高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电势能和电势练习题

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电势能和电势练习题，共23页。
基础过关练
题组一 静电力做功的特点
1.(2024江苏徐州第一中学模拟)如图所示,在电场强度为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ANB运动,已知AB长为d。关于静电力做的功和其大小关系,下列说法正确的是( )
A.沿三条路径运动时,静电力做功一样多
B.沿直线AB运动时,静电力做功最少
C.沿折线ACB运动时,静电力做功最多
D.沿直线AB运动时,静电力做功最多
2.(2024湖北随州期中)两带电小球,电荷量分别为+q和-q,固定在一长度为l的绝缘细杆的两端,置于电场强度为E的匀强电场中,杆与电场强度方向平行,其位置如图所示。若此杆绕过O点垂直于杆的轴顺时针转过90°,则在此转动过程中,电场力做的功为( )
A.0 B.qEl C.2qEl D.πqEl
3.(教材习题改编)如图所示,匀强电场中有a、b、c三点,ab=5 cm,bc=12 cm,其中ab沿电场方向,bc与电场方向的夹角为60°。一个电荷量为q=2×10-8 C的正电荷从a点移到b点,静电力做功为W1=1.2×10-7 J。
(1)求匀强电场的场强大小E;
(2)将该正电荷从b点移到c点,求静电力做的功W2;
(3)将该正电荷从a点移到c点,求静电力做的功W3。
题组二 静电力做功与电势能变化的关系
4.(经典题)(2024广东广州华南师大附中月考)在点电荷Q形成的电场中有一点A,当一个带电荷量为-q的试探电荷从无限远处被移到电场中的A点时,电场力做的功为W,则试探电荷在A点的电势能EpA及电场中A点的电势φA分别为(规定无限远处电势能为0)( )
A.EpA=-W,φA=Wq
B.EpA=W,φA=-Wq
C.EpA=W,φA=Wq
D.EpA=-W,φA=-Wq
5.(2024福建厦门实验中学期中)带电粒子M只在电场力作用下由P点运动到Q点,此过程中克服电场力做了2.6×10-4 J的功,则( )
A.M在P点的电势能一定小于它在Q点的电势能
B.P点的场强一定小于Q点的场强
C.P点的电势一定高于Q点的电势
D.M在P点的动能一定小于它在Q点的动能
6.(2024江苏如东期中)MN是一正点电荷产生的电场中的一条电场线,一个带正电的粒子(不计重力)从a到b穿越这条电场线的轨迹如图中虚线所示。下列结论正确的是( )
A.带电粒子从a到b的过程中动能逐渐减小
B.正点电荷一定位于M点左侧
C.带电粒子在a点时具有的电势能小于在b点时具有的电势能
D.带电粒子在a点时的加速度小于在b点时的加速度
7.(2024北京海淀北师大二附中期中)如图所示,A、B为两个等量正点电荷连线上的两点(其中B为连线中点),C为连线中垂线上的一点。今将一带负电的试探电荷自A沿直线移到B再沿直线移到C。下列说法正确的是( )
A.B点的场强比C点的场强大
B.A点的电势比C点的电势高
C.从A点移到B点的过程中,电场力对该试探电荷做正功
D.从B点移到C点的过程中,该试探电荷的电势能保持不变
题组三 电势及电势高低的判断
8.(2024江苏苏州期中)关于电场中两点电势高低的判断,下列说法正确的是( )
A.若+q在A点的电势能比在B点的大,则A点电势高于B点电势
B.若-q在C点的电势能比在D点的大,则C点电势高于D点电势
C.若-q在E点的电势能为负值,则E点电势为负值
D.电势降低的方向即为电场线方向
9.(教材习题改编)如图所示,A、B是点电荷产生的电场中同一条电场线上的两点,把电荷量q1为+10-9 C的试探电荷从无穷远移到A点,静电力做功为4×10-8 J;把电荷量q2为+2×10-9 C的试探电荷从A点移到B点,克服静电力做功为2×10-8 J。下列说法正确的是( )
A.场源电荷是正电荷,且在A的左边
B.场源电荷是正电荷,且在B的右边
C.场源电荷是负电荷,且在B的右边
