河北省張家口市高三物理 同步練習20 電場能的性質.doc
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電場能的性質 1.一電荷量為q的正點電荷位于電場中A點,具有的電勢能為Ep,則A點的電勢為φ=EPq.若把該點電荷換為電荷量為2q的負點電荷,則A點的電勢為 A. 4φ B. 2φ C. φ D. 12φ 【答案】C 【解析】 根據(jù)電勢的物理意義:電勢是反映電場本身性質的物理量,僅由電場本身決定,與試探電荷無關.可知,將該點電荷換為電荷量為2q的負點電荷,A點的電勢不變,故C正確,ABD錯誤;故選C. 2.、b兩點各放有電量為+Q和+4Q的點電荷,a、b、c、d、e、f、g七個點在同一直線上,且ac=cd=de=ef=fg=gb,如圖所示,取無限遠處為零電勢,則( ) A. d處的場強和電勢均為零 B.處的電勢比處的電勢高 C. 電子在處的電勢能比在g處的電勢能小 D. 電子從移到,電子所受電場力先做負功再做正功 【答案】D 【解析】 試題分析:先設場強為零處距a為x,代入點電荷電場強度公式計算出電場強度為0的位置,根據(jù)沿著電場線方向電勢逐漸降低,可以判斷e處的電勢比f處的電勢的大小關系;再由電勢能Ep=eφ,判斷出電子在f處的電勢能比g處的電勢能關系,先判斷電子在cd間、de間所受電場力方向,再判斷電子從c移到e,電子所受到電場力什么功即可. 設ac=cd=de=ef=fg=gb=L,場強為零處距a為x,因為kQx2=k?4Q6L?x2,所以x=2L,即在d處場強為零,根據(jù)電勢疊加原理,d處電勢不為零,A錯誤;a、d區(qū)域場強方向向右;d、b區(qū)域場強方向向左.因為沿著電場線方向電勢逐漸降低,所以e處的電勢比f處的電勢低,B錯誤;由于f處的電勢比g處的電勢低,而電勢能Ep=eφ,電子帶負電,所以電子在f處的電勢能比g處的電勢能大,C錯誤;因為電子在cd間所受電場力方向向左,在d、e間所受電場力方向向右,因此電子從c移到e,電子所受到電場力先做負功再做正功,D正確. 3.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,c為ab的中點,a、b電勢分別為φa=5V、φb=3V.下列敘述正確的是( ?。? A. 該電場在c點處的電勢一定為4 V B. a點處的場強Ea一定大于b點處的場強Eb C. 一正電荷從c點運動到b點電勢能一定減少 D. 一正電荷運動到c點時受到的靜電力由c指向a 【答案】C 【解析】 當該電場是勻強電場時,由公式U=Ed知沿電場方向相同距離電勢差相等,則電場在c點處的電勢一定為4V.當該電場不是勻強電場時,在c點處的電勢不一定為4V.故A錯誤;一條電場線無法比較電場線的疏密,就無法比較場強的大小,則a點處的場強Ea不一定大于b點處的場強Eb.故B錯誤。由題,a點的電勢高于b點的電勢,根據(jù)正電荷在電勢高處電勢能大可知,正電荷從c點運動到b點電勢能一定減少。故C正確。由題可判斷電場線方向從a指向c,正電荷運動到c點時受到的靜電力由a指向c。故D錯誤。故選C。 點睛:本題關鍵要抓住電場線的物理意義:電場線的疏密表示電場的強弱,電場線的方向表示電勢的高低.在勻強電場中沿任意方向相同距離電勢差相等。 4. 如圖所示,虛線AB和CD分別為橢圓的長軸和短軸,相交于O點,兩個等量同種點電荷分別處于橢圓的兩個焦點M、N上,下列說法中正確的是 A. A、B兩處電勢、場強均相同 B. C、D兩處電勢、場強均不同 C. 在虛線AB上O點的場強最小 D. 帶負電的試探電荷在O處的電勢能大于在C處的電勢能 【答案】C 【解析】 由場強及電勢的疊加原理可知,A、B兩點的電勢相同,場強大小相同,但方向不同,故A錯誤;C、D兩點的電勢相同,場強大小相同,但方向都不相,故B錯誤;在虛線AB上O點的場強為零,其他地方的場強都為正值,所以O點的場強最小,C正確;因為O點的電勢高于C點的,故帶負電的試探電荷在O點時的電勢能小于在C點時的電勢能,D錯誤。 