高中物理專題1.4電勢能和電勢試題
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1、 第 4 節(jié) 電勢能和電勢 一、靜電力做功的特點 1.在電場中移動電荷時,靜電力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān),但與電荷 經(jīng)過的路徑 。 2.在勻強電場中,電場力做的功= ,其中 d 為沿電場線方向的位移。 W 二、電勢能 1.電荷在電場中具有的與電荷位置有關(guān)的能,叫電勢能。 2.電場力做功與電勢能有什么關(guān)系? ( 1)電荷在電場中具有電勢能。 ( 2)電場力對電荷做正功,電荷的電勢能 。 ( 3)電場力對電荷做負功,電荷的電勢能 。 ( 4)電
2、場力做多少功,電荷的電勢能就變化多少。即 。 ( 5)電勢能是相對的, 與 有關(guān)。 通常把電荷在離場源電荷無限遠處的電勢能規(guī) 定為零,或把電荷在大地表面上的電勢能規(guī)定為零。 電荷在某點的電勢能,等于 把它從該處移動到零勢能位置所做的功。 ( 6)電勢能是電荷和電場所共有的,具有 。 ( 7)電勢能是 。 3.( 1)正電荷順著電場線移動, 電場力做 ,電勢能 ;負電荷順著電場線移動, 電場力做 ,電勢能 ; ( 2)正電荷逆著電場線移動, 電場力做 ,電勢能 ;負電荷逆著電場線移動, 電場力做 ,電勢能 。 三、電
3、勢 1.定義:電荷在電場中某一點的 與它的 的比值。 2.公式: 。 3.單位:伏特。符號: 。 1 V=1 J/C 。 4.對電勢的理解 ( 1)電勢的相對性: 某點電勢的大小是相對于 而言的。 零電勢的選擇是任意的, 1 / 19 一般選地面和無窮遠為零勢能面。 ( 2)電勢的固有性: 電場中某點的電勢的大小是由 的性質(zhì)決定的, 與放不放電荷 及放什么電荷無關(guān)。 ( 3)電勢是 。 ( 4)計算時 Ep、 q、 都帶正負號。四、等勢面 1.定義:電場中電勢相等的各點構(gòu)成的面。
4、 2.特點 ( 1)電場線跟等勢面 ,即場強的方向跟等勢面垂直。 ( 2)在等勢面上移動電荷時電場力 。 ( 3)電場線總是從電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面。 ( 4)等差等勢面越密的地方電場強度 ;反之 。 ( 5)任意兩等勢面 。 無關(guān) Eqd 減小 增大 零電勢能面 靜電力 系統(tǒng)性 標量 正功 減少 負功 增加 負功 增加 正功 減少 電勢能 電荷量 V 零電勢點 電場本身 標量 垂直 不做功 越大 越小 不相交 一、電場中的功能關(guān)系、電勢高
5、低及電勢能大小的判斷與比較 1.比較電勢高低的方法 ( 1)沿電場線方向,電勢越來越低。 ( 2)取無窮遠處電勢為零,則正電荷周圍電勢為正值,負電荷周圍電勢為負值;靠近正電荷處電勢高,靠近負電荷處電勢低。 2.電勢能大小的比較方法 判斷角度 判斷方法 2 / 19 做功判斷法 電場力做正功,電勢能減小;電場力做負功,電勢能增大 電荷電勢法 正電荷在電勢高的地方電勢能大,負電荷在電勢低的地方電勢能大 公式法 根據(jù) Ep=q ,將 q、 的大小、正負號一起代入公式, Ep 的數(shù)值越大, 電勢
6、能越大 能量守恒法 在電場中,若只有電場力做功,則電荷的動能和電勢能相互轉(zhuǎn)化,動 能增大,電勢能減?。粍幽軠p小,電勢能增大 【例題 1】如圖甲所示, A、B 是一條電場線上的兩點, 在 A 點由靜止釋放一個正的點電 荷,點電荷僅在電場力的作用下沿著電場線從 A 點運動到 B 點,點電荷的速度隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示,則下列說法正確的是 A.該電場可能是勻強電場 B. A點的電勢高于 B 點的電勢 C.從 A 點到 B點,點電荷的電勢能逐漸增大 D.點電荷在 A點所受到的電場力大
