物理必修 第三册第1节 静电力做功与电势能练习题

这是一份物理必修 第三册第1节 静电力做功与电势能练习题，共10页。试卷主要包含了5 J＝1，电势能增减的判断方法，电场中的几种功能关系等内容，欢迎下载使用。
学习目标：1.[物理观念]知道静电力做功的特点，知道电势能的概念及静电力做功与电势能变化的关系，能解释相关的现象。2.[科学思维]会用W＝qEd求解相关静电力做功的问题，能用静电力做功与电势能的变化关系分析和解决问题。3.[科学探究]通过用类比的方法探究静电力做功的特点及与电势能变化的关系，提高探究科学规律的能力。4.[科学态度与责任]通过电势能与重力势能的对比，体会类比与创新在物理学研究中的重要性，培养良好的学习习惯。
一、静电力做功的特点
1．公式
W＝qEd，适用于匀强电场。
2．特点
静电力移动电荷所做的功，只与电荷的初、末位置有关，而与电荷的运动路径无关。
说明：静电力做功与带电体是做直线运动还是做曲线运动无关，与有没有其他力做功也无关。
二、电势能
1．定义
电荷在电场中具有的势能。用Ep表示。
2．电势能的变化与静电力做功的关系
关系式：WAB＝EpA－EpB＝－ΔEpAB
静电力对电荷做eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(正功，其电势能减少,负功，其电势能增加))
3．电势能的大小：电荷在电场中某点的电势能，等于电荷从该点移动到零电势能点静电力所做的功。
4．电势能的相对性
电势能是相对于零电势能点而言的，选取不同的零电势能点，电荷在电场中同一点的电势能的数值是不同的。
5．电势能变化的绝对性
电场中两点间的电势能之差与选取的零电势能点无关。
注意：静电力做多少正功，电势能就减少多少，与其他力做了多少功无关。
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)静电力对正电荷一定做正功，对负电荷一定做负功。(×)
(2)静电力做的功W＝qEd，适用于任何电场。(×)
(3)电场中有M、N两点，沿不同路径把同一电荷从M点移到N点，静电力做功不同。(×)
(4)电场中有M、N两点，把电荷从M点移到N点的过程中，静电力对电荷做负功，M点的场强比N点的场强大。(×)
2．关于静电力做功，下列说法正确的是( )
A．电荷沿不同路径从电场中A点运动到B点，静电力做功可能不同
B．电荷从电场中A点出发，最后又回到A点，静电力做功为零
C．电荷在电场中沿着电场线运动，所受静电力对电荷一定做正功
D．电荷在电场中运动，所受静电力对电荷做功，能量守恒定律不再成立
B [静电力做的功与电荷的运动路径无关，选项A错误；静电力做的功只与电荷的初、末位置有关，所以电荷从A点出发又回到A点，静电力做的功为零，选项B正确；负电荷沿着电场线的方向运动，静电力对负电荷做负功，选项C错误；电荷在电场中运动，虽然有静电力做功，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，选项D错误。]
3．关于电荷的电势能，下列说法正确的是( )
A．电荷在电场强度大的地方，电势能一定大
B．电荷在电场强度为零的地方，电势能一定为零
C．只在静电力的作用下，电荷的电势能一定减少
D．只在静电力的作用下，电荷的电势能可能增加，也可能减少
D [电场强度与电势能无关，电势能具有相对性，可以人为规定零势能面，故A、B错误；只在静电力作用下，若电荷从静止开始运动，静电力做正功，电势能减少，若电荷在静电力作用下在电场中做减速运动，则静电力做负功，电势能增大，故D正确，C错误。]
如图所示，试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中，(1)若沿直线从A移动到B，静电力做的功为多少？
(2)若沿折射AMB从A点移动到B点，静电力做的功是多少？
(3)若沿任意曲线从A点移动到B点，静电力做的功是多少？
提示：(1)W＝qE·|AM| (2)W＝qE·|AM| (3)W＝qE·|AM|
1．静电力做功的特点：在电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与电荷经过的路径无关。
2．静电力做功的正负判断
(1)根据静电力和位移方向的夹角判断：夹角为锐角，静电力做正功；夹角为钝角，静电力做负功；夹角为直角时，静电力不做功。此法常用于匀强电场中恒定静电力做功情况的判断。
(2)根据静电力和瞬时速度方向的夹角判断：夹角为锐角时，静电力做正功；夹角为钝角时，静电力做负功；夹角为直角时，静电力不做功。此法常用于判断曲线运动中变化静电力的做功情况。
