高中物理人教新版集训练习 必修 第三册 第10章　电场的能的性质 Word版含解析

1.关于静电场,下列说法正确的是
(　　)
A.将负电荷由电势低的地方移到电势高的地方,电势能一定增加
B.无论是正电荷还是负电荷,从电场中某点移到无穷远处时,静电力做的正功越多,电荷在该点的电势能越大
C.在同一个等势面上的各点,场强的大小一定是相等的
D.电势降低的方向就是电场强度的方向
2.
如图K20-1所示,在一个负点电荷产生的电场中,某一条电场线上有M、N两点.设M、N两点的场强大小分别为EM和EN,电势分别为φM和φN,则
(　　)
图K20-1
A.EM>EN,φM>φN
B.EM>EN,φM<φN
C.EMD.EMφN
3.一带负电荷的质点在电场力作用下沿曲线abc从a运动到c,已知质点的速率是逐渐减小的.关于b点电场强度E的方向,图K20-2中可能正确的是(虚线是曲线在b点的切线)
(　　)
图K20-2
4.如图K20-3所示,在直角坐标系xOy中的x轴上有一正点电荷Q,A、B、C是坐标轴上的三点,OA=OB=BC=a,其中O点和C点的电势相等,静电力常量为k,则下列说法正确的是
(　　)
图K20-3
A.点电荷Q位于B、C两点之间
B.O点电势比A点电势高
C.A点的电场强度大小为k
D.将某一正试探电荷从A点沿直线移动到C点过程中,电势能先减小后增大
5.如图K20-4所示,匀强电场中的六个点A、B、C、D、E、F为正八面体的六个顶点,已知BE中点O的电势为零,A、B、C三点的电势分
图K20-4
别为7
V、-1
V、3
V,则E、F两点的电势分别为
(　　)
A.2
V、-2
V
B.1
V、-3
V
C.1
V、-5
V
D.2
V、-4
V
6.两个等量同种点电荷固定于光滑绝缘水平面上,其连线的中垂线上有A、B、C三点,如图K20-5甲所示.一个电荷量为2
C、质量为1
kg的带正电的小物块(可视为质点)从C点由静止释放,其运动的v-t图像如图乙所示,其中B点处为整条图线切线斜率最大的位置,图中标出了图线在B点处的切线.下列说法中正确的是
(　　)
图K20-5
A.B点为中垂线上电场强度最大的点,场强E=0.2
N/C
B.由C到A的过程中,物块的电势能先减小后增大
C.A、B两点间的电势差UAB=5
V
D.UCB<
UBA
图K20-6
7.(多选)如图K20-6所示,长为L的绝缘轻杆在水平向右的匀强电场中,杆与电场线垂直,杆两端固定带电小球A和B,初始时处于图中实线位置.现将轻杆向右平移2L,然后以球B为轴在纸面内顺时针转动90°到图中虚线位置,杆与电场线平行.在实线位置和虚线位置,A、B两球电势能之和相同.不考虑带电小球之间的相互作用,则
(　　)
A.A球所带的电荷量绝对值比B球的大
B.A球所带的电荷量绝对值比B球的小
C.从实线位置到虚线位置的过程中,电场力对A球一定做正功
D.从实线位置到虚线位置的过程中,电场力对B球可能做正功
8.(多选)
某空间有一电场,电场中的电势φ在x轴上的分布如图K20-7所示.下列说法正确的是
(　　)
图K20-7
A.在x轴上,从x1到x2这段范围内场强方向向左
B.在x轴上,从x1到x2这段范围内电场强度逐渐增大
C.把一负电荷从x1处移到x2处,电场力做正功
D.把一负电荷从x1处移到x2处,电场力做负功
9.(多选)如图K20-8所示,匀强电场中A、B、C三点是一个三角形的三个顶点,∠ABC=∠CAB=30°,BC=2
m,已知电场线平行于△ABC所在的平面.一个电荷量q=-2×10-6
C的点电荷由A移到B的过程中,电势能增加了1.2×10-5
J;由B移到C的过程中,电场力做功6×10-6
J.为方便计算,设B点电势为0,下列说法正确的是
(　　)
图K20-8
A.B、C两点的电势差UBC=3
V
B.A点的电势低于B点的电势
C.负电荷由C点移到A点的过程中,电势能减少
D.该电场的场强为1
V/m
10.如图K20-9甲所示,在绝缘的水平面上放置一个质量为m=0.1
kg、带电荷量为q=0.01
C的物体,物体与水平面间的动摩擦因数为μ=0.4,水平面上存在水平向左的电场,物体由静止开始向左运动,电场强度E随物体的位移x变化的图像如图乙所示.g取10
m/s2,求:
(1)运动过程中物体的最大加速度;
(2)物体的速度达到最大时与出发点的距离.
