2020-2021学年高二物理：电势能与电势专题训练 15页

2020-2021 学年高二物理：电势能与电势专题训练 题组 1 电场力做功与电势能 1.如图所示的匀强电场中，一个电荷量为 q 的正点电荷，沿电场线方向从 A 点运动到 B 点，A、B 两点间的 距离为 d.在此过程中电场力对电荷所做的功为 W，则 A 点的电场强度的大小为（ ） A. B.qWd C. D. 【答案】C 【解析】根据电场力做功的表达式 W＝qEd 可得电场强度的大小为 E＝ ，故 C 正确. 2.在静电场中，让电子逆着电场线的方向由 A 点移到 B 点，如图所示，则（ ） A.电场力做正功，A 点电势高于 B 点 B.电场力做正功，A 点电势低于 B 点 C.电场力做负功，A 点电势高于 B 点 D.电场力做负功，A 点电势低于 B 点 【答案】B 【解析】电场强度方向水平向右，电子带负电在电场中受力方向与电场强度方向相反，故受到从 A 指向 B 的电场力，故从 A 至 B 的过程中电子受力方向与运动方向相同，故电场力做正功，根据电场力做功与电势 能变化的关系知，电场力做正功，电场线方向从 B 向 A，因为沿着电场线方向电势逐渐降低，故 A 点电势 低于 B 点电势，故 A 错误，B 正确； 由 AB 分析知，电场力做正功，故 CD 错误. 3.（多选）下列说法正确的是（ ） A.电荷从电场中的 A 点运动到 B 点，路径不同，电场力做功的大小就可能不同 B.电荷从电场中的某点出发，运动一段时间后，又回到了该点，则说明电场力做功为零 C.正电荷沿着电场线运动，电场力对正电荷做正功，负电荷逆着电场线运动，电场力对负电荷做正功 D.电荷在电场中运动，因为电场力可能对电荷做功，所以能量守恒定律在电场中并不成立 【答案】BC 【解析】电场力做功和电荷运动路径无关，故 A 错误；电场力做功只和电荷的初、末位置有关，所以电荷 从某点出发又回到了该点，电场力做功为零，故 B 正确；正电荷沿电场线的方向运动，则正电荷受到的电 场力和电荷的位移方向相同，故电场力对正电荷做正功，同理，负电荷逆着电场线的方向运动，电场力对 负电荷做正功，故 C 正确；电荷在电场中运动虽然有电场力做功，但是电荷的电势能和其他形式的能之间 的转化满足能量守恒定律，故 D 错误. 4.（多选）如图所示，带正电的点电荷固定于 Q 点，电子在库仑力作用下，做以 Q 为焦点的椭圆运动.M、P、 N 为椭圆上的三点，P 点是轨道上离 Q 最近的点，电子在从 M 经 P 到 N 点的过程中（ ） A.速率先增大后减小 B.速率先减小后增大 C.电势能先减小后增大 D.电势能先增大后减小 【答案】AC 【解析】正点电荷形成电场的等势面是以点电荷为圆心的一系列同心圆，且越靠近点电荷电势越高，所以 电子从 M 点到 P 点电场力做正功，电势能减小，动能增加；电子从 P 点到 N 点电场力做负功，电势能增加， 动能减小，故 A、C 正确. 5.（多选）静电喷涂时，喷枪喷出的涂料微粒带电，在带正电被喷工件的静电力作用下，向被喷工件运动， 最后吸附在其表面.在涂料微粒向工件靠近的过程中（ ） A.涂料微粒带负电 B.离工件越近，所受库仑力越小 C.电场力对涂料微粒做负功 D.涂料微粒的电势能减小 【答案】AD 【解析】工件带正电，则在涂料微粒向工件靠近的过程中，涂料微粒带负电.故 A 正确.离工件越近，根据库 仑定律得知，涂料微粒所受库仑力越大.故 B 错误.涂料微粒所受的电场力方向向左，其位移方向大体向左， 则电场力对涂料微粒做正功，其电势能减小.故 C 错误，D 正确. 6.