(3)根据电势能的变化情况判断：若电势能增加，则静电力做负功；若电势能减小，则静电力做正功。
(4)若物体只受静电力作用，可根据动能的变化情况判断：若物体的动能增加，则静电力做正功；若物体的动能减少，则静电力做负功。
3．在应用公式W＝qEd计算静电力做的功时，必须满足的条件是：
(1)电荷处在匀强电场中。
(2)d是沿电场线方向上的两点间的距离。
【例1】 如图所示，在电场强度为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，则转动过程中两个带电小球克服静电力做功为多少？
思路点拨：eq \x(\s\up(搞清静电力的方向与位移,方向之间的夹角))→eq \x(\s\up(判断正、负功))
→eq \x(用W＝qEd求每个小球的功)→eq \x(求总功)
[解析] 静电力对带正电的小球做功为W1＝－qE·eq \f(l,2)(1－cs α)；静电力对带负电的小球做功为W2＝－qE·eq \f(l,2)(1－cs α)。转动过程中静电力对两小球做的总功为W＝W1＋W2＝－qEl(1－cs α)，即两个带电小球克服静电力做功为qEl(1－cs α)。
[答案] qEl(1－cs α)
1利用公式W＝qEd求功只适用于匀强电场。
2非匀强电场中可用W＝qEd定性分析。
eq \([跟进训练])
1.如图所示的匀强电场中有a、b、c三点，ab＝5 cm，bc＝12 cm，其中ab沿电场方向，bc和电场方向成60°角，一个电荷量为q＝4×10－8 C的正电荷从a移到b时静电力做的功为W1＝1.2×10－7 J，求：
(1)匀强电场的电场强度的大小E；
(2)电荷从b移到c，静电力所做的功W2。
[解析] (1)从a到b静电力做的功W1＝qEdab
所以E＝eq \f(W1,qdab)＝eq \f(1.2×10－7,4×10－8×5×10－2) N/C＝60 N/C。
(2)把电荷从b移到c，静电力做的功
W2＝qE·dbc·cs 60°＝4×10－8×60×12×10－2×0.5 J＝1.44×10－7 J。
[答案] (1)60 N/C (2)1.44×10－7 J
一个正电荷只在电场力作用下在电场中由A点移动到B点，该电荷的动能和电势能如何变化？
提示：动能增加，电势能减少。
1．电势能的特性
2.电势能增减的判断方法
3.电场中的几种功能关系
(1)若只有电场力做功，电势能与动能之和保持不变；
(2)若只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变；
(3)除重力和弹力外，其他各力对物体所做的功等于物体机械能的变化；
(4)所有力对物体所做功的代数和，等于物体动能的变化。
【例2】 将带电荷量为6×10－6 C的负电荷从电场中A点移到B点，克服静电力做了3×10－5 J的功，再从B点移到C点，静电力做了1.2×10－5 J的功，则：
(1)电荷从A点移到B点，再从B点移到C点的过程中电势能共改变了多少？
(2)如果规定B点的电势能为零，则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少？
思路点拨：(1)克服静电力做功，即是静电力做负功。
(2)正确应用静电力做功与电势能变化的关系。
[解析] (1)电荷从A点移到B点克服静电力做了3×10－5 J的功，电势能增加了3×10－5 J；从B点移到C点的过程中静电力做了1.2×10－5 J的功，电势能减少了1.2×10－5 J，整个过程电势能增加ΔEp＝3×10－5 J－1.2×10－5 J＝1.8×10－5 J。
(2)如果规定B点的电势能为零，电荷从电场中A点移到
B点，克服静电力做了3×10－5 J的功，若电荷从电场中的B点移到A点，则静电力要做3×10－5 J的功，电势能减少3×10－5 J，所以EpA′＝－3×10－5 J，同理EpC′＝－1.2×10－5 J。
[答案] (1)增加了1.8×10－5 J (2)－3×10－5 J
－1.2×10－5 J
静电力做功与电势能变化的关系(WAB＝EpA－EpB)
(1)静电力对电荷做了多少正功，电势能就减少多少。
(2)静电力对电荷做了多少负功(电荷克服静电力做了多少功)，电势能就增加多少。
eq \([跟进训练])
2.(多选)如图所示，在点电荷的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有( )
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EpA