图K20-9
?
挑战自我?
11.(多选)
如图K20-10所示,在真空中有三个带等电荷量的点电荷a、b和c,分别固定在水平面内正三角形的三个顶点上,其中a、b带正电,c带负电,O为三角形中心,A、B、C为三条边的中点,则
(　　)
图K20-10
A.B、C两点场强相同
B.B、C两点电势相同
C.在O点自由释放电子(不计重力),电子会沿OA方向一直运动
D.在O点自由释放电子(不计重力),电子会在OA直线上往复运动
12.如图K20-11所示,等量异种点电荷分别固定在水平线上的M、N两点处,O点位于M、N连线中点B的正上方且与B点之间的距离为L,质量为m、电荷量为+q(可视为点电荷)的小球固定在长度为L的绝缘轻质细杆的一端,细杆另一端可绕过O点且与M、N连线垂直的水平轴无摩擦转动.现在把杆拉起到水平位置,由静止释放,小球经过最低点B时速度为v.取O点电势为零,忽略小球所带电荷量对等量异种电荷所形成的电场的影响,重力加速度为g.
(1)求小球在经过B点时对杆的拉力大小;
(2)在等量异种点电荷形成的电场中,求A点的电势φA;
(3)小球继续向左摆动,求其在经过与A等高的C点时的速度大小.
图K20-11
1.B　[解析]
将负电荷由低电势处移到高电势处,静电力做正功,电势能减小,选项A错误;无论是正电荷还是负电荷,从电场中某点移到无穷远处时,因无穷远处电势为零,因此静电力做正功越多,电荷在该点的电势能越大,选项B正确;在同一等势面上,电势处处相等,场强的大小不一定相等,场强的方向也不一定相同,C错误;电势降低最快的方向才是电场强度的方向,选项D错误.
2.D　[解析]
由点电荷产生的电场特点可知,电场线从正电荷出发终止于负电荷,所以负点电荷应在N的右边,根据沿电场线方向电势降低可知,φM>φN,由公式E=可知,EM3.D　[解析]
质点做曲线运动,电场力与速度方向不在同一直线上,电场力方向应指向轨迹弯曲的内侧,由于质点的速率逐渐减小,所以电场力方向与速度方向的夹角为钝角,又知质点带负电,所以场强方向与电场力方向相反,则场强方向应指向轨迹的内侧,且场强方向与速度方向成锐角,只有D正确.
4.B　[解析]
因O点和C点的电势相等,故O点和C点到正点电荷的距离相等,正点电荷一定位于B点,A错误;O点比A点离正点电荷近,所以O点电势比A点电势高,故B正确;由几何关系可知,A点距点电荷距离为a,由点电荷场强公式E=k可知,A点的电场强度为,故C错误;正的试探电荷从A沿直线到C,与点电荷的距离先变小后变大,则电场力先做负功后做正功,电势能先变大后变小,故D错误.
5.B　[解析]
如图所示,设AB的中点为M,MO平行于AE,且AE=2MO,根据U=Ed可知,沿着AE方向电势变化量是沿MO方向的2倍,而M点电势为3
V,即UMO=3
V,则UAE=6
V,故E点电势为1
V;根据正八面体的特点可知,AE平行于CF,则沿CF方向电势降低为UCF=6
V,故F点电势为-3
V,B正确.
