紙面內(nèi)固定兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷,它們之間距離為4R,以其連線中點(diǎn)O為圓心、以R為半徑畫圓,A、B、C、D為圓周上四點(diǎn),A、B兩點(diǎn)在兩點(diǎn)電荷連線上,C、D兩點(diǎn)在兩點(diǎn)電荷連線的中垂線上。下列判斷正確的是()A.A、B兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等,C、D兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向相反B.若自A點(diǎn)由靜止釋放一電子,該電子將沿AB向右運(yùn)動(dòng)C.A、C之間電勢(shì)差等于D、B之間電勢(shì)差D.將一電子自A沿直線到O再沿直線到C,電勢(shì)能先增加后不變3.(經(jīng)典題)(2023重慶育才中學(xué)期中)圖中虛線1、2、3、4表示勻強(qiáng)電場(chǎng)的等勢(shì)面,一帶正電的粒子只在電場(chǎng)力的作用下從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn),軌跡如圖中實(shí)線所示。下列說(shuō)法正確的是()A.粒子運(yùn)動(dòng)的加速度不變B.粒子所受的電場(chǎng)力沿虛線方向C.粒子從a運(yùn)動(dòng)到b,電勢(shì)能增加D.圖中各虛線代表的電勢(shì)高低φ4>φ3>φ2>φ14.(2024四川成都雙流中學(xué)月考)如圖所示,虛線a、b、c代表電場(chǎng)中一組等勢(shì)線,相鄰等勢(shì)線之間的電勢(shì)差相等,實(shí)線為一帶正電粒子(重力不計(jì))僅在電場(chǎng)力作用下從P到Q的運(yùn)動(dòng)軌跡,則下列說(shuō)法正確的是()A.a、b、c三條等勢(shì)線中,a的電勢(shì)最高B.Q點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度比P點(diǎn)處的大C.該粒子在P點(diǎn)的速率比在Q點(diǎn)的大D.該粒子在P點(diǎn)的電勢(shì)能比在Q點(diǎn)的電勢(shì)能大5.(2024廣東深圳寶安中學(xué)期中)電子顯微鏡是冷凍電鏡中的關(guān)鍵部分,在電子顯微鏡中電子槍發(fā)射電子束,通過(guò)電場(chǎng)構(gòu)成的電子透鏡使其會(huì)聚或發(fā)散。電子透鏡的電場(chǎng)分布如圖所示,虛線為等勢(shì)線。一電子僅在電場(chǎng)力作用下運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中實(shí)線所示,a、b、c、d是軌跡上的四個(gè)點(diǎn),下列說(shuō)法正確的是()A.電子從a到d運(yùn)動(dòng)時(shí),電勢(shì)能逐漸減小B.電子從a到d運(yùn)動(dòng)時(shí),加速度保持不變C.電子在a處受到的電場(chǎng)力方向與a處虛線垂直D.b處的電場(chǎng)強(qiáng)度與c處的電場(chǎng)強(qiáng)度相同6.(多選題)(2024四川內(nèi)江一中月考)在光滑水平絕緣桌面上,有一平行于水平桌面的勻強(qiáng)電場(chǎng)。某校學(xué)生小宋同學(xué)為了研究該電場(chǎng),在桌面上畫出△ABC如圖所示,已知∠B=90°、∠A=37°,AB邊長(zhǎng)為40cm。小宋將q1=-10-8C的電荷從B點(diǎn)移動(dòng)到A點(diǎn),克服電場(chǎng)力做功為2×10-5J,將q2=2×10-8C的檢驗(yàn)電荷從A點(diǎn)移動(dòng)到C點(diǎn),電勢(shì)能增加1×10-5J,以B為零電勢(shì)點(diǎn)。已知sin37°=35,cos37°=45,A.φA=2000V,φC=-1500VB.φA=-2000V,φC=-1500VC.該勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)為E=50002N/C,方向與BC邊成37°角斜向右下方D.該勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)為E=50002N/C,方向與BC邊成45°角斜向右下方7.(2024江西宜春上高二中月考)如圖所示,水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,一帶電小球從A點(diǎn)以豎直向上的初速度開(kāi)始運(yùn)動(dòng),經(jīng)最高點(diǎn)B后回到與A在同一水平線上的C點(diǎn),小球從A點(diǎn)到B點(diǎn)的過(guò)程中克服重力做功2J,電場(chǎng)力做功3J,則()A.小球在B點(diǎn)的動(dòng)能比在A點(diǎn)少1JB.小球在C點(diǎn)的電勢(shì)能比在B點(diǎn)少3JC.