2021-2022学年粤教版(2019)必修第三册
1.5电势差及其电场强度的关系
同步练习(解析版)
1.如图所示,在纸面内有一直角三角形ABC,P1是AB的中点,P2是AP1的中点,BC
=2cm,∠A=30°。
若在三角形ABC平面内有一匀强电场,
电子(带负电,电荷量为e)在A点、C点、P2点的电势能分别为-5eV
、19eV、3eV,则下列说法正确的是( )
A.A点的电势为-5V
B.B点的电势为-19V
C.该电场的电场强度方向平行AC
D.该电场的电场强度大小为800V/m
2.产生闪电的积雨云底层带负电,为避免闪电造成损害,高大的建筑物都装有避雷针。图中虚线为避雷针周围的等势线,、两点的场强大小分别为、,电势分别为、,下列正确的是( )
A.
B.
C.避雷针的顶端带负电
D.一带负电的雨滴从下落至的过程中,电势能减少
3.如图所示,水平面内有A、B、C、D、E、F六个点,它们均匀分布在半径为R=4cm的同一圆周上,空间有一方向与圆平面平行的匀强电场。已知A、C、E三点的电势分别为φA=(2-)V,φC=2V,φE=(2+)V,下列判断不正确的是( )
A.圆心O的电势2V
B.CF连线为等势线
C.该圆周上电势最高为4V
D.电场强度的大小为100V/m
4.如图所示,在直角三角形所在平面内存在一个与该平面平行的匀强电场,,,。将电荷量的粒子从A点移到B点,静电力做功;将该粒子从B点移到C点,其电势能减少。规定A点的电势为零,则下列说法正确的是( )
A.C点的电势为3V
B.B点的电场方向由A指向B
C.匀强电场的电场强度为300V/m
D.将该粒子从B点移到中点,静电力做功为
5.如图所示,球的内接正六面体在球心处固定放置一带电量为的点电荷,下列描述正确的是( )
A.、两点的电场强度相同
B.线段上的所有点中,中点的电势最高
C.将一正检验电荷从沿球面移动到点,检验电荷的电势能先减小再增大
D.将一正检验电荷从沿直线移动到点,检验电荷的电势能先减小再增大
6.如图为某电场中的三条电场线,A、B、C是其中一条电场线上的三个点。已知AB=BC=10cm,A、C两点的电势分别为A=30V,C=10V,下列说法正确的是( )
A.B点的电势为20V
B.B点的电场强度方向由B指向A
C.将电子从A点移动到C点,电子克服电场力做功20eV
D.A点的电场强度大小为100N/C
7.关于电场的性质,下列说法正确的是( )
A.电场强度为零的地方,电势也为零
B.电场强度越大的地方电势一定越高
C.电场强度的方向就是电势降落最快的方向
D.根据公式可知,在匀强电场中、间的距离越大,电势差就越大
8.如图所示,一水平面内有一半径为R=2cm的圆O,A、B、C为圆上的三等分点,空间有一方向与圆平面平行的匀强电场。已知
、、,下列判断正确的是( )
A.电场强度的方向由A指向B
B.电场强度的大小为200V/m
C.该圆周上的点电势为最高为
D.在A点由静止释放一电子,它将沿直线运动到C点
9.某电场的等势面如图所示,图中a、b、c、d为电场中的四个点,则( )
A.a点电势等于d点电势
B.a、b、c、d四个点中,b点的电场强度大小最小
