2020新教材高中物理第十章静电场中的能量1电势能和电势课堂检测含解析 人教版必修第三册
电势能和电势
1.如图所示,电场强度为E的匀强电场中,带电荷量为+q的电荷沿直线AB、折线ACB、曲线AB运动 , 关于静电力做的功和大小关系,下列说法正确的是( )
A.沿折线ACB运动时做功最多
B.沿直线AB运动时做功最少
C.沿直线AB运动时,静电力做功为qEd
D.沿折线ACB运动时做功为Eq(l+l′)
【解析】选C。电场力做功与运动路径无关,取决于两点间的电势差,电荷沿直线AB、折线ACB、曲线AB运动,电荷的初末位置相同,电场力做功相同,电场力做功W=qEd,故C正确,A、B、D错误。
2.某静电场的电场线分布如图所示,图中P、Q两点的电场强度的大小分别为EP和EQ,电势分别为φP和φQ,则 ( )
A.EP>EQ,φP>φQ
B.EP>EQ,φP<φQ
C.EP
φQ
D.EPEQ。图中,电场线的方向是由P指向Q,根据顺着电场线的方向,电势依次降低,可得P点电势高于Q点电势。
【补偿训练】
(多选)两个固定的等量异种点电荷所形成电场的等势面如图中虚线所示,一带电粒子以某一速度从图中a点进入电场,其运动轨迹如图中实线所示,若粒子只受静电力作用,则下列关于带电粒子的判断中正确的是 ( )
- 4 -
A.带正电
B.速度先变大后变小
C.电势能先变大后变小
D.经过b点和d点时的速度大小相等
【解析】选C、D。做曲线运动的物体受到的合力方向指向曲线的内侧,根据带电粒子受力方向可以判断,粒子带负电,选项A错误;负电荷在电势低的位置电势能大,粒子的电势能先变大后变小,粒子的电势能和动能之和不变,所以粒子的动能先变小后变大,速度先变小后变大,选项B错误,选项C正确;b、d两点电势相同,粒子经过这两点时电势能相等,动能相等,速度大小也相等,选项D正确。
3.一正电荷在电场中仅受电场力作用,从A点运动到B点,速度随时间变化的图像如图所示,tA、tB分别对应电荷在A、B两点的时刻,则下列说法中正确的
是( )
A.A处的场强一定小于B处的场强
B.A处的电势一定低于B处的电势
C.电荷在A处的电势能一定大于在B处的电势能
D.从A到B的过程中,电场力对电荷做正功
【解析】选B。由图像知A处的加速度大于B处的加速度,A处的场强一定大于B处的场强,A错误;根据电荷的电性,能判断电场线的方向,也就能判断电势的高低,即A处的电势一定低于B处的电势,B正确;由功能关系及动能和电势能之和守恒知C、D错误。
4.如果把q=1.0×10-8 C的电荷从无限远处移到电场中的A点,需要克服静电力做功W=1.2×10-4 J,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?
【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。
- 4 -
由W∞A=Ep∞-EpA得:
EpA=Ep∞-W∞A=0-(-1.2×10-4 J)=1.2×10-4 J,
再由φA==1.2×104 V。
(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1.2×104 V。
答案:(1)1.2×10-4 J 1.2×104 V
(2)1.2×104 V
情境:
如图所示,不带电的物体A与带电体B叠放在一起静止在空中,带电体C固定在绝缘地面上不动。现将物体A移走,物体B从静止经过时间t达到最大速度
vm=2 m/s。
问题:
已知三个物体均可以看作质点,A与B的质量分别为0.35 kg、0.28 kg,B、C的电量分别为qB=+4×10-5 C,qC=+7×10-5 C且保持不变,静电力常量k=9.0×
109 N•m2/C2,g取10 m/s2,不计空气阻力。求:
(1)开始时BC间的距离L。
(2)当物体B达到最大速度时距带电体C的距离。
(3)在时间t内系统电势能的变化量ΔEp。
【解析】(1)开始时AB均处于静止,以AB整体为研究对象,根据共点力平衡条件可得:
mBg+mAg=k
代入数据可得 L=2 m
(2)当撤去A后,B在库仑力和重力的作用下向上做加速运动,当库仑力和重力相等时,速度最大,此时有
- 4 -
k=mBg
解得此时BC间的距离 L′=3 m
(3)从B开始运动到速度最大的过程中,对B,运用动能定理可得:
W库-mBg(L′-L)=mB
联立代入数据可得库仑力做功 W库=3.36 J,
电场力做正功,电势能减小,故系统电势能的变化量
ΔEp=-W库=-3.36 J,即减小了3.36 J
答案:(1)2 m (2)3 m (3)3.36 J
- 4 -