6.D　[解析]
根据v-t图像可知,物块在B点的加速度最大,为2
m/s2,所受的电场力最大,为2
N,根据E=知,B点的场强最大,为1
N/C,故A错误;两个等量正点电荷连线中垂线上电场强度方向由O点沿中垂线指向外侧,则由C点到A点的过程中,电势逐渐降低,物块的电势能逐渐减小,故B错误;根据动能定理得qUAB=m-m,解得UAB=-5
V,故C错误;因qUCB=m-0=8
J,qUBA=m-m=10
J,所以UCB7.BD　[解析]
在实线位置和虚线位置,A、B两球电势能之和相同,则由实线位置到虚线位置,两球电势能变化量绝对值相等,电场力做功绝对值相等,而A球初、末位置的电势差大于B球初、末位置的电势差,由W=qU可知,A球所带的电荷量绝对值比B球的小,故A错误,B正确;由于两球的电性未知,所以不能确定电场力做功的正负,电场力可能对A球做正功,对B球做负功,也可能对A球做负功,对B球做正功,故C错误,D正确.
8.AC　[解析]
在x轴上,从x1到x2这段范围内电势逐渐升高,可知电场强度方向向左,选项A正确;φ-x图像的斜率表示电场强度,则从x1到x2这段范围内电场强度逐渐减小,选项B错误;电场方向向左,则把一负电荷从x1处移到x2处,电场力向右,电场力做正功,选项C正确,D错误.
9.CD　[解析]
点电荷由B移到C的过程中,电场力做功WBC=6×10-6
J,则B、C两点的电势差为UBC==
V=-3
V,故A错误;点电荷由A移到B的过程中,电势能增加1.2×10-5
J,则电场力做功为-1.2×10-5
J,A、B两点的电势差UAB==6
V,所以A点的电势高于B点的电势,故B错误;UCA=-UAC=-(UAB+UBC)=-3
V,根据W=Uq得,负电荷由C移到A的过程中,电场力做正功,所以电势能减小,故C正确;三角形ABC为等腰三角形,UBC=UCA=-3
V,所以电场强度方向沿着AB方向,由A指向B,因为BC=2
m,∠ABC=∠CAB=30°,所以AB=2BCcos∠ABC=6
m,又UAB=E·AB=6
V,解得电场的场强E=1
V/m,故D正确.
10.(1)6
m/s2　(2)2.4
m
[解析]
(1)刚开始时物体的加速度最大,由牛顿第二定律得qE0-μmg=ma
解得a=6
m/s2,方向水平向左.
(2)由图像可得,电场强度随位移是变化的,所以物体受到的电场力随位移是变化的,当电场力等于摩擦力时,加速度为0,速度最大,由qE1=μmg,解得E1=40
N/C
由图像可得x1=×4
m=2.4
m.
11.BD　[解析]
由题意知,B、C两点的电场强度为三个点电荷在该处产生的场强的矢量和,其中a、c在B点产生的场强的矢量和沿Bc方向,b在B点产生的场强沿bB方向,由电场的叠加可知,B、C两处电场强度的方向不同,A错误;由电场的叠加可知,B、C两点的电势相等,故B正确;由电场的叠加可知,O点电场的方向沿Oc方向,在OA的延长线上有一场强为零的点D,在OA线上D点的两侧电场的方向相反,所以电子在O点由静止释放将沿OA方向先加速运动到D,然后减速运动到速度为零处,接着往回运动,即会在OA直线上往复运动,C错误,D正确.
12.(1)mg+m　(2)
(3)
[解析]
(1)小球经B点时,在竖直方向上,有
F-mg=m
由牛顿第三定律可知,小球对细杆的拉力大小F'=F=mg+m.
(2)O点电势为零,而OB在M、N连线的垂直平分线上,故B点的电势φB=0
对小球从A点运动到B点的过程,由动能定理得
mgL+q(φA-φB)=mv2
解得φA=.
(3)由电场的对称性可得φC=-φA,所以UAC=2φA
对小球从A点运动到C点的过程,由动能定理得
qUAC=m
解得vC=.