高中物理鲁科版选修3-1课时作业 第2章 第2节 电势与等势面 Word版含解析

第2章 电势能与电势差
第2节 电势与等势面

一、选择题
1．(多选)关于电势与电势能的说法正确的是(　　)
A．电荷在电场中电势越高的地方电势能也越大
B．电荷在电场中电势越高的地方，电荷量越大所具有的电势能也越大
C．在正点电荷电场中的任意一点处，正电荷具有的电势能一定大于负电荷
具有的电势能
D．在负点电荷电场中的任意一点，正电荷所具有的电势能一定小于负电荷具有的电势能
解析：由Ep＝qφ，如果q为正电荷，φ越高Ep越大；q为负电荷则相反；一般取无穷远处电势为零，正点电荷产生的电场电势为正值；正电荷具有电势能大，负电荷具有电势能小；负点电荷产生的电场电势为负值，正电荷具有电势能小，负电荷具有电势能大，故C、D正确．
答案：CD
2．如图所示，实线表示某电场的电场线(方向未标出)，虚线是一带负电的粒子只在电场力作用下的运动轨迹，设M点和N点的电势分别为φM、φN，粒子在M和N时加速度大小分别为aM、aN，速度大小分别为vM、vN，电势能分别为EpM、EpN.下列判断正确的是(　　)
A．vMC．φM<φN，EpM解析：由粒子的轨迹知电场力的方向偏向右，因粒子带负电，故电场线方向偏向左，由沿电场线方向电势降低，可知φN<φM，EpMvN.综上所述，选项D正确．
答案：D
3．关于避雷针的下列说法正确的是(　　)
A．避雷针避雷是中和云层中的异种电荷
B．避雷针避雷是将云层中积聚的电荷导入大地
C．为了美观通常把避雷针顶端设计成球形
D．避雷针安装在高大建筑物的顶端，而不必接地
解析：带电云层靠近建筑物时，会在建筑物上感应出异种电荷，在云层与建筑物之间形成电场，当电荷积累到一定程度时，会发生强烈放电现象，可能发生雷击，如果建筑物安装了避雷针，云层中积聚的电荷会通过避雷针导入大地，逐渐中和云层的电荷，保护建筑物，使其免遭雷击，B正确．
答案：B
4．(多选)如图所示，在点电荷Q产生的电场中，实线MN是一条方向未标出的电场线，虚线AB是一个电子只在静电力作用下的运动轨迹．设电子在A、B两点的加速度大小分别为aA、aB，电势能分别为EpA、EpB.下列说法正确的是
(　　)
A．电子一定从A向B运动
B．若aA>aB，则Q靠近M端且为正电荷
C．无论Q为正电荷还是负电荷一定有EpAD．B点电势可能高于A点电势
解析：电子的运动轨迹为曲线，由曲线运动的产生条件可知电子在MN电场线上受力方向为水平向左，因此电场线方向为水平向右(M→N)，若aA>aB，则A靠近场源电荷Q，即Q靠近M端且为正电荷，选项B正确；若电子由A→B，则水平向左的电场力与轨迹切线方向的速度夹角大于90°，电场力做负功，电势能增加，即EpAφB，选项D错误．
答案：BC
5．如图所示，图中虚线表示某一电场的等势面，cd为过O点的等势面的切线．现用外力将负点电荷q从a点沿着直线aOb匀速移到b，当电荷通过O点时，关于外力的方向，下列说法正确的是 (　　)
A．Od方向　　　 B．Oc方向
C．Oa方向 D．以上说法都不对
解析：根据场强方向的定义，负电荷在电场中某点所受静电力的方向，应与该点的场强方向相反．由等势面的性质知，该电场在O点的场强方向应与过O点的切线cd垂直且指向电势降低的方向，即垂直于cd向右，则负电荷在O点受静电力方向应垂直于cd向左，由于q匀速运动，所以负电荷q受外力方向应垂直于cd向右，故A、B、C三种说法均不对．
答案：D
6．(多选)某电场的等势面分布如图所示，相邻两等势面的电势之差相等，下列说法正确的是(　　)
A．c点电场强度大于b点电场强度
B．a点电势高于b点电势
C．若将一试探电荷＋q由a点释放，它将沿电场线运动到b点