如图所示，在电场强度为 E 的匀强电场中有间距为 l 的 A、B 两点，连线 AB 与电场线的夹角为 θ，将一电 荷量为 q 的正电荷从 A 点移到 B 点，若沿直线 AB 移动该电荷，静电力做的功 W1＝________；若沿路径 ACB 移动该电荷，静电力做的功 W2＝________；若沿曲线 ADB 移动该电荷，静电力做的功 W3＝________.由此 可知，电荷在电场中移动时，静电力做功的特点是________. 【答案】qElcosθ qElcosθ qElcosθ 与路径无关，只与初、末位置有关 7.如图所示，在场强为 E 的水平匀强电场中，一根长为 l 的绝缘杆，两端分别固定着带有电荷量＋q 和－q 的小球（大小不计）.现让绝缘杆绕中点 O 逆时针转动 α 角，求转动中带电小球克服电场力所做的功. 【答案】qEl（1－cosα） 【解析】每个带电小球的初、末位置沿电场线方向的距离均为 d＝ （1－cosα）； 每个带电小球克服电场力做功 W＝Fd＝qE （1－cosα）； 故两个带电小球克服电场力做功 W′＝2W＝qEl（1－cosα）. 题组2 对电势的理解 8.如图是某一电场中的一簇电场线，现把一个正电荷分别放在 AB 两点下列说法正确的是（ ） A.此正电荷在 A 点受到的电场力比 B 点大 B.此正电荷在 A 点的电势能比 B 点大 C.电场中 B 点的电势高于 A 点的电势 D.若把此正电荷从 A 点静止释放，它将沿电场线运动到 B 点 【答案】B 【解析】根据电场线的疏密知，A 点的场强小于 B 点，则正电荷在 A 点所受电场力小于 B 点，故 A 错误； 沿着电场线方向电势逐渐降低，A 点电势高于 B 点，则正电荷在 A 点电势能比 B 点大，故 B 正确，C 错误； 将正电荷从 A 点静止释放，运动轨迹不沿电场线方向，故 D 错误。 9.在静电场中，下列有关电势能、电势判断正确的是（ ） A.电势能、电势都是仅有电场本身因素决定，与处于电场中的电荷无关 B.电势高的地方，电荷的电势能一定大 C.电势能等于两点的电势差 D.某点电势的大小等于单位电荷在该点与在参考点的电势能差的大小 【答案】D 【解析】根据电势能与电势的关系 Ep=qφ，可知电势能既与电场有关，又与电荷有关.电势仅由电场本身因 素决定，与处于电场中的电荷无关，故 A 错误.电势高的地方，正电荷的电势能一定大，而负电荷的电势能 一定小，故 B 错误.电势能与电势差是两个不同概念，故 C 错误.根据电势的定义式 φ= 知，某点电势的大 小等于单位电荷在该点的电势能大小，而电势能大小等于电荷在该点与在参考点的电势能差的大小，故 D 正确. 10.将一正电荷从无穷远处移至电场中 M 点，电场力做功为 6.0×10－9J，若将一个等量的负电荷从电场中 N 点移向无穷远处，电场力做功为 7.0×10－9J，则 M、N 两点的电势 φM、φN 有如下关系（ ） A.φM＜φN＜0 B.φN＞φM＞0 C.φN＜φM＜0 D.φM＞φN＞0 【答案】C 【解析】取无穷远处电势 φ∞＝0. 对正电荷：W∞M＝0－EpM＝－qφM， φM＝ ＝ ； 对负电荷：WN∞＝EpN－0＝－qφN， φN＝ ＝ ； 所以 φN＜φM＜0，选项 C 正确. 11.（多选）关于电势，下列说法正确的是（ ） A.电场中某点的电势，其大小等于单位正电荷从该点移动到零电势点时，静电力所做的功 B.电场中某点的电势与零电势点的选取有关 C.由于电势是相对的，所以无法比较电场中两点的电势高低 D.电势是描述电场能的性质的物理量 【答案】ABD 【解析】由电势的定义可知 A 正确.