7、于在 B點所受到的電場力 參考答案: B 試題解析: 由題圖乙可知,點電荷做初速度為零的變加速直線運動,加速度逐漸增大, 說明該點電荷所受到的電場力逐漸增大, 即該點電荷在 A 點所受到的電場力小于在 B 點所受 到的電場力,所以沿著電場線的方向電場強度是逐漸增大的,故該電場一定是非勻強電場, AD錯誤;由于點電荷由靜止開始運動,僅受電場力作用從 A點運動到 B 點,且點電荷帶正 電,所以電場線方向由 A 點指向 B 點,又因為沿著電場線的方向電勢逐漸降低, 則 , B 正確;綜上可知, 正點電荷在 B 點時的電勢能小于在 A點時
8、的電勢能, 所以從 A 點到 B點, 點電荷的電勢能逐漸增大, C 錯誤。 二、 電場線、等勢面及帶電粒子的運動軌跡的綜合問題 1.帶電粒子所受合力(往往僅為電場力)指向軌跡曲線的內(nèi)側(cè)。 2.該點速度方向為軌跡切線方向。 3 / 19 3.電場線或等差等勢面密集的地方場強大。 4.電場線垂直于等勢面。 5.順著電場線的方向電勢降低最快。 6.電場力做正功,電勢能減??;電場力做負功,電勢能增大。有時還要用到牛頓第二 定律、動能定理等知識。 【例題 2】(2018天成教育
9、命題研究院高考精準預測卷) 在 x 軸上有兩個點電荷 q1 和 q2( q1 在 q2 的左邊), x 正半軸上各點處電勢隨著 x 變化的關(guān)系如圖所示,當 時, 電勢為 0;當 時,電勢有最小值,則 A. q1 和 q2 為同種電荷 B. q2 可能在 0 和 x3 之間 C.電荷量大小滿足 D.在 處釋放一帶正電粒子,則粒子在 x3 處動能最大 參考答案: CD 試題解析: x =0 處電勢趨于
10、正無窮,則此處有一正電荷 q 1;在 > 2 時電勢小于零,可知 x x 一定有負電荷,則 q1 和 q2 為異種電荷,故 A 錯誤; φ –x 圖線的斜率等于場強,則可知 x=x 3 處場強為零,又 x 點的電勢為零,則 q 帶負電,一定在 x 與 x 之間,根據(jù)場強的疊加原理 2 2 2 3 可知電荷量大小滿足 q1>q2,選項 B 錯誤, C 正確;在 x1 處釋放一帶正電粒子,則粒子在 x3 處電勢能最小,動能最大,選項 D 正確;故選
11、CD。 三、兩個等量點電荷形成的電場的特點 種類 異種電荷 同種電荷 4 / 19 等勢面電場線分布圖 連線 場強 方向:正→負 中點兩側(cè)方向相反 特點 強弱:強→弱→強, 中點最小 強→弱→強,中點 E=0 電勢 從正電荷→負電荷, 由高→低 若為正電荷,中點最低 若為負電荷,中點最高 中垂線 場強 各點方向一致 兩側(cè)方向相反, 中點兩側(cè)均有 中點
12、最強兩側(cè)漸弱 最大值,中點向兩側(cè)均為弱→ 強→弱 電勢 電勢為零的等勢面 不是等勢面 相同點 場強的大小、電勢均以中點對稱分布 【例題 3】(2018湖北省黃岡市黃岡中學高三適應性考試) 如圖所示,正方形 ABCD 的對角線相交于 O點,兩個等量同種正電荷分別固定在 A、C兩點,則 A. B、D兩處電勢、場強均相同 B. B、D兩處電勢、場強均不相同 C.若在 B點靜止釋放一電子,電子一定在 B、D間往復運動,且加速度先減小后增大 D.若在 B 點給電子一
13、垂直紙面合適的速度,電子可繞 O點做勻速圓周運動 參考答案: D 試題解析: 在等量同種電荷連線的中垂線上, 電場強度從 O點開始向上下兩邊先增大后 減小, 在 O上方的電場強度方向豎直向上, 在 O下方的電場強度方向豎直向下, 根據(jù)對稱性 可知 B、 D兩點的電場強度大小相同,方向不同,電勢相同,故 AB錯誤;無法判斷從 O到 B (O到 D)電場強度是一直增大, 還是先增大后減小, 故無法判斷電子的加速度的變化情況, C 錯誤;在垂直紙面且經(jīng)過 BD兩點的圓上,所有點的電勢相等,并且電子受到的電場力指 5 / 19
