假期作业(四) 电势能和电势
1.(多选)下列关于电势高低的判断,正确的是( )
A.负电荷从A移到B时,外力做正功,A点的电势一定较高
B.负电荷从A移到B时,电势能增加,A点的电势一定较低
C.正电荷从A移到B时,电势能增加,A点的电势一定较低
D.正电荷只在电场力作用下从静止开始,由A移到B,A点的电势一定较高
【解析】 根据电场力做功和电势能变化的关系,不管是正电荷做功还是负电荷做功,只要做正功电势能就减少;只要做负功电势能就增加.
正、负电荷在电势高低不同的位置具有的电势能不同,正电荷在电势高处具有的电势能多;负电荷在电势低处具有的电势能多.所以C、D正确.
【答案】 CD
2.(多选)如图1-4-11所示为点电荷a、b所形成的电场线分布,以下说法正确的是( )
图1-4-11
A.a、b为异种电荷 B.a、b为同种电荷
C.A点场强大于B点场强 D.A点电势高于B点电势
【解析】 本题考查点电荷的电场线特点.电场线从正电荷或无穷远出发,终止于负电荷或者无穷远,所以a应为正电荷b为负电荷,故A选项正确.电场线越密集,场强越大,故C选项错误.沿电场线方向电势逐渐降低,故D选项正确.
【答案】 AD
3.(多选)一带电粒子沿着图1-4-12中曲线JK穿过一匀强电场,a、b、c、d为该电场的电势面,其中φa<φb<φc<φd,若不计粒子受的重力,可以确定( )
图1-4-12
A.该粒子带正电
B.该粒子带负电
C.从J到K粒子的电势能增加
D.粒子从J到K运动过程中的动能与电势能之和不变
【解析】 此题已知电场中的一簇等势面,并且知道各等势面电势的高低,可知电场线与等势面垂直,且指向左.由粒子运动的轨迹知,粒子所受电场力的方向与电场线方向相反,所以粒子带负电,A错,B正确;粒子从J到K运动过程中,电场力做正功,所以电势能减小,C错;只有电场力做功,动能与电势能之和保持不变,D对.
【答案】 BD
4.(多选)如图1-4-13所示,固定在Q点的正点电荷的电场中有M、N两点,已知MQ<NQ.下列叙述正确的是( )
图1-4-13
A.若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点,则静电力对该电荷做功,电势能减少
B.若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点,则该电荷克服静电力做功,电势能增加
C.若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点,则静电力对该电荷做功,电势能减少
D.若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点,再从N点沿不同路径移回到M点,则该电荷克服静电力做的功等于静电力对该电荷所做的功,电势能不变
【解析】 由点电荷产生的电场的特点可知,M点的电势高,N点的电势低,所以正电荷从M点到N点,静电力做正功,电势能减小,故A对,B错;负电荷由M点到N点,克服静电力做功,电势能增加,故C错;静电力做功与路径无关,负点电荷又回到M点,则整个过程中静电力不做功,电势能不变,故D对.
【答案】 AD
5.关于等势面的说法,正确的是( )
A.电荷在等势面上移动时,由于不受电场力作用,所以说电场力不做功
B.在同一个等势面上各点的场强大小相等
C.两个不等电势的等势面可能相交
D.若相邻两等势面的电势差相等,则等势面的疏密程度能反映场强的大小
【解析】 等势面由电势相等的点组成,等势面附近的电场线跟等势面垂直,因此电荷在等势面上移动时,电场力不做功,但并不是不受电场力的作用,A错.等势面上各点场强大小不一定相等,等势面不可能相交,B、C错.等差等势面的疏密反映场强的大小,D对.
【答案】 D
6.(·福州高二检测)如图1-4-14所示,在点电荷Q形成的电场中,已知a、b,两点在同一等势面上,c、d两点在另一等势面上.甲、乙两个带电粒子的运动轨迹分别为accb和adb曲线,已知乙粒子带正电.那么下列判断正确的是( )
图1-4-14
A.甲粒子在b点的电势能比在c点小
B.乙粒子在d点速度最大
C.a、b两点电场强度相同
D.d点电势比b点电势高
【解析】 根据乙粒子的运动轨迹及乙粒子带正电的条件,可知点电荷Q带正电,而甲粒子带负电,甲粒子从b向c运动过程中,电场力做正功,甲粒子的电势能减小,因此,Epb>Epc,选项A错误;对于乙粒子,若从b向d运动,电场力对粒子做负功,粒子的电势能增加,则EpbEkd,则vb>vd,选项B错误;根据正点电荷电场的特点可知,a、b两点电场强度的大小相等,但方向不同,选项C错误.