小球在C點(diǎn)的機(jī)械能比在A點(diǎn)多12JD.小球在C點(diǎn)的動(dòng)能為6J8.(經(jīng)典題)(2024四川江油太白中學(xué)月考)如圖所示,a、b、c三點(diǎn)處在某一勻強(qiáng)電場(chǎng)中,該電場(chǎng)方向與a、b兩點(diǎn)的連線平行,已知ab的長(zhǎng)度L1=5cm,ac的長(zhǎng)度L2=16cm,ab與ac間的夾角θ=120°,現(xiàn)把帶電荷量為q=+4×10-7C的點(diǎn)電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn),電場(chǎng)力做功為1.6×10-7J。求:(1)a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差Uab;(2)把該電荷從b點(diǎn)移到c點(diǎn),電場(chǎng)力做的功。9.(2022湖南湖湘名校聯(lián)盟期末)如圖所示,空間建有三維坐標(biāo)系O-xyz,O為坐標(biāo)原點(diǎn),整個(gè)空間分布著沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度E=20V/m,一質(zhì)量為m=5×10-3kg的帶電小球從A(0,0.2m,0)處以大小為v0=3m/s的速度沿x軸正方向射入電場(chǎng),小球恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng),取重力加速度g=10m/s2。(1)求帶電小球所帶電荷的電性與電荷量;(2)如將勻強(qiáng)電場(chǎng)方向改成沿y軸負(fù)方向分布,帶電小球從A(0,0.2m,0)處以大小為v0=3m/s的速度沿x軸正方向射入電場(chǎng),求運(yùn)動(dòng)到xOz平面上時(shí)速度v的大小(結(jié)果可以用根式表示);(3)如將勻強(qiáng)電場(chǎng)方向改成沿z軸正方向分布,帶電小球從A(0,0.2m,0)處以大小為v0=3m/s的速度沿x軸正方向射入電場(chǎng),求運(yùn)動(dòng)到xOz平面上時(shí)離原點(diǎn)O的距離L的大小(結(jié)果可以用根式表示)。答案與分層梯度式解析專題強(qiáng)化練2電場(chǎng)中的能量問(wèn)題1.ACD2.CD3.A4.C5.C6.BD7.C1.ACD點(diǎn)電荷+Q產(chǎn)生的電場(chǎng)中,離點(diǎn)電荷越遠(yuǎn),電勢(shì)越低,則A點(diǎn)的電勢(shì)比B點(diǎn)的高,根據(jù)EP=qφ可知,帶正電的檢驗(yàn)電荷從A點(diǎn)到B點(diǎn),電勢(shì)能減少,選項(xiàng)A正確;由圖可知,B、C、D、E點(diǎn)都在以+Q為圓心的同一圓周上,此圓周為一等勢(shì)線,各點(diǎn)的電勢(shì)相等,則A點(diǎn)到B、C、D、E各點(diǎn)的電勢(shì)差U相等,根據(jù)W=qU可知,檢驗(yàn)電荷從A點(diǎn)分別到B、C、D、E點(diǎn)電場(chǎng)力做功一樣多,選項(xiàng)B錯(cuò)誤,C正確;點(diǎn)電荷+Q產(chǎn)生的電場(chǎng)中,離點(diǎn)電荷越遠(yuǎn),電勢(shì)越低,A點(diǎn)的電勢(shì)比D點(diǎn)的高,選項(xiàng)D正確。2.CD由等量異種點(diǎn)電荷電場(chǎng)的對(duì)稱性可知A、B兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等,C、D兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同,故A錯(cuò)誤。過(guò)A、B的電場(chǎng)線是一條直線,方向向右,若自A點(diǎn)由靜止釋放一電子,該電子將沿AB所在直線向左運(yùn)動(dòng),故B錯(cuò)誤。由等量異種點(diǎn)電荷電場(chǎng)的對(duì)稱性可知A、C之間電勢(shì)差等于D、B之間電勢(shì)差,故C正確。將一電子自A沿直線運(yùn)動(dòng)到O,電勢(shì)降低,電場(chǎng)力做負(fù)功,電勢(shì)能增大;從O沿直線到C,O、C在同一等勢(shì)線上,故電勢(shì)不變,電勢(shì)能不變,故D正確。3.A在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,粒子所受的電場(chǎng)力不變,則加速度不變,A正確。等勢(shì)面與電場(chǎng)強(qiáng)度垂直,粒子所受的電場(chǎng)力一定與虛線垂直,B錯(cuò)誤。由于粒子所受的電場(chǎng)力指向彎曲軌跡的凹側(cè),即向右;粒子從a運(yùn)動(dòng)到b,電場(chǎng)力與運(yùn)動(dòng)方向成銳角,電場(chǎng)力做正功,電勢(shì)能減少,C錯(cuò)誤;因?yàn)榱Ｗ铀艿碾妶?chǎng)力方向向右,則電場(chǎng)強(qiáng)度向右,所以圖中各虛線代表的電勢(shì)高低φ4<φ3<φ2<φ1,D錯(cuò)誤。