C.一正电荷从b点运动到c点,电势能减小
D.一电子从a点运动到d点,电场力做功为
10.电鳗能产生足以将人击昏的电流,放电输出的电压可达300V~800V,若电鳗的头尾相当于两个电极,它在水中所产生电场(视为匀强电场)的电场强度大小为400V/m,则身长为1m的电鳗在放电时产生的瞬间电压可达( )
A.700V
B.600V
C.500V
D.400V
11.真空中M、N两个等大的均匀带电圆环,其圆心分别为A、C,带电量分别为+Q、-Q,将它们平行放置,A、C连线垂直于圆环平面B为AC的中点,现有质量为m、带电量为+q的微粒(重力不计)从左方沿A、C连线方向射入,到A点时速度vA=1m/s,到B点时速度vB=m/s。取无穷远处电势为零,下列说法正确的是( )
A.微粒从B至C做加速运动,且vC=3m/s
B.微粒越过C点后先做加速运动,后做减速运动
C.微粒在整个运动过程中的最终速度为m/s
D.微粒将以B为中心做往返运动
12.如图所示,真空中固定两个等量同种正点电荷A、B,其连线中点为O。在A、B所形成的电场中,以O点为圆心、半径为R的圆面垂直AB,以O为几何中心、边长为2R的正方形平面垂直圆面且与AB共面,两平面边线交点分别为、,为圆面边缘上一点。下列说法中正确的是( )
A.、、三点电场强度均相同
B.、、三点电势均相同
C.将一正试探电荷沿线段从移动到过程中试探电荷受到的电场力可能先减小后增大
D.将一负试探电荷沿边从移动到过程中试探电荷的电势能先减小后增大
13.如图所示,空间中有平行于纸面的匀强电场,处于该电场中直角三角形直角边,。一电荷量为的正点电荷,从B点移动到A点电场力做功,该电荷从B点移动到C点电场力做负功为,则( )
A.
B.该匀强电场的场强
C.该匀强电场的场强
D.整个三角形内,顶点C的电势最高
14.如图所示,曲线表示某电场的等势面,图中a、b、c、d、e为电场中的5个点,则分析正确的是(
)
A.一正电荷从b点运动到e点,电势能不变
B.一电子从a点运动到d点,电场力做功为
C.b点电场强度垂直于该点所在等势面,方向向左
D.a、b、c、d四个点中,b点的电场强度大小最小
15.如图所示,下列关于电势差的说法中正确的是( )
A.在图中,若AB=BC,则UAB>UBC
B.在图中,若AB=BC,则UAB=UBC
C.在图中,若AB=BC,则UABD.在匀强电场中,与电场垂直的方向上任意两点间的电势差为零
16.如图匀强电场方向与直角所在的平面平行,,,将电量大小为的负点电荷从移到点,静电力做功,从移到点,克服静电力做功,求:
(1)间的电势差和间的电势差。
(2)匀强电场的大小及方向。
17.带有等量异号电荷、相距10cm的平行板A和B之间有一匀强电场,如图所示,电场强度E=2×104V/m方向向下电场中C点距B板3cm,D点距A板2cm,P点距B板2cm,电子电量e=-1.6×10-19C,求∶
(1)C、D两点的电势差UCD等于多少?
(2)如果令A板接地(即电势A=0),则P点的电势P是多少?
(3)一个电子从C点先移到P点,再移动到D点,静电力共做多少功?
