第1章　静电场的描述 分层作业4　电势能与电势--2025粤教版高中物理必修第三册同步练习题

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2025粤教版高中物理必修第三册
分层作业4　电势能与电势
A组必备知识基础练
题组一　电场力做功与电势能
1.(2024广东广州高二期末)反天刀鱼生活在尼罗河流域,其身体分布着带电器官,这些器官能在鱼周围产生电场,电场线分布如图所示,A、B均为电场中的点.下列说法正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.A点的电势小于B点的电势
B.A点的电场强度小于B点的电场强度
C.正电荷从A点移动到B点,电场力做正功
D.负电荷在A点的电势能小于在B点的电势能
2.(多选)如图所示,A、B为电场中同一条电场线上的两点,下列说法正确的是(　　)
A.A、B两点电场强度大小关系为EA>EB
B.A、B两点电势高低关系为φA>φB
C.正电荷由A点向B点移动,电势能一定减小
D.正电荷由A点向B点移动,电势能一定增大
题组二　电势及其高低的判断
3.点电荷M和金属平板N周围的电场线分布如图所示,a、b为同一条电场线上的两点,下列说法正确的是(　　)
A.M带正电,N的上表面带正电
B.M带负电,N的上表面带负电
C.a、b两点的电场强度相等
D.a点的电势比b点的电势高
4.图中的正点电荷固定,一个带负电的点电荷p从M点运动到N点,下列说法正确的是(　　)
A.M点的电势比N点的高,p的电势能增大
B.M点的电势比N点的高,p的电势能减小
C.M点的电势比N点的低,p的电势能增大
D.M点的电势比N点的低,p的电势能减小
5.关于电势的高低,下列说法正确的是(　　)
A.沿着电场线的方向电势逐渐升高
B.电势降低的方向一定是电场线的方向
C.正电荷只在电场力的作用下,一定向电势低的地方移动
D.负电荷只在电场力的作用下,由静止释放,一定向电势高的地方移动
题组三　等势面的特点及应用
6.如图所示,实线为一正点电荷的电场线,虚线为其等势面.A、B是同一等势面上的两点,C为另一等势面上的一点,下列判断正确的是(　　)
A.A点电场强度与B点电场强度相同
B.C点电势高于B点电势
C.将电子从A点沿等势面移到B点,电场力不做功
D.将质子从A点移到C点,其电势能增加
7.下列选项描述电场线与等势面之间的关系,实线表示电场线,虚线表示等势面,其中正确的是(　　)
8.(2024广东清远高二期末)研究心脏电性质时发现,当兴奋在心肌中传播时,在人体的体表可以测出与之对应的电势变化.人体表面的瞬时电势分布图如图所示,该电势分布可等效为两等量点电荷周围的电势分布,图中实线为等差等势面,标注的数值分别表示不同等势面的电势,a、b、c、d为等势面上的点,a、b为两等效点电荷连线上对称的两点,c、d为两等效点电荷连线的中垂线上对称的两点,则(　　)
A.c点的电势大于a点的电势
B.a、b两点的电场强度相同
C.将带负电的试探电荷从b点移到d点,电场力做负功
D.正电荷在c点的电势能小于在b点的电势能
B组关键能力提升练
9.静电透镜可用来聚焦电子束,其电场线分布如图所示,M、N和O为电场中的三个点.下列说法正确的是(　　)
A.M、N两点的电场方向相同
B.O点的电场强度比M点的小
C.M点的电势比N点的电势高
D.电子从M点运动到N点,其电势能增加
10.(2024广东高二期末)如图所示,正方体ABCD-EFGH,现将一对等量异种点电荷分别放于E、G点,则下列说法正确的是(　　)
A.B、F两点电场强度大小相等
B.B、H两点电势相同
C.A、C两点电势相同
D.D、B两点电场强度方向不同
11.(多选)如图所示,虚线a、b、c是电场中的三个等势面,实线为一个带负电的质点仅在电场力作用下的运动轨迹,P、Q是轨迹上的两点.下列说法正确的是(　　)
A.质点在Q点时的电势能比在P点时小