4.C該粒子所受電場(chǎng)力指向軌跡凹側(cè),電場(chǎng)線與等勢(shì)線垂直,根據(jù)沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低可知a、b、c三條等勢(shì)線中,a電勢(shì)最低,故A錯(cuò)誤;等差等勢(shì)線越密的位置電場(chǎng)強(qiáng)度越大,所以Q點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度比P點(diǎn)處的小,故B錯(cuò)誤;根據(jù)A項(xiàng)分析可知P點(diǎn)電勢(shì)低于Q點(diǎn)電勢(shì),粒子帶正電,根據(jù)Ep=qφ可知該粒子在P點(diǎn)的電勢(shì)能比在Q點(diǎn)的電勢(shì)能小,故D錯(cuò)誤;粒子僅受電場(chǎng)力作用,由能量守恒,可知該粒子在P點(diǎn)的動(dòng)能比在Q點(diǎn)的動(dòng)能大,即該粒子在P點(diǎn)的速率比在Q點(diǎn)的大,故C正確。歸納總結(jié)電勢(shì)能大小的判斷方法(1)電場(chǎng)力做正功,電勢(shì)能減小;電場(chǎng)力做負(fù)功,電勢(shì)能增加。(2)由Ep=qφ可知正電荷在電勢(shì)高處電勢(shì)能大,負(fù)電荷在電勢(shì)低處電勢(shì)能大。5.C由題圖可知,電子從a到d運(yùn)動(dòng)時(shí),電勢(shì)先升高后降低,可知電子的電勢(shì)能先減小后增大,A錯(cuò)誤;由題圖可知,電場(chǎng)不是勻強(qiáng)電場(chǎng),電子從a到d運(yùn)動(dòng)時(shí),加速度不斷變化,B錯(cuò)誤;電場(chǎng)線與等勢(shì)線垂直,則a處的電場(chǎng)線與虛線垂直,電場(chǎng)強(qiáng)度方向也與虛線垂直,則電子在a處受到的電場(chǎng)力方向與a處虛線垂直,C正確;由圖可知,b處的電場(chǎng)強(qiáng)度與c處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等,方向不同,D錯(cuò)誤。6.BD將q1從B點(diǎn)移動(dòng)到A點(diǎn),根據(jù)U=Wq得UBA=WBAq1=-2×10-5-10-8V=2000V,B為零電勢(shì)點(diǎn),則φA=-2000V;將q2=2×10-8C的檢驗(yàn)電荷從A點(diǎn)移動(dòng)到C點(diǎn),電勢(shì)能增加1×10-5J,根據(jù)功能關(guān)系知WAC=-1×10-5J,則UAC=WACq2=-1×10-52×10-8V=-500V,解得φC=-1500V,故A錯(cuò)誤,B正確。由幾何關(guān)系知,BC邊長(zhǎng)為30cm,在BA邊上取一點(diǎn)D,使BD長(zhǎng)為30cm,D點(diǎn)電勢(shì)為-1500V,則可知C、D連線為等勢(shì)線,CD邊長(zhǎng)為302cm,過(guò)B作CD的垂線,交點(diǎn)為P,設(shè)BP長(zhǎng)為x,如圖所示,由幾何關(guān)系可得x=3220m,則該勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)沿7.C從A→B根據(jù)動(dòng)能定理有WAB-mgh=ΔEk,即ΔEk=1J,即粒子在B點(diǎn)的動(dòng)能比在A點(diǎn)多1J,A錯(cuò)誤;設(shè)小球在A點(diǎn)初速度為v0,小球在豎直方向上只受重力,做加速度為g的勻變速運(yùn)動(dòng),故從A→B和B→C的時(shí)間相等,而水平方向只受到電場(chǎng)力作用,設(shè)從A→B的水平分位移為x1,從B→C的水平分位移為x2,則可知x1x2=13,則WBC=3WAB=9J,由于電場(chǎng)力做正功,則粒子在C點(diǎn)的電勢(shì)能比在B點(diǎn)少9J,B錯(cuò)誤;根據(jù)功能關(guān)系可知,從A→C機(jī)械能增加量為ΔE=WAB+WBC=12J,由于重力勢(shì)能不變,則從A→C動(dòng)能增加12J,即粒子在C點(diǎn)的動(dòng)能大于12J,8.答案(1)0.4V(2)-4.16×10-7J解析(1)a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差Uab=Wabq=1.6×10(2)勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為E=UabL1=0方向水平向左,電場(chǎng)力做的功Wbc=-qEsbd=-qE[L1+L2cos(π-θ)]=-4.16×10-7J。9.答案(1)帶正電2.5×10-3C(2)17m/s(3)105解析(1)小球恰好做