高中物理1 电势能和电势精练

第十章静电场中的能量

1.电势能和电势

基础巩固

1.下列说法正确的是(　　)

A.电荷从电场中的A点运动到了B点,路径不同,静电力做功的大小就可能不同

B.电荷从电场中的某点开始出发,运动一段时间后,又回到了该点,则静电力做功为零

C.正电荷沿着电场线运动,静电力对正电荷做正功,负电荷逆着电场线运动,静电力对负电荷做负功

D.电荷在电场中运动,因为静电力可能对电荷做功,所以能量守恒定律在电场中并不成立

2.在静电场中,将一正电荷从A点移到B点,静电力做了负功,则(　　)

A.B点的电场强度一定比A点大

B.电场线方向一定从B指向A

C.B点的电势一定比A点高

D.该电荷的动能一定减少

3.(多选)如图所示,图中的实线表示电场线,虚线表示只受静电力作用的带正电粒子的运动轨迹,粒子先经过M点,再经过N点,可以判定              (　　)

A.M点的电势高于N点的电势

B.M点的电势低于N点的电势

C.粒子在M点受到的静电力大于在N点受到的静电力

D.粒子在M点的电势能大于在N点的电势能

4.下列说法中正确的是(　　)

A.沿电场线的方向,电场强度一定越来越小

B.沿电场线的方向,电势一定越来越低

C.电荷沿电场线方向移动,电势能逐渐减小

D.在静电力作用下,正电荷一定从电势高处向电势低处移动

5.如图所示,在电场强度为E=1×104 N/C、方向水平向右的匀强电场中,用一根长l=1 m的绝缘细杆(质量不计)固定一个质量为m=0.2 kg、电荷量为q=5×10-6 C的带正电的小球。细杆可绕轴O在竖直平面内自由转动。现将杆由水平位置A轻轻释放,在小球运动到最低点B的过程中,静电力对小球做功多少?小球电势能如何变化?

能力提升

1.(多选)如图甲所示,Q1、Q2为两个固定点电荷,其中Q1带正电,它们连线的延长线上有a、b两点。一正试探电荷以一定的初速度沿直线从b点开始经a点向远处运动,其速度图像如图乙所示。则(　　)

A.Q2带正电

B.Q2带负电

C.试探电荷从b点到a点的过程中电势能增大

D.试探电荷从b点到a点的过程中电势能减小

2.将一正电荷从无穷远处移至电场中M点,静电力做功为6.0×10-9 J,若将一个等量的负电荷从电场中N点移向无穷远处,静电力做功为7.0×10-9 J,则M、N两点的电势φM、φN有如下关系(　　)

A.φM<φN<0 B.φN>φM>0

C.φN<φM<0 D.φM>φN>0

3.将一个电荷量为-2×10-8 C的点电荷,从零电势点S移到M点要克服静电力做功4×10-8 J,则M点电势能=　　　　J,M点电势φM=　　　　V。若将该电荷从M点移到N点,静电力做功14×10-8 J,则N点电势φN=　　　　V。 

4.电荷量为q=1×10-4 C的带正电小物块置于粗糙的绝缘水平面上,所在空间存在沿水平方向的匀强电场,电场强度E与时间t的关系及物块速度v与时间t的关系分别如图甲、乙所示,若重力加速度g取10 m/s2,求:

(1)物块的质量m和物块与水平面之间的动摩擦因数。

(2)物块运动2 s过程中,其电势能的改变量。

参考答案

基础巩固

1. 解析静电力做功和电荷运动路径无关,所以选项A错误;静电力做功只和电荷的初、末位置有关,所以电荷从某点出发又回到了该点,静电力做功为零,选项B正确;正电荷沿电场线的方向运动,则正电荷受到的静电力和电荷的位移方向相同,故静电力对正电荷做正功,同理,负电荷逆着电场线的方向运动,静电力对负电荷做正功,选项C错误;电荷在电场中虽然有静电力做功,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。

答案B

2. 解析从A到B,静电力对正电荷做负功,该电荷电势能增加,qφA<qφB,即φA<φB,故选项C正确;电场线不一定是直线,选项B错误;该电荷除了受静电力,是否还受其他力不清楚,选项D错误;条件不足,无法判断A、B两点电场强度的大小,选项A错误。

答案C

3 解析沿着电场线的方向电势降低,故选项A对,选项B错;电场线越密,电场强度越大,同一粒子受到的静电力越大,故选项C错;粒子从M点到N点静电力做正功,所以电势能减小,所以选项D对。

答案AD

4. 解析电场线的方向就是电场强度的方向,同时也是电势降低的方向,但不一定是电场强度减小的方向,故选项A错,选项B对。只有沿电场线方向移动正电荷,电荷电势能才减小,负电荷则相反,故选项C错。因为不知道电荷的初速度,所以选项D错。

答案B

5.解析静电力做功与路径无关。在小球由A运动到最低点B的过程中,静电力对小球做的正功为

W=qEl=5×10-6×1×104×1 J=0.05 J

静电力对小球做正功,小球电势能减少,减少的电势能为0.05 J。

答案0.05 J　电势能减少0.05 J

能力提升

1. 解析

答案BC

2.解析取无穷远处电势φ∞=0。

对正电荷:W∞M=0-EpM=-qφM,

φM=;

对负电荷:WN∞=EpN-0=-qφN,

φN=;

所以φN<φM<0,选项C对。

答案C

3.解析由WSM=EpS-EpM,得EpM=EpS-WSM=4×10-8 J

由EpM=qφM,得φM=V=-2 V

WMN=EpM-EpN,得EpN=EpM-WMN=-10×10-8 J

由EpN=qφN得φN=V=5 V。

答案4×10-8　-2　5

4. 解析(1)由题图可知:

E1=3×104 N/C,E2=2×104 N/C,a1=2 m/s2。

E1q-μmg=ma1 ①

E2q-μmg=0 ②

由①②代入数据得:m=0.5 kg,μ=0.4。

(2)ΔEp=-E1ql1-E2ql2

=-(3×104×1×10-4××2×1+2×104×1×10-4×2×1)J=-7 J。电势能减少7 J。

答案(1)0.5 kg　0.4　(2)电势能减少7 J