高中物理教科版选修3-1能力提升训练 电势能和电势 Word版含解析

电势能和电势
1.(2019·定远县期末)电荷从静止开始只在电场力作用下的运动(最初阶段的运动)，则电荷(　　)
A．总是从电势高的地方移到电势低的地方 B．总是从电场强度大的地方移到电场强度小的地方
C．总是从电势能大的地方移到电势能小的地方 D．总是从电势能小的地方移到电势
【答案】C
【解析】正电荷从静止开始只在电场力作用下的运动是从电势高的地方移动到电势低的地方，负电荷相反，A选项错误；电荷在电场力作用下的运动方向与电场强度的大小无关，B选项错误；电荷只受电场力，电场力做正功，电势能减小，总是从电势能大的地方移到电势能小的地方，C选项正确，D选项错误．
2.两个带等量正电的点电荷，固定在图中P、Q两点，MN为PQ连线的中垂线，交PQ于O点，A为MN上的一点．一带负电的试探电荷q，从A点由静止释放，只在静电力作用下运动，取无限远处的电势为零，则(　　)
A．q由A向O的运动是匀加速直线运动 B．q由A向O运动的过程电势能逐渐减小
C．q运动到O点时的动能最大 D．q运动到O点时电势能为零
【答案】　BC
【解析】　q由A向O运动的过程中，电场力的方向始终由A指向O，但力的大小变化，所以电荷q做变加速直线运动，电场力做正功，q通过O点后在电场力的作用下做变减速运动，所以q到O点时速度最大，动能最大，电势能最小，因无限远处的电势为零，则O点的电势φ>0，所以q在O点的电势能不为零，故选项B、C正确，选项A、D错误．
3.(2019·石嘴山市大武口区期末)如图所示，实线为电场线，虚线为等势线，且相邻两等势线的电势差相等，一个正电荷在等势线φ3上时具有动能20 J，它运动到等势线φ1上时，速度恰好为零，令φ2＝0，那么当该电荷的电势能为4 J时，其动能为(　　)
A．16 J　 B．10 J C．6 J D．4 J
【答案】C
【解析】相邻等势线的电势差相等，则电荷经过相邻等势面时电场力做功相等，动能减小量相等，正电荷在等势面φ3上时具有动能20 J，在等势面φ1上时动能为零，动能的减小为20 J，则电荷经过φ2等势面时的动能为10 J，其中φ2＝0，所以电荷的动能与电势能的总和为10 J，根据能量守恒定律，电势能为4 J时它的动能为6 J，C选项正确．
4.(2018·北师大附中期中)如图，一带正电的点电荷固定于O点，两虚线圆均以O为圆心，两实线分别为带电粒子M和N先后在电场中运动的轨迹，a、b、c、d、e为轨迹和虚线圆的交点，不计重力．下列说法正确的是(　　)
A．M带负电荷，N带正电荷 B．M在b点的动能小于它在a点的动能
C．N在d点的电势能等于它在e点的电势能 D．N在从c点运动到d点的过程中动能减少
【答案】ABC
【解析】粒子做曲线运动，受力指向轨迹的内侧，故M受到吸引力，带负电荷，N受到排斥力，带正电荷，A选项正确；M从a到b点，库仑力做负功，根据动能定理可知，动能减小，则b点的动能小于在a点的动能，B选项正确；d点和e点在同一等势面上，电势相等，则N在d点的电势能等于在e点的电势能，C选项正确；N从c到d，库仑力做正功，动能增加，D选项错误．
5.如图所示，在y轴上关于O点对称的A、B两点有等量同种点电荷＋Q，在x轴上C点有点电荷－Q，且CO＝OD，∠ADO＝60°.下列判断正确的是(　　)
A．O点电场强度为零 B．D点电场强度不为零
C．若将点电荷＋q从O移向C，电势能增大 D．若将点电荷－q从O移向C，电势能增大
【答案】D