5.如圖所示,虛線a、b、c是電場中的一簇等勢線(相鄰等勢面之間的電勢差相等),實線為一α粒子(24He重力不計)僅在電場力作用下通過該區(qū)域時的運動軌跡,P、Q是這條軌跡上的兩點,據(jù)此可知 A. a、b、c三個等勢面中,a的電勢最低 B. 電子在P點具有的電勢能比在Q點具有的電勢能小 C. β粒子在P點的加速度比Q點的加速度小 D. α粒子一定是從P點向Q點運動 【答案】A 【解析】 試題分析:根據(jù)合力指向軌跡的內側和電場線與等勢線垂直,確定電場力的方向,判斷電勢的高低,負電荷在低電勢處電勢能大,根據(jù)等差等勢面密處場強大,判斷場強大小,確定加速度的大?。? 根據(jù)軌跡彎曲的方向和電場線與等勢線垂直,畫出PQ兩點處場強的方向,如圖.則可知,三個等勢面中的,a的電勢最低,即P點的電勢最低,負電荷在低電勢處電勢能高,故電子在P點具有的電勢能最大,AB錯誤;根據(jù)電場線的疏密可知,P點的電場強度大于Q點,則帶電質點在P點受到的電場力大于Q點,即在P點的加速度大于在Q點的加速度,C錯誤;粒子的運動方向不確定,D錯誤. 6. 如圖所示,實線為方向未知的三條電場線,虛線分別為等勢線1、2、3,已知MN=NQ,a、b兩帶電粒子從等勢線2上的O點以相同的初速度飛出.僅在電場力作用下,兩粒子的運動軌跡如圖所示,則( ) A. a一定帶正電,b一定帶負電 B. a加速度減小,b加速度增大 C. MN電勢差|UMN|等于NQ兩點電勢差|UNQ| D. a粒子到達等勢線3的動能變化量比b粒子到達等勢線1的動能變化量小 【答案】BD 【解析】 a粒子的軌跡方向向右彎曲,a粒子所受電場力方向向右,b粒子的軌跡向左彎曲,b粒子所受電場力方向向左,由于電場線方向未知,無法判斷粒子的電性,故A錯誤;由題,a所受電場力逐漸減小,加速度減小,b所受電場力逐漸增大,加速度增大,故B正確;已知MN=NQ,由于MN段場強大于NQ段場強,所以MN兩點電勢差|UMN|大于NQ兩點電勢差|UNQ|,故C錯誤;根據(jù)電場力做功公式W=Uq,|UMN|>|UNQ|,a粒子從等勢線2到3電場力做功小于b粒子從等勢線2到1電場力做功,所以a粒子到達等勢線3的動能變化量比b粒子到達等勢線1的動能變化量小,故D正確. 7.A、B為兩等量異種電荷,圖中水平虛線為A、B連線的中垂線,現(xiàn)將另兩個等量異種的檢驗電荷a、b,如圖用絕緣細桿連接后從離AB無窮遠處沿中垂線平移到AB的連線,平移過程中兩檢驗電荷位置始終關于中垂線對稱.若規(guī)定離AB無窮遠處電勢為零,則下列說法中正確的是( ) A. 在AB的連線上a所處的位置電勢φa<0 B. a、b整體在AB連線處具有的電勢能Ep>0 C. 整個移動過程中,靜電力對a做正功 D. 整個移動過程中,靜電力對a、b整體做正功 【答案】B 【解析】 設AB連線的中點為O.由于AB連線的垂直平分線是一條等勢線,且一直延伸到無窮遠處,所以O點的電勢為零.AO間的電場線方向由A→O,而順著電場線方向電勢逐漸降低,可知,a所處的位置電勢φa>0,故A錯誤.a(chǎn)所處的位置電勢φa>0,b所處的位置電勢φb<0,由Ep=qφ知,a、b在AB處的電勢能均大于零,則整體的電勢能Ep>0.故B正確.在平移過程中,a所受的靜電力與其位移方向的夾角為鈍角,則靜電力對a做負功,故C錯誤.a(chǎn)、b看成一個整體,原來總電勢能為零,最終總電勢能為正,電勢能增加,所以整個移動過程中,靜電力對a、b整體做負功,故D錯誤.故選B. 點睛:對于等量異種電荷電場線和等勢面的分布情況要熟悉,要抓住其對稱性進行記憶,知道等量異種電荷連線的垂直平分線是一條等勢線,且一直延伸到無窮遠. 8.若規(guī)定無窮遠處電勢為零,則點電荷產(chǎn)生電勢的公式為?=kqr。在x軸上有兩個點電荷q1和q2 (q1在q2左邊),電勢隨著x變化的關系如圖所示。