14、 向 O點,與速度方向垂直,電子可繞 O點做勻速圓周運動, D 正確。 1.關(guān)于靜電場,下列說法正確的是 A.電勢等于零的物體一定不帶電 B.電場強度為零的點,電勢一定為零 C.同一電場線上的各點,電勢一定相等 D.負電荷沿電場線的方向移動時,電勢能一定增加 2.(2018浙江新高考選考) 一帶電粒子僅在電場力作用下從 A 點開始以– v0 做直線運動, 其 v– t 圖象如圖所示,粒子在 t 0 時刻運動到 B 點, 3t 0 時刻運動到 C點,下列判斷正確
15、 的是 A. A、B、 C三點的電勢關(guān)系為 B. A、B、 C三點場強大小關(guān)系為 C.粒子從 A 點經(jīng) B 點運動到 C點,電勢能先增加后減少 D.粒子從 A 點經(jīng) B 點運動到 C點,電場線先做正功后做負功 3.如圖所示,在光滑絕緣的水平面上固定一個正點電荷 Q,一個帶負電的試探電荷在水平 面上沿橢圓軌道繞它運動。正點電荷位于橢圓的一個焦點上, A、 B、C是橢圓上的三點, 且 A、B 分別位于橢圓半長軸的兩端,則
16、 A. B 點的電勢大于 A 點的電勢 6 / 19 B.試探電荷在 A 點時的速度大于在 B 點時的速度 C.試探電荷在 A 點時的電勢能小于在 C點時的電勢能 D.負點電荷在運動過程中,機械能守恒 4.(2018陜西省高三教學質(zhì)量檢測) 如圖所示,真空中有兩個等量異種點電荷 A、B, M、 N、 O是 AB 連線的垂線上的點,且 AO>OB一帶正電的試探電荷僅受電場力作用,運動軌 跡如圖中實線所示,設 M、 N兩點的電勢分別為 φ M、 φ N,此電荷在 M、N 兩點的加速度 分別為 aM、
17、aN,此電荷在 M、N兩點的電勢能分別為 EPM、 EPN,下列判斷中正確的是
A. aM>aN B. φ M>φN
C. EPM 18、Q為圓心的圓上的四個點,
四點的連線構(gòu)成一內(nèi)接正方形,其中ab 連線與金屬板垂直。則下列說法正確的是
A. b 點電場強度與 c 點電場強度相同
B. a 點電場強度與 b 點電場強度大小相等
C. a 點電勢等于 d 點電勢
D.將一試探電荷從 a 點沿直線 ad 移到 d 點的過程中,試探電荷電勢能始終保持不變
6. (2018百校聯(lián)盟高考名師猜題保溫金卷) 如圖所示, A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 H是圓 O
上的 8 個點,圖中虛線均過圓心 O 19、點,B和 H關(guān)于直徑 AE對稱,且 , ,
7 / 19
M、 N 關(guān)于 O點對稱?,F(xiàn)在 M、 N 兩點放置等量異種點電荷,則下列各點中電勢和電場強
度均相同的是
A. B 點和 H點 B. B 點和 F 點
C. H點和 D點 D. C點和 G點
7.如圖所示,虛線是某靜電場的一簇關(guān)于 x 軸對稱的等勢線,線邊上標有電勢的值,一帶
電粒子只在電場力的作用下恰能沿圖中的實線從 A 經(jīng)過 B運動到 C,則
20、
A.粒子在 A 處的電勢能大于在 C處的電勢能
B. A 點場強大于 B點場強
C.帶電粒子帶負電,且在 B 點所受電場力沿 x 軸負方向
D.粒子從 A 到 C的電場力所做的功大于從 A到 B 電場力做的功
8. (2018四川省雙流中學高三考前第二次模擬) 一電場的電場線分布如圖所示,電場中
有 A、B、 C三點,且 AB=BC,則下列關(guān)系中正確的是()
A.電場強度大小關(guān)系為 EA=EC>EB
B.電勢
C.將一帶負電粒子由 A 經(jīng) B 移 21、至 C點過程中,電場力先做負功再做正功
D.將一帶正電粒子由 A 經(jīng) B 移至 C點過程中,電勢能先增大再減小
8 / 19
9.如圖為勻強電場的等勢面,相鄰等勢面相距 2 cm,則該勻強電場
A.方向豎直向下,場強 E=100 V/m
B.方向水平向左,場強 E=100 N/C
C.方向豎直向上,場強 E=100 V/m
D.方向水平向右,場強 E=100 V/m
10.(2018福建省廈門雙十中學高三考試) 真空中的點電荷在其周圍產(chǎn) 22、生電場,電場中某
點的電勢與點電荷的電量成正比,
