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  • 2021-05-23 发布

人教版物理选修3-1习题:第1章 6 电势差与电场强度的关系

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www.ks5u.com 第一章 6‎ ‎[练案6]‎ ‎ 基础夯实 ‎ 一、选择题(1~4题为单选题,5、6题为多选题)‎ ‎1.下列公式适用于任何电场的是( C )‎ A.W=qEd B.U=Ed C.E= D.E=k 解析:公式W=qEd,用来计算匀强电场中电场力做功,所以只适用于匀强电场,故A错误。公式U=Ed是匀强电场中电势差与电场强度的关系公式,只适用于匀强电场,故B错误。公式E=是电场强度的定义式,运用比值法定义,适用于任何电场,故C正确。公式E=k是点电荷场强公式,只适用点电荷的电场,故D错误,故选C。‎ ‎2.某匀强电场的等势面分布如图所示,已知相邻等势面的间距均为1 cm,则以下说法中正确的是( D )‎ A.电场强度的方向竖直向下 B.电场强度的方向竖直向上 C.电场强度的大小为E=1 V/m D.电场强度的大小为E=100 V/m 解析:根据电场线总是与等势面垂直,而且由高电势指向低电势,可知,电场强度方向水平向左。两个相邻等势面相距d=1 cm,电势差U=1 V,则电场强度E==100 V/m,故选项D正确。‎ ‎3.如图所示,在xOy平面内有一个以O为圆心、半径R=0.1 m的圆,P为圆周上的一点,O、P两点连线与x轴正方向的夹角为θ。若空间存在沿y轴负方向的匀强电场,电场强度大小E=100 V/m,则O、P两点的电势差可表示为( A )‎ A.UOP=-10sin θ(V) B.UOP=10sin θ(V)‎ C.UOP=-10cos θ(V) D.UOP=10cos θ(V)‎ 解析:由于电场强度方向向下,据题可知UOP<0,则UOP=-ERsin θ=-100×0.1sin θ(V)=-10sin θ(V),故正确答案为A。‎ ‎4.如图中A、B、C三点都在匀强电场中,已知AC⊥BC,∠ABC=60°,BC=20 cm。把一个电量q=10-5 C的正电荷从A移到B,电场力做功为零;从B移到C,克服电场力做功1.73 ×10-3 J,则该匀强电场的场强大小和方向是( D )‎ A.865 V/m,垂直AC向左 B.865 V/m,垂直AC向右 C.1 000 V/m,垂直AB斜向上 D.1 000 V/m,垂直AB斜向下 解析:由题,q=10-5C的正电荷从A移到B,电场力做功为零,则A与B电势相等, AB连线是一条等势线。‎ BC间电势差为:UBC==- V=-100 V 则该匀强电场的场强大小:E= V/m=1 000 V/m,电场线方向垂直于AB向下。如图。故选D。‎ ‎5.在场强为E=1.0×102 V/m的匀强电场中,有相距d=2.0×10-2 m的a、b两点,则a、b两点间的电势差可能为( AB )‎ A.1.0 V   B.2.0 V  ‎ C.3.0 V  D.4.0 V 解析:由U=Ed可知当d最大时,U最大,代入数值可知U最大值为2.0 V,当a、b位于同一等势面上时Uab=0知最小值为零,故A、B可能,C、D不可能。‎ ‎6.将一根绝缘细线在匀强电场中连接成一个菱形,如图所示。a、b、c、d分别是菱形的四个顶点,且∠abc=120°。已知a、b、c三点电势分别为3 V、4 V、5 V,一个带电量为+1.0×10-6 C的小蚂蚁在细线区域内爬行。下列说法正确的是( AC )‎ A.d点电势为4 V B.O点电势为0 V C.小蚂蚁在b点电势能等于在d点电势能 D.小蚂蚁在b点电势能小于在d点电势能 解析:由题意可知,bd是匀强电场的一条等势线,电势为4 V,故A正确,B错误;bd在一条等势线上,电势相等,电势能也相等,故C正确,D错误。‎ 二、非选择题 ‎7.图中是某匀强电场的等势面示意图,A、B两点相距5 cm,θ=53°,一带电量为-4×10-6 C的微粒沿AB匀速运动,求:‎ ‎(1)电场强度大小和方向。‎ ‎(2)微粒的质量。(取g=10 m/s2)‎ 答案:(1)电场强度大小是500 N/m,方向向下 (2)微粒的质量2×10-4 kg 解析:(1)设匀强电场的场强大小为E,则:‎ E=== V=500 V/m 沿电场线的方向电势降低,所以电场的方向向下。‎ ‎(2)因微粒匀速运动,则有mg=qE,‎ 则得:m== kg=2.0×10-4 kg。‎ ‎ 能力提升 ‎ 一、选择题(1~3题为单选题,4、5题为多选题)‎ ‎1.