【解析】根据场强的叠加原理可知，O点的场强是A、B、C三处电荷产生的场强叠加的结果，A、B两处的电荷在O点的场强相互抵消，故O点电场强度为C处电荷产生，A选项错误；根据几何关系可知，△ACD为等边三角形，边长为r，根据点电荷产生的电场强度公式E＝k可知，两个等量同种点电荷＋Q在D点产生的电场强度大小为E＝k，方向水平向右．－Q在O点产生的电场强度大小也为E＝k，方向水平向左，D点的合场强为零，B选项错误；C、O间电场强度方向为从O到C，将点电荷＋q从O移向C，电场力做正功，电势能减小，C选项错误；将点电荷－q从O移向C，电场力做负功，电势能增大，D选项正确．
6.(2019·天津和平区期中)图中的实线表示电场线，虚线表示只受电场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点电势小于N点电势 B．M点场强大于N点场强
C．粒子动能逐渐增大 D．粒子电势能逐渐增大
【答案】C
【解析】沿电场线电势逐渐降低，故M点电势高于N点电势，A选项错误；电场线的疏密程度表示场强强弱，M点场强小于N点场强，B选项错误；曲线运动中，受力指向轨迹的内侧，粒子由M点运动到N点的过程中，电场力做正功，粒子动能增大，C选项正确；粒子只受电场力作用，动能和电势能之和保持不变，故粒子电势能减小，D选项错误．
7.(2019北京市朝阳区期末)一带电粒子沿图中曲线穿过一匀强电场中的等势面，且四个等势面的电势关系满足φa＞φb＞φc＞φd，若不计粒子所受重力，则(　　)
A．粒子一定带正电 B．粒子的运动是匀变速运动
C．粒子从A点到B点运动的过程中动能先减小后增大 D．粒子从A点到B点运动的过程中电势能增大
【答案】B
【解析】粒子做曲线运动，受力指向轨迹的内侧，其中电场线和等势线垂直，且从高电势处指向低电势处，故可知电场方向竖直向下，电场力竖直向上，该粒子带负电，A选项错误；粒子所受的电场力是恒力，粒子做匀变速运动，B选项正确；电场力对粒子做正功，动能逐渐增大，C选项错误；电场力对带电粒子做正功，电势能减小，D选项错误．
(多选)如图所示，三条平行等间距的虚线表示电场中的三个等势面，电势值分别为10 V、20 V、30 V，实线是一带电粒子(不计重力)在该区域内的运动轨迹，a、b、c是轨迹上的三个点，下列说法正确的是(　　)
A．粒子在三点所受的电场力不相等 B．粒子必先过a，再到b，然后到c
C．粒子在三点所具有的动能大小关系为Ekb【答案】CD
【解析】三个等势面平行等间距且电势的差值相等，故该电场为匀强电场，粒子在三点受到的电场力相等，A选项错误；沿电场线电势逐渐降低，故电场线竖直向上，根据曲线运动规律可知，电场力指向轨迹的内侧，则粒子带负电，轨迹可以是沿abc运动，也可以是沿cba运动，B选项错误；根据电势能的定义可知，Ep＝qφ，故粒子在b点的电势能最大，c点的电势能最小，只有电场力做功，粒子的电势能和动能之和恒定不变，故b点动能最小，c点动能最大，C、D选项正确．
如图所示的匀强电场中，有A、B、C三点，AB＝5 cm，BC＝12 cm，其中AB沿电场方向，BC和电场方向成60°角．一个电荷量为q＝4×10－8 C的正电荷从A移到B，电场力做功为W1＝1.2×10－7 J．求：
(1)匀强电场的电场强度E的大小．
(2)该电荷从B到C，电荷的电势能改变多少？
【答案】　(1)60 N/C　(2)减少1.44×10－7 J
【解析】　(1)由W1＝qE·AB得，该电场的电场强度大小为：
E＝＝ N/C＝60 N/C
(2)该电荷从B到C，电场力做功为：
W2＝F·BC·cos 60°＝qE·BC·cos 60°＝4×10－8×60×12×10－2×0.5 J＝1.44×10－7 J
所以，该过程电荷的电势能减少1.44×10－7 J.