【答案】 D
7.在静电场中,将一正电荷从a点移到b点,电场力做了负功,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小
【解析】 电场力做负功,该电荷电势能增加.正电荷在电势高处电势能较大,C正确.电场力做负功同时电荷可能还受其他力作用,总功不一定为负.由动能定理可知,动能不一定减小,D错.电势高低与场强大小无必然联系,A错.b点电势高于a点,但a、b可能不在同一条电场线上,B错.
【答案】 C
8.如图1-4-15所示,带等量异号电荷的两平行金属板在真空中水平放置,M、N为板间同一电场线上的两点,一带电粒子(不计重力)以速度vM经过M点在电场线上向下运动,且未与下板接触,一段时间后,粒子以速度vN折回N点,则( )
图1-4-15
A.粒子受电场力的方向一定由M指向N
B.粒子在M点的速度一定比在N点的大
C.粒子在M点的电势能一定比在N点的大
D.电场中M点的电势一定高于N点的电势
【解析】 由题意可知M、N在同一电场线上,带电粒子从M点运动到N点的过程中,电场力做负功,动能减小,电势能增加,故选项A、C错误,B正确;由于题中未说明带电粒子及两极板的电性,故无法判断M、N两点的电势高低,选项D错误.
【答案】 B
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9.如图1-4-16所示,P、Q是等量的正点电荷,O是它们连线的中点,A、B是中垂线上的两点,OA图1-4-16
A.EA一定大于EB,φA一定大于φB
B.EA不一定大于EB,φA一定大于φB
C.EA一定大于EB,φA不一定大于φB
D.EA不一定大于EB,φA不一定大于φB
【解析】 P、Q所在空间中各点的电场强度和电势由这两个点电荷共同决定,电场强度是矢量,P、Q两点电荷在O点的合场强为零,在无限远处的合场强也为零,从O点沿PQ垂直平分线向远处移动,场强先增大,后减小,所以EA不一定大于EB.电势是标量,由等量同号电荷的电场线分布图可知,从O点向远处,电势是一直降低的,故φA一定大于φB.
【答案】 B
10.(多选)如图1-4-17所示,光滑绝缘细杆AB,水平放置于被固定的带负电荷的小球的正上方,小球的电荷量为Q,可视为点电荷.a、b是水平细杆上的两点,且在以带负电小球为圆心的同一竖直圆周上.一个质量为m、电荷量为q的带正电的小圆环(可视为质点)套在细杆上,由a点静止释放,在小圆环由a点运动到b点的过程中,下列说法中正确的是( )
图1-4-17
A.小圆环所受库仑力的大小先增大后减小
B.小圆环的加速度先增大后减小
C.小圆环的动能先增加后减少
D.小圆环与负电荷组成的系统电势能先增加后减少
【解析】 库仑力的大小先增大后减小,选项A正确;由于小圆环运动到小球正上方时,加速度为零,选项B错;由动能定理,电场力先做正功后做负功,因而动能先增加后减少,电势能先减少后增加,选项C正确;D错误.
【答案】 AC
11.一匀强电场,场强方向是水平的(如图1-4-18所示).一个质量为m的带正电的小球,从O点出发,初速度的大小为v0,在静电力与重力的作用下,恰能沿与场强的反方向成θ角的直线运动.求小球运动到最高点时其电势能与在O点的电势能之差.
图1-4-18
【解析】 设小球的电荷量为q,因小球做直线运动,则它受到的静电力Eq和重力mg的合力必沿初速度方向,如右图所示.
有mg=Eqtan θ
由此可知,小球做匀减速直线运动的加速度大小为a===
设从O点到最高点的路程为s,有v=2as
运动的水平距离为l=scos θ
由上面公式可得静电力做功W=-Eql=-mvcos2 θ
电势能之差ΔEp=-W=mvcos2 θ
【答案】 mvcos2 θ
12.如图1-4-19所示,在场强E=104 N/C的水平匀强电场中,有一根长l=15 cm的细线,一端固定在O点,另一端系一个质量m=3 g、电荷量q=2×10-6 C的带正电小球,当细线处于水平位置时,小球从静止开始释放,g取10 m/s2.求:
图1-4-19
(1)小球到达最低点B的过程中重力势能、电势能分别变化了多少?
(2)若取A点电势为零,小球在B点的电势能、电势分别为多大?
(3)小球到B点时速度为多大?绳子张力为多大?
【解析】 (1)ΔEp=-mgl=-4.5×10-3 J
ΔEp电=Eql=3×10-3 J
(2)Ep=3×10-3 J
Ep=φBq,φB= V=1.5×103 V
(3)A→B由动能定理得:mgl-Eql=mv
所以vB=1 m/s,在B点对小球
FT-mg=,FT=5×10-2 N
【答案】 (1)重力势能减少4.5×10-3 J 电势能增加3×10-3 J
(2)3×10-3 J 1.5×103 V
(3)1 m/s 5×10-2 N