B.质点在Q点时的加速度方向与等势面a垂直
C.三个等势面中等势面a的电势最低
D.质点在Q点时的加速度比在P点时大
12.(多选)(2023广东卷)电子墨水是一种无光源显示技术,它利用电场调控带电颜料微粒的分布,使之在自然光的照射下呈现出不同颜色.透明面板下有一层胶囊,其中每个胶囊都是一个像素.如图所示,胶囊中有带正电的白色微粒和带负电的黑色微粒.当胶囊下方的电极极性由负变正时,微粒在胶囊内迁移(每个微粒电荷量保持不变),像素由黑色变成白色,下列说法正确的有(　　)
A.像素呈黑色时,黑色微粒所在区域的电势高于白色微粒所在区域的电势
B.像素呈白色时,黑色微粒所在区域的电势低于白色微粒所在区域的电势
C.像素由黑变白的过程中,电场力对白色微粒做正功
D.像素由白变黑的过程中,电场力对白色微粒做负功
13.利用静电纺丝技术制备纳米纤维材料是近年来材料领域的重要技术.如图所示,初始时无电场,喷嘴处的球形液滴保持静止;随着高压电场逐渐增强,液滴带上正电荷且由球形变为圆锥形(即“泰勒锥”);当电压增至某个临界值时(假设此后电压保持不变),液滴从尖端喷出,在非匀强电场的作用下向下方运动,M、N为直线路径上的两点.下列说法正确的是(　　)
A.M点的电势小于N点的电势
B.液滴从M点到N点的过程做匀加速直线运动
C.液滴从M点到N点的过程电场力做负功
D.液滴向下做螺旋运动时电势能减小
14.如图所示,质量为m=0.2 kg的小球静置于绝缘水平桌面上,小球带有q=2×10-6 C的正电荷.t=0时,空间突然加上一范围足够大的匀强电场,电场强度大小为E=1×106 N/C,方向与水平方向夹角为θ=37°.已知小球与桌面间的动摩擦因数为μ=0.5.(重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)求:
(1)小球的加速度大小;
(2)0~2 s内,小球电势能的变化量ΔEp.
C组核心素养拔高练
15.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、带正电的小球.细杆可绕轴O点在竖直平面内自由转动,g取10 m/s2.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,问:
(1)电场力对小球做功W电为多少 小球电势能如何变化
(2)小球在最低点的动能EkB为多少
分层作业4　电势能与电势
1.A　解析 根据沿电场线方向电势降低可知,A点的电势小于B点的电势,故A正确;电场线的疏密程度表示电场强度大小,A处的电场线比B处的密,则A点电场强度大于B点电场强度,故B错误;正电荷在电势高的地方电势能大,则正电荷从A点向B点运动,电势能变大,电场力做负功,故C错误;负电荷在电势低的地方电势能大,则负电荷在A点的电势能大于在B点的电势能,故D错误.
2.BC　解析 题图中仅画出电场中的一条电场线,不能确定两点附近电场线的疏密,无法确定两点电场强度大小的关系,故A错误;顺着电场线的方向电势降低,则φA>φB,故B正确;正电荷沿着电场线的方向移动,电场力做正功,电势能减小,负电荷沿着电场线的方向移动,电场力做负功,电势能增大,故C正确,D错误.
3.D　解析 电场线起始于正电荷终止于负电荷,所以点电荷M带正电,N的上表面带负电,故A、B错误;电场线越密,电场强度越大,则a点电场强度大于b点电场强度,故C错误;沿电场线方向电势降低,则a点电势高于b点电势,故D正确.
4.D　解析 正点电荷的电场线方向指向无穷远,沿电场线方向电势降低,N点距正点电荷近,故M点电势低于N点电势,p从M点到N点的过程电场力做正功,电势能减小.故选D.
5.D　解析 沿着电场线的方向电势逐渐降低,故A错误;电势降低的方向不一定是电场线的方向,故B错误;若正电荷具有初速度,即使只受电场力作用,也可由低电势点向高电势点移动,故C错误;负电荷只在电场力的作用下,由静止释放,一定向电势高的地方移动,故D正确.