D.场源电荷是负电荷,且在A的左边
10.(经典题)(2024黑龙江哈尔滨第一中学期中)如图所示,实线表示匀强电场的电场线,一个带负电荷的粒子以某一速度射入匀强电场,只在电场力作用下,运动的轨迹如图中的虚线所示,a、b为轨迹上的两点。若a点电势为φa,b点电势为φb,则( )
A.电场强度方向一定向左,且电势φaφb
C.电场强度方向一定向右,且电势φa>φb
D.电场强度方向一定向右,且电势φa0),由A点移到B点的过程中,电场力做功-3W。则该匀强电场的场强大小为( )
A.2Wql B.Wql C.W2ql D.W3ql
题组二 等量电荷连线与中垂线上电势(能)变化的特点
3.(2024江苏淮安期中)等量异种点电荷周围的电场线分布如图所示,OO'是两点电荷连线的中垂线,一带电粒子仅在电场力作用下从a处沿虚线轨迹运动到b,则( )
A.粒子带正电
B.a处的电势低于b处的电势
C.粒子在a处的加速度小于在b处的加速度
D.粒子在a处的电势能小于在b处的电势能
4.(2024湖南岳阳联考)如图所示,ABCDEF为正六边形,P、Q、M分别为AB、ED、AF的中点,O为正六边形的中心。现在六个顶点依次放等量正、负电荷,若取无穷远处电势为零,以下说法中正确的有( )
A.P、Q、M各点的场强相同
B.P、Q、M各点电势均为零
C.O点电势为零,场强不为零
D.将一负试探电荷从P点沿直线PM移到M点的过程中,电势能始终保持不变
5.(2024江苏南京六校联考调研)如图所示,ABCD是棱长为L的正四面体,M、N、P分别为BD、AB和AD的中点,正四面体的顶点A、B和D分别固定有电荷量为+Q、+Q和-Q的点电荷,则( )
A.M点的电势高于Р点的电势
B.将质子由C移动到M,电场力做负功
C.将电子由Р移动到N,电势能增大
D.M、P两点的电场强度相同
题组三 电势、电势能相关的图像问题
6.(2024江苏南京六校联合体期初调研)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变化的情况如图乙所示。若在O点由静止释放一电子,电子仅受电场力的作用,则( )

A.电子沿Ox的负方向运动
B.电子的电势能将增大
C.电场的方向沿Ox的负方向
D.电子运动的速度先减小后增大
7.(2024江苏淮安期末调研)静电场在x轴上的场强E随x的变化关系如图所示,规定x轴负方向为场强正方向,带负电的点电荷沿x轴运动,则点电荷( )
A.由x1到x4过程中电势能减小
B.在x1处电势能为零
C.由x1到x4过程中,在x3处加速度最大
D.在x2和x4处电势能相等
8.(2024北京东城第十一中学期中)如图甲所示,在某电场中建立Ox坐标轴,A、B为x轴上的两点,xA、xB分别为A、B两点在x轴上的坐标值。一电子仅在电场力作用下沿x轴运动,该电子的电势能Ep随其坐标x变化的关系如图乙所示,则下列说法中正确的是( )

A.该电场一定是匀强电场
B.A点的电势低于B点的电势
C.电子由A点运动到B点的过程中做变加速直线运动
D.电子在A点的速率大于在B点的速率
题组四 电场中的功能关系
9.(2022重庆沙坪坝第七中学月考,改编)一个质量为m的带电小球,在一匀强电场中,以某一水平速度抛出,小球运动时的加速度方向竖直向下,大小为g3,不计空气阻力,已知重力加速度大小为g,则小球在竖直方向下落h高度时,以下说法错误的是( )
A.小球的机械能减少mgh3
B.小球的电势能增加2mgh3
C.小球的动能增加mgh3
D.小球的重力势能减少mgh
10.(2024河南新乡月考)如图所示,长为L的细线拴一个带电荷量为+q、质量为m的小球,重力加速度大小为g,小球处在竖直向下的匀强电场中,电场强度大小为E,小球恰好能够在竖直平面内做圆周运动,则( )
A.小球在最高点的速度大小为gL
B.当小球运动到最高点时电势能最小
C.当小球运动到最高点时机械能最大
D.小球运动到最低点时,动能为52(mg+qE)L
教材深研拓展
11.如图所示,将带负电的试探电荷沿着等量异种点电荷连线的中垂线从A点移动到B点,再沿点电荷连线从B点移动到C点,在此过程中( )