18.在场强为1×108N/C的匀强电场中,将带电荷量为2×10-8N的正点电荷依次分别放在A点和B点,A点的电势为4V,B点的电势为1V。求:
(1)正点电荷在电场中受到的电场力;
(2)A、B两点的电势差UAB;
(3)电荷由A点移到B点电场力做的功。
19.如图所示,空间存在水平方向的匀强电场,质量为m电荷量为q的带正电小球B(可为质点)用轻质绝缘细线悬挂于O点,细线的长度为L。小球静止时轻绳与竖直方向的夹角为θ
=
37°,重力加速度为g,sin37°
=
0.6,cos37°
=
0.8。
(1)请判断电场强度的方向,并求电场强度E的大小;
(2)求OA两点间的电势差;
20.如图所示,、、、为一匀强电场中的四个点。将的正电荷从点移到点,静电力做功;将该电荷从点移到点,电势能增加了。设点电势为0,求:
(1)、两点间的电势差,、两点间的电势差;
(2)C点的电势。
参考答案
1.D
【详解】
A.根据电势公式,A点的电势为
故A错误;
B.P2点的电势为
因为P1是AB的中点,P2是AP1的中点,所以B点的电势为
故B错误;
C.C点的电势为
设BP1边的中点为P,则P点的电势为
故P、C两点的连线是等势线,由几何关系知,故该电场的电场强度方向平行AB,故C错误;
D.由几何关系可得AB=4cm,故该电场的电场强度大小为
故D正确。
故选D。
2.D
【详解】
A.因积雨云带负电,故避雷针尖端感应出正电荷,电场线由正电荷出发终止与负电荷,电场线向上,沿电场线方向电势减小,则
A错误
B.等势线的疏密表示电场的强弱,则
B错误
C..根据同性相吸引,则积雨云带负电,故避雷针尖端感应出正电荷,C错误
D.连线上的电场线方向向上,则带负电雨滴受电场力向下,向下运动电场力做正功,D正确
故选D。
3.D
【详解】
AB.设AE中点为G,如图所示
则根据匀强电场的性质可解得该点的电势为
则
CF连线为等势线;圆心O的电势
故A、B正确,不符合题意;
CD.E、A两点间的电势差为为
E、A两点间的距离
根据电场强度公式可得
沿着电场线方向电势逐渐降低,因此H点电势最高,有
而
解得
故C正确,不符合题意、D错误,符合题意。
故选D。
4.C
【详解】
AB.题意可知
规定A点的电势为零,可得
则AB中点(设为D点)的电势为
即CD为等势面,则场强方向垂直于CD指向B点,选项AB错误;
C.匀强电场的电场强度为
选项C正确;
D.因AC中点的电势为-1.5V,则将该粒子从B点移到中点,静电力做功为
选项D错误。
故选C。
5.D
【详解】
A.由于、两点到场源电荷的距离一样大,根据场强公式
知场强的大小相等但方向不同,故A错误;
B.线段上的所有点中,中点距离负电荷最近,则电势最低,故B错误。
C.球面上的点到的距离相等,球面为等势面。所以,将一正检验电荷从A
沿球面移动到B点,电势能不变,故C错误。
D.距离负电荷越近电势越低,从A沿直线移动到B点,电势先减小再增加,再由电势能公式
则正检验电荷的电势能先减小再增大,故D正确。
故选D。
6.C
【详解】
A.从A到C,电场强度逐渐减小,根据可知
所以B点的电势大于20V。A错误;
B.沿着电场强度的方向电势逐渐降低,所以B点的电场强度方向由A指向B。B错误;
C.将电子从A点移动到C点,电子受力方向与运动方向相反,电场力做功为
C正确;
D.电场不是匀强电场,所以A点的电场强度无法求解。D错误。
故选C。
7.C
【详解】
A.电场强度为零的地方,电势不一定为零,例如在等量正电荷连线的中点处,选项A错误;
B.电场强度越大的地方电势不一定越高,例如在距离负点电荷越近的地方,选项B错误;
C.电场强度的方向就是电势降落最快的方向,选项C正确;
D.根据公式
可知,在匀强电场中、间的沿电场线方向的距离越大,电势差就越大,选项D错误。
故选C。
8.C
【详解】
A.由匀强电场的性质可知,B点与AC中点D的电势相等,而BD⊥AC,所以AC为电场强度的方向,A错误;
B.由几何关系知,,B错误;
C.过O作场强方向AC的平行线,与A点一侧的交点电势最高,由几何关系知,该点与C点沿场强方向的距离为,电势