6.C　解析 由图可知A、B两点电场强度大小相等、方向不同,A错误;A、B两点电势相等,均高于C点电势,B错误;A、B在同一等势面上,将电子从A点沿等势面移到B点,电势能不变,电场力不做功,C正确;由于φA>φC,质子带正电,将质子由A点移到C点,质子的电势能减少,D错误.
7.C　解析 等势面和电场线处处垂直,A、B、D三选项两者均不垂直,而C选项等势面和电场线处处垂直.故选C.
8.B　解析 c点的电势等于零,a点的电势大于零,则c点的电势小于a点的电势,故A错误;该电势分布图可等效为等量异种点电荷产生的,a、b等效为两点电荷连线上对称的两点,根据等量异种点电荷的电场特点,可以判断这两个对称点的电场强度大小相等、方向相同,故B正确;根据Wbd=qUbd,因为q<0,Ubd<0,可得Wbd>0,所以电场力做正功,故C错误;正电荷在电势高的地方电势能大,所以正电荷在电势高的c点的电势能大于在电势低的b点的电势能,故D错误.
9.B　解析 电场方向沿电场线的切线方向,由图可知M、N两点的电场方向不同,故A错误;电场线越密的地方,电场强度越大,则O点的电场强度比M点的小,故B正确;沿电场线方向电势逐渐降低,M点的电势比N点的电势低,故C错误;负电荷在电势高的地方电势能小,电子从M点运动到N点,电势能减小,故D错误.
10.B　解析 将一对等量异种点电荷分别放于E、G点,则B、D、H、F四个点在同一等势面上,即四个点的电势相等,故B正确;B、F两点在等量异种点电荷的中垂面上,但B点离场源更远,则其电场强度更小,故A错误;A、C两点分别离两个异种点电荷较近,由对称性可知该两点的电势数值互为相反数,故C错误;D、B两点在等量异种电荷的中垂面上,根据对称性可知该两点的合电场强度大小相等,方向相同,则电场强度相同,故D错误.
11.AB　解析 质点带负电,曲线运动所受合外力指向轨迹的凹侧,结合电场线与等势面处处垂直,大致画出电场线如图所示,沿电场线方向电势降低,所以φQ>φP,根据电势能Ep=qφ可知EpQ12.AC　解析 像素呈黑色时,胶囊下方的电极带负电,像素胶囊里电场线方向向下,所以黑色微粒所在区域的电势高于白色微粒所在区域的电势,故A正确;像素呈白色时,胶囊下方的电极带正电,像素胶囊里电场线方向向上,所以黑色微粒所在区域的电势高于白色微粒所在区域的电势,故B错误;像素由黑变白的过程中,白色微粒受到的电场力向上,位移向上,电场力对白色微粒做正功,故C正确;像素由白变黑的过程中,黑色微粒受到的电场力向上,位移向上,电场力对黑色微粒做正功,故D错误.
13.D　解析 喷嘴为正极,接收端为负极,液滴带正电,则电场方向向下,M点的电势大于N点的电势,A错误;液滴在非匀强电场中运动,电场力是变力,则加速度是变化的,所以液滴从M点到N点的过程做变加速直线运动,B错误;液滴带正电,从M点到N点的过程中电场力方向竖直向下,与位移方向相同,则电场力做正功,C错误;液滴向下做螺旋运动时电场力做正功,电势能减小,D正确.
14.解析 (1)对小球进行受力分析如图所示,小球受到的电场力为F=Eq=2 N
在竖直方向上,Fsin θf=μFN
FN=mg-Fsin θ
解得a=
代入数据解得a=6 m/s2.
(2)0~2 s内小球的位移s=at2=12 m
电场力做功WF=Fscos θ=19.2 J
电场力做功等于电势能的减少量,则ΔEp=-WF=-19.2 J.
答案 (1)6 m/s2　(2)-19.2 J
15.解析 (1)电场力做功仅与初、末位置有关,有
W电=qE·L=5×10-6×1×104×1 J=5×10-2 J
电场力做正功,小球电势能减小.
(2)由动能定理得mgL+W电=EkB-0
得EkB=0.2×10×1 J+5×10-2 J=2.05 J.
答案 (1)5×10-2 J　小球电势能减小　(2)2.05 J
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