A.试探电荷所受的静电力先减小再增大
B.电场力先不做功,然后做正功
C.所经过各处的电势先降低再升高
D.试探电荷的电势能先不变再增大
答案与分层梯度式解析
第十章 静电场中的能量
1 电势能和电势
基础过关练
1.A 静电力做功与电荷的初、末位置有关,与电荷的运动路径无关,
电荷沿直线AB、折线ACB、曲线ANB运动时,其初、末位置相同,静电力做功相同,均为W=qEd,A正确。
2.B 设电荷量为+q的带电小球离O点的距离为x,其受到的电场力水平向右,则电荷量为-q的带电小球离O点的距离为l-x,其受到的电场力水平向左。杆绕过O点垂直于杆的轴顺时针转过90°的过程中,电场力对两球均做正功,做功大小分别为W1=qEx、W2=qE(l-x),所以总功为W=W1+W2=qEx+qE(l-x)=qEl,B正确。
3.答案 (1)120NC (2)1.44×10-7J (3)2.64×10-7J
解析 (1)正电荷在匀强电场中所受的静电力是恒力,正电荷从a到b,静电力做功为W1=qE|ab|
解得E=120NC
(2)将该正电荷从b点移到c点,静电力做的功W2=qE|bc|cs60°=1.44×10-7J
(3)将该正电荷从a点移到c点,静电力做的功W3=W1+W2=2.64×10-7J
4.A 当带电荷量为-q的试探电荷从无限远处被移到电场中的A点时,电场力做的功为W=Ep0-EpA,可得EpA=-W;根据电势的定义可得A点的电势为φA=EpA-q=Wq,A正确,B、C、D错误。
5.A 带电粒子M只在电场力作用下由P点运动到Q点,此过程中克服电场力做功,即电场力做负功,则电势能增加,动能减少,即EpPEkQ,故A正确,D错误;根据题中条件,无法比较P点和Q点的场强关系,故B错误;由于带电粒子的电性未知,则无法判断P点和Q点的电势高低,故C错误。
6.B 由于该粒子只受电场力作用做曲线运动,电场力指向轨迹内侧,可得粒子通过电场线MN时所受的电场力沿MN方向向右,说明场源电荷在M点左侧,故B正确;电场力与速度的夹角为锐角,说明电场力对带电粒子做正功,带电粒子的电势能减少,动能增加,故A、C错误;a点离场源电荷较近,故电场强度Ea>Eb,由F=qE可得电场力Fa>Fb,根据牛顿第二定律可知,带电粒子在a点的加速度大于在b点的加速度,D错误。
关键点拨 (1)在轨迹和电场线的交点处,根据轨迹弯曲方向判定电场力的方向;
(2)画出轨迹的切线,即速度方向,由速度方向和电场力方向的夹角判断做功情况、电势能以及动能的变化情况。
7.B 两等量正点电荷周围的电场线分布如图所示,B点为两点电荷连线上的中点,知B点场强为零,而C点场强不为零,知B点的场强比C点的小,A错误。两个等量正点电荷连线上,电场方向为由两个点电荷指向连线的中点,而在连线的垂直平分线上,电场方向为由中点指向无穷远处,可得电场方向由A指向B,又由B指向C;由于沿电场线方向电势逐渐降低,所以A点的电势高于B点的电势,B点的电势高于C点的电势,即φA>φB>φC;将一带负电的试探电荷从A点移到B点、从B点移到C点,即从高电势处移到低电势处,由于负电荷在电势高处电势能较低,可知电势能增加,故电场力对该试探电荷做负功,B正确,C、D错误。
8.A 由Ep=qφ知,正电荷在电势越高的地方电势能越大,负电荷在电势越低的地方电势能越大,故A正确,B错误。若-q在E点的电势能为负值,根据Ep=qφ可知,φ为正值,C错误。沿电场线方向,电势降低,但电势降低的方向不一定是电场线方向,而是电势降低最快的方向为电场线方向,D错误。
9.D 规定试探电荷在无穷远处的电势能为0,从无穷远移到A点,静电力做功为4×10-8J,根据电场力做功与电势能的关系可得W=Ep0-EpA,则试探电荷q1在A点的电势能为EpA=-4×10-8J,A点的电势为φA=EpAq1=-4×10-810-9V=-40V;试探电荷q2在A点具有的电势能为EpA'=φAq2=-8×10-8J,由于从A点到B点静电力做功WAB=-2×10-8J,则试探电荷q2在B点的电势能为EpB=-6×10-8J,故B点的电势为φB=EpBq2=-6×10-82×10-9V=-30V,则φA