與該點到點電荷的距離成反比,
即
,在某真空
中有一如圖所示的正六邊形
, 0 為中心,
、 、
E
三個頂點各固定一點電荷,其
ABCDEF
A C
中 、
兩點電荷量為
q
,
E
點電荷量為–
, 、
分別表示
、
點場強的大小,
、
A C
q
B 0
分別表示 B、 0 點的電勢,則以下關(guān)系中正確的是
23、
A. ,
B. ,
C. ,
D. ,
11.(2018山東省沂水縣第一中學高三下學期第三輪測試) 如圖所示,一均勻帶正電的無
限長絕緣細桿水平放置, 細桿正上方有 A、B、C三點,三點均與細桿在同一豎直平面內(nèi),
且三點到細桿的距離滿足 r A=r B 24、到 C點,電荷電勢能一定增加
C.三點中,只有 A、 B 二點電場強度方向相同
D.在 A 點,若電子(不計重力)以一垂直于紙面向外的速度飛出,電子可能做勻速圓周
運動
12.(2018寧夏回族自治區(qū)銀川唐徠回民中學高三下學期第四次模擬) 如圖所示,空間有
一正三棱錐 OABC,點 A′、 B′、 C′分別是三條棱的中點?,F(xiàn)在頂點 O處固定一正的點
電荷,則下列說法中正確的是
A. A′、 B′、 C′三點的電場強度相同
B.△ ABC所在平面為等勢面
25、C.某另一點電荷在 C′點的電勢能一定大于它在 C點處的電勢能
D.將一正的試探電荷從 A′點沿直線 A′ B′移到 B′點,靜電力對該試探電荷先做負功
后做正功
13.(2018百校聯(lián)盟高考名師猜題保溫金卷) 空間存在一靜電場,電場中的電勢 隨 x( x
軸上的位置坐標)的變化規(guī)律如圖所示,下列說法正確的是
10 / 19
A. x=4 m 處的電場強度可能為零
26、
B. x=4 m 處電場方向一定沿 x 軸正方向
C.沿 x 軸正方向,電場強度先增大后減小
D.電荷量為 e 的負電荷沿 x 軸從 0 點移動到
6 m 處,電勢能增大 8 eV
14.將帶電荷量為﹣ 610 ﹣6 C 的負電荷從電場中的
A點移到 B點,克服電場力做功為 310﹣5
J,再從 B點移到 C點,電場力做功為 1.2 10﹣5 J ,求:
( 1)電荷從 A 點移到 B 點,再從 B 點移到 C點的過程中,電勢能共改變了多少?
( 2)若規(guī)定 A 點電勢為零,則電場中 C點的電勢為多少?
27、
15.(2018天津卷) 如圖所示,實線表示某電場的電場線(方向未標出),虛線是一帶負
電的粒子只在電場力作用下的運動軌跡,設 M點和 N 點的電勢分別為 ,粒子在
M和 N時加速度大小分別為 ,速度大小分別為 ,電勢能分別為 。
下列判斷正確的是
A.
B.
C.
D.
16. (2017天津卷) 如圖所示,在點電荷 Q產(chǎn)生的電場中,實線 MN是一條方向未標出的
電場線, 虛線 AB是一個電子只在靜電力作用下的運動軌跡。 設電子在 A、B 兩點的加速
度大小 28、分別為 aA、aB,電勢能分別為 EpA、EpB。下列說法正確的是
11 / 19
A.電子一定從 A 向 B 運動
B.若 aA>aB,則 Q靠近 M端且為正電荷
C.無論 Q為正電荷還是負電荷一定有 EpA 29、 帶有異種電荷
B. x1 處的電場強度為零
C.負電荷從 x1 移到 x2,電勢能減小
D.負電荷從 x1 移到 x2,受到的電場力增大
18. (2016全國新課標Ⅲ卷) 關(guān)于靜電場的等勢面,下列說法正確的是
A.兩個電勢不同的等勢面可能相交
B.電場線與等勢面處處相互垂直
C.同一等勢面上各點電場強度一定相等
D.將一負的試探電荷從電勢較高的等勢面移至電勢較低的等勢面,電場力做正功
19.(2015 全國新課標Ⅰ) 如圖所示, 直線 a、b 和 c、d 是處于勻強電場中的兩組平行線,
M、N、P、Q是它們的交點,四點處的電勢分別為 、 、 、 。一電子由 M點
分別運動到 N點和 P點的過程中,電場力所做的負功相等,則
A.直線 a 位于某一等勢面內(nèi),
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