由于电势是相对量，电势的大小与零电势点的选取有关，故 B 正确.虽然 电势是相对的，但电势的高低是绝对的，故 C 错误.电势与电势能相联系，它是描述电场能的性质的物理量， 故 D 正确. 12.（多选）关于电势的高低，下列说法正确的是（ ） A.沿着电场线的方向电势逐渐降低 B.电势降低的方向一定是电场线的方向 C.正电荷只在电场力的作用下，一定向电势低的地方移动 D.负电荷只在电场力的作用下，由静止释放，一定向电势高的地方移动 【答案】AD 【解析】沿着电场线的方向电势逐渐降低，故 A 正确；电势降低的方向不一定是电场线的方向，故 B 错误； 若正电荷具有初速度，即使只受电场力作用，也可由低电势点向高电势点移动，故 C 错误；负电荷只在电 场力的作用下由静止释放，一定向电势高的地方移动，故 D 正确. 13.如果把 q＝1.0×10－8C 的电荷从无限远移到电场中的 A 点，需要克服静电力做功 W＝1.2×10－4J，那么， （1）q 在 A 点的电势能和 A 点的电势各是多少？ （2）q 未移入电场前，A 点的电势是多少？ 【答案】（1）1.2×10－4J 1.2×104V （2）1.2×104V 【解析】（1）静电力做负功，电势能增加，无限远处的电势为零，电荷在无限远处的电势能也为零，即 φ∞ ＝0，Ep∞＝0. 由 W∞A＝Ep∞－EpA 得 EpA＝Ep∞－W∞A＝0－（－1.2×10－4J）＝1.2×10－4J. 再由 φA＝ 得 φA＝1.2×104V. （2）A 点的电势是由电场本身决定的，跟 A 点是否有电荷存在无关，所以 q 未移入电场前，A 点的电势仍 为 1.2×104V. 题组 3 等势面 14.如图所示，实线表示某静电场的电场线，虚线表示该电场的等势面，下列判断正确的是（ ） A.2、3 两点的电势相等 B.2、3 两点的场强相同 C.1、2 两点的电势相等 D.1、2 两点的场强相等 【答案】A 【解析】顺着电场线，电势降低，所以 1 点的电势高于 2 点处的电势，2 与 3 处于同一条等势线上，所以 2 与 3 两点的电势相等.故 A 正确，C 错误； 电场线的疏密表示电场的强弱，由图可得，1 与 2 比较，1 处的电场线密，所以 1 处的电场强度大，2、3 两 点的场强的方向不同，2、3 两点的场强不相同，故 BD 错误. 15.关于静电场的等势面，下列说法正确的是（ ） A.两个电势不同的等势面可能相交 B.电场线与等势面处处相互垂直 C.同一等势面上各点电场强度一定相等 D.将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面，电场力做正功 【答案】B 【解析】静电场中的电场线不可能相交，等势面也不可能相交，否则的话会出现一个点有两个电场强度和 两个电势值的矛盾，A 错误；根据等势面的特点，电场线与等势面垂直，B 正确；同一等势面上各点电势相 等，但电场强度不一定相等，C 错误；对于负电荷，当沿某一电场线运动从电势高的点移到电势低的点，电 场力的方向与运动方向相反，电场力做负功，D 错误. 16.（多选）如图所示，在点电荷电场中的一条电场线上依次有 A、B、C 三点，分别把＋q 和－q 的试探电 荷依次放在三点上，关于它们所具有的电势能的正确说法是（ ） A.放上＋q 时，它们的电势能 EpA>EpB>EpC B.放上＋q 时，它们的电势能 EpAEpB>EpC D.放上－q 时，它们的电势能 EpAEpB>EpC；当 q 为负电荷时，EpAφB，EA>EB B.φA>φB，EAEB D.φA<φB，EA