D．若在d点再固定一点电荷－Q，将一试探电荷＋q由a移至b的过程中，
电势能减小
解析：电场线跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面，则a点电势高于b点电势，等差等势面越密的地方场强大，故b点场强大于c点场强，所以A错；B对．由于过ab的电场线不是直线，所以将＋q由a点释放，它不能沿电场线由a点运动到b点．若在d点再固定一点电荷－Q，叠加后a点电势仍高于b点，将试探电荷＋q由a移至b的过程中，因电势降低，所以电势能减小，D正确．
答案：BD
7. 如图所示，在光滑绝缘水平面上P点正上方的O点固定了一电荷量为＋Q的点电荷，在水平面上的N点，由静止释放一质量为m、电荷量为－q的检验电荷，该检验电荷经过P点时速度为v，图中θ＝60°，规定电场中P点的电势为零，则在＋Q形成的电场中，下列判断正确的是(　　)
A．P点电场强度大小是N点的2倍
B．N点电势高于P点电势
C．N点电势为－
D．检验电荷在N点具有的电势能为－mv2
解析：在＋Q形成的电场中，根据沿电场线方向电势逐渐降低可知，N点电势低于P点电势，故B错误；P点电场强度大小是EP＝，N点电场强度大小是EN＝，则＝＝，故A错误；检验电荷由N到P的过程中，根据动能定理得：－q(φN－φP)＝mv2，由题意知，P点的电势为零，即φP＝0，解得N点的电势φN＝－，故C正确；检验电荷在N点具有的电势能为EpN＝－qφN＝mv2，故D错误．
答案：C
8．(多选)位于A、B处的两个带有不等量负电的点电荷在平面内电势分布如图所示，图中实线表示等势线，则(　　)
A．a点和b点的电场强度相同
B．正电荷从c点移到d点，电场力做正功
C．负电荷从a点移到c点，电场力做正功
D．正电荷从e点沿图中虚线移到f点，电势能先减小后增大
解析：a点的等势面比b点的稀疏，故a点的场强比b点的小，A错．c点电势低于d点，正电荷从c点移到d点，即正电荷向高电势处移动，电场力做负功，B错．a点电势低于c点，从a到c，把负电荷移向高电势，电场力做正功，C对．从e到f，电势先变低后变高，故沿此方向移动正电荷，电场力先做正功，后做负功，电势能先减小后增大，D对．
答案：CD
二、非选择题
9．如图，a、b、c、d为某电场中的等势面，一带正电粒子飞入电场后，只在电场力作用下沿M点到N点的虚线运动．由图可知，四个等势面电势φa、φb、φc、φd由高到低的排列顺序是________，带电粒子在M、N两点中，电势能较大的是________点．
解析：带正电粒子飞入电场，只在电场力作用下沿M向N运动，由曲线运动特点，粒子运动轨迹应在速度与力之间并偏向力的方向，可判断粒子在电场中受力应是从a指向b的，因为粒子带正电，所以受力方向与电场方向相同，因此电场线方向由a指向d.又因为沿电场线方向电势降低，所以φa＞φb＞φc>φd，因为从M向N运动过程中，电场力做负功，所以电势能增大，电荷在N点的电势能高于M点．
答案：φa＞φb＞φc>φd　N
10．如果把q＝1.0×10－8C的电荷从无穷远移到电场中的A点，需要克服静电力做功W＝1.2×10－4J，那么：
(1)q在A点的电势能和A点的电势各是多少？
(2)q移入电场前A点的电势是多少？
解析：(1)静电力做负功，电势能增加，无穷远处的电势为零．电荷在无穷远处的电势能也为零，电势能的变化量等于静电力做的功，W＝EpA－Ep∞.
所以EpA＝W＝1.2×10－4J，φA＝＝V＝1.2×104 V.
(2)A点的电势是由电场本身决定的，跟A点是否有电荷存在无关．所以q移入电场前，A点的电势仍为1.2×104 V.
答案：(1)1.2×10－4J　1.2×104 V　(2)1.2×104 V