如图所示,a、b、c是匀强电场中的三个点,各点电势分别为φa=10 V,φb=2 V,φc=6 V,a、b、c三点在同一平面上,下列各图中电场强度的方向表示正确的是( D )‎ 解析:由于是匀强电场,所以a、b连线的中点与c点等势,电场强度的方向垂直于等势面且由高电势指向低电势处,所以D正确。‎ ‎2.如图所示,在平面直角坐标系中,有方向平行于坐标平面的匀强电场,其中坐标原点O处的电势为零,点A处的电势为6 V,点B处的电势为3 V,则电场强度的大小为( A )‎ A.200 V/m B.200 V/m C.100 V/m D.100 V/m 解析:根据题意,由匀强电场特点可知OA中点C的电势为3 V,与B点电势相等,则BC连线为等势线,自原点O向BC连线引垂线,垂足为D,D点电势为3 V,根据图中几何关系得=,得OD长度为1.5 cm,则场强为E==200 V/m,本题只有选项A正确。‎ ‎3.(2019·山东济宁市高二上学期三校联考)如图所示,a、b、c为某条电场线上的三个点,且距离ab=bc=d,设a点的电场强度为E,则( B )‎ A.a点电场强度一定大于b点电场强度 B.a点电势一定高于b点电势 C.a、b两点间的电势差一定等于b、c两点间的电势差 D.a、b两点间的电势差一定等于E、d 解析:只有一条电场线,无法判断a、b两点哪一点处的电场线较密,故无法判断a、b两点电场强度的大小,故A错误;由于沿电场线的方向电势逐渐降低,故a点电势一定高于b点电势,故B正确;由于该电场不一定是匀强电场,故a、b两点间的电势差不一定是E、d,Uab不一定等于Ubc,故C、D错误。‎ ‎4.细胞膜的厚度等于700 nm(1 nm=10-9 m),当膜的内外层之间的电压达0.4 V时,即可让一价钠离子渗透。 设细胞膜内的电场为匀强电场,则钠离子在渗透时( AC )‎ A.膜内电场强度为5.71×105 V/m B.膜内电场强度为1.04×106 V/m C.每个钠离子沿电场方向透过膜时电场力做的功等于6.4×10-20 J D.每个钠离子沿电场方向透过膜时电场力做的功等于1.28×10-19 J 解析:由公式E== V/m=5.71×105 V/m,所以A正确,B错误。由公式W=qU=1.6×10-19×0.4 J=6.4×10-20 J,C正确,D错误。‎ ‎5.(2019·安徽省合肥一中高二上学期段考)如图甲所示,一条电场线与Ox轴重合,取O点电势为零,Ox方向上各点的电势φ随x变化的关系如图乙所示,若在O点由静止释放一电子,电子仅受电场力的作用。则( ABD )‎ A.电子将沿Ox方向运动 B.电子的电势能将一直减小 C.沿Ox方向电场强度一直增大 D.电子运动的加速度先减小后增大 解析:由乙图知沿x轴正方向电势在升高,所以电场沿x轴负方向。电子受电场力方向沿x轴正方向,电子将沿Ox方向加速运动,电场力做正功,电子的电势能减小,所以A、B正确;根据E==可知电势φ随x变化图象的斜率表示电场强度,由乙图可知沿Ox方向电场强度先减小后增大,电子受电场力先减小后增大,电子运动的加速度先减小后增大,C错误,D正确。‎ 二、非选择题 ‎6.如图所示的A、B、C、D、E、F为匀强电场中正六边形的六个顶点。已知A、B、C三点的电势分别为-1 V、1 V、5 V,则D点的电势φD为__7__ V。‎ 解析:在匀强电场中,沿着任意方向前进相同距离,电势的降落必定相等,由于从A到D方向平行于BC方向,且AD间距等于BC间距的两倍 故有φD-φA=2(φC-φB)‎ 代入数据解得 φD=7 V。‎ ‎7.(2019·黑龙江大庆实验中学高二上学期期末)如图所示,空间有E=100 V/m竖直向下的匀强电场,长L=0.4 m不可伸长的轻绳固定于O点。另一端系一质量m=0.5 kg,电量q=0.05 C的带正电小球。拉起小球至绳水平后在A点无初速度释放,当小球运动至O点的正下方B点时绳恰好断裂,小球继续运动,最后落至地面上C点,B点离地的高度hB=0.1 m。(g=10 m/s2)试求:‎ ‎(1)A、C两点间的电势差UAC;‎ ‎(2)绳子张力的最大值;‎ ‎(3)落地点C到B点的水平距离。‎ 答案:(1)50 V (2)30 N (3)0.4 m 解析:(1)在匀强电场中,UAC=EdAC=100×0.5 V=50 V ‎(2)当带电小球摆至B点时,绳子达到最大张力,设为T,小球运动到B点时速度为vB 小球从A点运动到B点,由动能定理可得:mgl+Eql=mv,代入数据解得vB=4 m/s 小球在B点做圆周运动,由牛顿第二定律可得:‎ T-(mg+Eq)=m 代入数据 解得:T=30 N ‎(3)小球离开B点后做类平抛运动,下落加速度a==20 m/s2;设运动时间为t,设落地点C到B点的水平距离为x,x=vB,解得:x=0.4 m。‎