在x=0處電勢趨于正無窮;當x=x0時,電勢為0;當x=x1時,電勢有最小值。下列說法錯誤的是( ) A. 在x=0處有一正電荷 B. 在x=x1處電場強度為0 C. 電荷q1是負電荷,電荷q2是正電荷 D. 在q2處有一個負電荷 【答案】D 【解析】 因規(guī)定無窮遠處電勢為零,則正電荷周圍電勢為正,負電荷周圍的電勢為負;由圖知,在x=0位置的電勢趨近正無窮大,由表達式?=kqr可知在x=0處有正電荷,根據(jù)x從0到∞,電勢先降低后升高,則知在x軸上坐標原點處的q2是正電荷;因q1在q2左邊,則q1是負電荷,在x軸的負方向上.因φ-x圖線的切線的斜率等于電場強度,可知在x=x1處因切線的斜率等于零,則該點的電場強度為0,則選項ABC正確,D錯誤;此題選擇錯誤的選項,故選D. 點睛:本題信息給予題,關鍵要抓住題干中有效信息和圖象中有效信息,利用疊加原理分析,靈活應用電勢的公式和斜率為零. 9. 如圖1,AB是某電場中的一條電場線,若將正點電荷從A點由靜止自由釋放,沿電場線從A到B運動過程中的速度圖線如圖所2示,則A、B兩點場強大小和電勢高低關系是( ) A. EA<EB;φA<φB B. EA<EB;φA>φB C. EA>EB;φA<φB D. EA>EB;φA>φB 【答案】D 【解析】 試題分析:從速度時間圖線得到正點電荷做加速運動,加速度逐漸變小,根據(jù)牛頓第二定律得到電場力的變化情況. 解:從速度時間圖線得到正點電荷做加速運動,加速度逐漸變小,故電場力向右,且不斷變小, 故A點的電場強度較大,故EA>EB; 正電荷受到的電場力與場強方向相同,故場強向右,沿場強方向,電勢變小,故A點電勢較大,即φA>φB; 故選D. 【點評】本題關鍵通過速度時間圖象得到物體的速度變化情況和加速度變化情況,然后判斷場強方向和電勢大?。? 10.在真空中的x軸上的原點和x=6a處分別固定一個點電荷M、N,在x=2a處由靜止釋放一個正點電荷P,假設點電荷P只受電場力作用沿x軸方向運動,其速度大小與在x軸上的位置關系如圖所示,則下列說法中正確的是( ?。? A. 點電荷M、N一定都是負電荷 B. 點電荷P的電勢能一定是先增大后減小 C. 點電荷M、N所帶電荷量的絕對值之比為2:1 D. x=4a處的電場強度一定為零 【答案】D 【解析】 試題分析: 考點: 【名師點睛】 11.一帶正電的粒子僅在電場力作用下從A點經(jīng)B、C運動到D點,其“速度—時間”圖象如圖所示。分析圖象后,下列說法正確的是( ) A. A處的電場強度大于C處的電場強度 B. B、D兩點的電場強度和電勢一定都為零 C. 粒子在A處的電勢能大于在C處的電勢能 D. A、C兩點的電勢差大于B、D兩點間的電勢差 【答案】A 【解析】 試題分析:因為v-t線的斜率等于物體的加速度,故在A處的加速度大于C處的加速度,A處的電場強度大于C處的電場強度,選項A正確;B、D兩點切線的斜率為零,故兩點的加速度為零,場強為零,但是電勢不一定都為零,選項B錯誤;粒子在A處的速度大于C處的速度,則在A處的動能大于C處的動能,在A處的電勢能小于在C處的電勢能,選項C錯誤;根據(jù)動能定理可知:UACq=12mvA2?12mvC2;UBDq=12mvD2?12mvB2,由圖線可知12mvD2?12mvB2>12mvA2?12mvC2,則A、C兩點的電勢差小于B、D兩點間的電勢差,選項D錯誤;故選A. 考點:v-t圖線;動能定理;電場強度 【名師點睛】此題是對v-t圖線及動能定理的考查;關鍵是理解速度時間圖線的物理意義,圖線的斜率等于物體的加速度;電場力做正功,動能增加,電勢能減??;克服電場力做功,動能減小,電勢能增加,且電場力做功等于動能的變化量. 12.等量異種點電荷在周圍空間產(chǎn)生靜電場,其連線(x軸)上各點的電勢φ隨x的分布圖象如圖所示。x軸上AO- 配套講稿:
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