,C正确;
D.电子带负电,在A点由静止释放后应该沿场强AC的反方向运动,D错误;
故选C。
9.D
【详解】
A.a点电势小于d点电势,故A错误;
B.电场线的疏密程度表示电场强度的大小,故b点的电场强度大小最大,故B错误;
C.b点和c点在同一等势面上,所以电势能不变,故C错误;
D.根据公式则有
故D正确。
故选D。
10.D
【详解】
根据
U=Ed
可得
U=400×1V=400V
则身长为1m的电鳗在放电时产生的瞬间电压可达400V。
故选D。
11.BC
【详解】
A.由于A、C两点的电量相同,AC之间的电场是对称的,A到B做的功和B到C做的功相同,根据动能定理可知
联立解得
故A错误;
B.根据电场线分布的特点可知微粒越过C点后开始阶段电场合力向右,粒子做加速运动,后面的阶段电场合力向左,粒子做减速运动,故B正确;
C.等量异种电荷的中垂线上的电势为零,无穷远处的电势为零,因此微粒在整个运动过程中的最终速度为B点的速度m/s,故C正确;
D.粒子运动到无穷远处时的速度为
m/s,粒子不会再回到B点,故D错误。
故选BC。
12.BCD
【详解】
A.由等量同种电荷的电场分布可知,圆面边缘上各点,电场强度大小相同,但方向不同,故A错误;
B.由等量同种电荷的电场分布的对称性可知以O点为圆心、半径为R的圆上各点为一等势面,电势都相等,故B正确;
C.由等量同种电荷的电场分布可知在线上,O点场强为零,、两点电场强度不为零,则将一正试探电荷沿线段移动过程中电荷受到的电场力可能先减小后增大,故C正确;
D.将一负试探电荷沿线段移动过程中静电力先做正功,再做负功,则电势能先减小,后增大,故D正确。
故选BCD。
13.ABD
【详解】
A.根据公式则有
故A正确;
BC.该电荷从B点移动到C点电场力做负功为,所以
则有
因为是匀强电场,如图所示
D点为AC中点,所以BD两点的电势相等,BD为等势线,AE垂直于BD,根据几何关系可知
所以电场强度为
故B正确,C错误;
D.因为
所以C点电势最高,故D正确。
故选ABD。
14.AC
【详解】
A.同一个等势面上电场力不做功,所以电势能不发生变化,故A正确;
B.一电子从a点运动到d点,电场力做功为
故B错误;
C.
电场线与等势面处处垂直,沿着电场线反向电势降低,所以b点电场强度垂直于该点所在等势面,方向向左,故C正确;
D.电场强度的大小看电场线疏密,根据电场线与等势面处处垂直,所以b点的电场强度大小最大,故D错误。
故选AC。
15.AD
【详解】
ABC.由电场线的疏密可知,A、B之间比B、C之间的平均电场强度大,由U=d可知,AB=BC时
UAB>UBC
故A正确,BC错误;
D.由公式可知,在匀强电场中,与电场垂直的方向上任意两点间沿电场强度方向的距离为0,则电势差为零,故D正确。
故选AD。
16.(1),;(2),方向
【详解】
(1)根据
解得
同理
解得
(2)因为
所以
为一条等势线,过点做垂线垂直于点,方向即为匀强电场的方向
代入数值得
17.(1);(2);(3)
【详解】
(1)沿场强方向电势降低,所以D点电势高,据电势差与电场强度的关系可知
(2)根据电势差与电场强度的关系
若,则
(3)电场力做功与路径无关,取决于始末两点间的电势差。则有
18.(1)2N;(2)3V;(3)
6×10-8J
【详解】
(1)正点电荷在电场中受到的电场力为
(2)A、B两点的电势差UAB
(3)电荷由A点移到B点电场力做的功
19.(1),方向水平向左;(2)
【详解】
(1)由小球受力平衡可得,电场方向水平向左,设绳子得拉力为T,由平衡条件得
联立解得
方向水平向左;
(2)根据电势沿着电场线的方向降低,可得
根据匀强电场中电势与电场强度的关系可得
20.(1)4V,-16V;(2)12V
【详解】
(1)因为将的正电荷从点移到点,静电力做功,根据电势差与功的关系可得
又因为将该电荷从点移到点,电势能增加了,由电势差与电势能的关系可得
(2)根据电势与电势差的关系可得
代入数据可得