第十章第1节电势能和电势培优练习-2021-2022学年高中物理人教版（2019）必修第三册word版含答案

2021-2022学年高二物理人教版（2019）必修第三册第十章第1节电势能和电势培优练习
第I卷（选择题）
一、单选题
1．若带正电荷的小球只受到电场力的作用，它在任意一时间内（　　）
A．一定沿电场线运动，且电势能减小
B．一定沿电场线运动，且电势能增加
C．不一定沿电场线运动，但电势能一定减小
D．不一定沿电场线运动，电势能也不一定减小
2．一个电荷在电场力的作用下从A点移到B点，整个过程中电场力做了的正功，那么（　　）。
A．电荷的电势能减少了
B．电荷的动能减少了
C．电荷在B处时具有的电势能
D．电荷在B处时具有的动能
3．如图所示，两个等量异种点电荷在真空中相隔一定距离，代表两点电荷连线的中垂线，在两点电荷所在的某一平面上取图示1、2、3三点，则这三点的电势大小关系是（
）
A．
B．
C．
D．
4．电荷从静止开始，在只有电场力作用下移动时，它一定是（　　）
A．从电势高处到电势低处
B．从电势低处到电势高处
C．从电势能大处到电势能小处
D．从电势能小处到电势能大处
5．如图所示，在电场中将一正点电荷沿虚线从A运动到B点的过程中（　　）
A．电场力做负功，正电荷的电势能减小
B．电场力做正功，正电荷的电势能增加
C．电场力做正功，正电荷的电势能减小
D．电场力做负功，正电荷的电势能增加
6．图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个粒子的运动轨迹。粒子从a经过b运动到c的过程中（　　）
A．动能先增大，后减小
B．电势能先减小，后增大
C．电场力先做负功，后做正功，总功等于零
D．加速度先变小，后变大
7．图甲中AB是某电场中的一条电场线。若将一负电荷从A点处由静止释放，负电荷仅在静电力作用下沿电场线从A到B运动过程中的速度—时间图像如图乙所示。关于A、B两点的电势高低和场强大小关系，下列说法中正确的是（　　）
A．φA>φB，EA>EB
B．φA>φB，EAC．φA<φB，EA>EB
D．φA<φB，EA8．如图所示，A、B、C为电场中同一电场线上的三点．设电荷在电场中只受电场力作用，则下列说法正确的是（　　）
A．若在C点无初速度释放正电荷，则正电荷向B点运动，电势能减少
B．若在C点无初速度释放正电荷，则正电荷向B点运动，电势能增加
C．若在C点无初速度释放负电荷，则负电荷向A点运动，电势能增加
D．若在C点无初速度释放负电荷，则负电荷向A点运动，电势能不变
9．关于电势和电势能，下列说法正确的是（
）
A．在电场中电势高的地方电荷具有的电势能大
B．在电场中放在某点的电荷的电荷量越大，它所具有的电势能也越大
C．在电场中的任意一点，正电荷具有的电势能一定大于负电荷具有的电势能
D．取无穷远处电势为零，在负点电荷所产生的电场中的任意一点，正电荷具有的电势能一定小于负电荷具有的电势能
10．如图所示，O、A为某电场中一条平直电场线上的两个点，将负点电荷从O点由静止释放，仅在电场力作用下运动到A点，其电势能随位移x的变化关系如图所示。则该负点电荷从O到A的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．电场力做负功
B．O点电势比A点电势高
C．从O到A，电场强度先减小后增大
D．从O到A，电场强度一直增大
11．构建和谐型、节约型社会深得民心，遍布于生活的方方面面，自动充电式电动车就是很好的一例，电动车的前轮装有发电机，发电机与蓄电池连接。当骑车者用力蹬车或电动自行车自动滑行时，自行车就可以通过发电机向蓄电池充电，将其他形式的能转化成电能储存起来，某人骑车以的初动能在粗糙的水平路面上滑行，第一次关闭自动充电装置，让车自由滑行，其动能随位移变化的关系如图中图线①所示；第二次启动自动充电装置，其动能随位移变化的关系如图中图线②所示，则第二次向蓄电池所充的电能是（　　）
A．
B．
C．
D．
12．空间中P、Q两点处各固定一个点电荷，其中P点处为正电荷，P、Q两点附近电场的等势面分布如图所示，a、b、c、d为电场中的4个点。则（　　）。
A．P、Q两处的电荷等量同种
B．a点和b点的电场强度相同
C．a点的电势等于c点的电势
D．b点的电势低于d点的电势
13．在静电场中，一个电子由a点移到b点时静电力做功为5
eV（1
eV＝1.6×10－19J），则以下说法中正确的是
A．电场强度的方向一定由b沿直线指向a
B．A、B两点间电势差Uab＝5
V
C．电子的电势能减少5
eV
D．电子的电势能减少5
J
14．某静电场方向平行于x轴，其电势φ随x的变化规律如图所示．设x轴正方向为电场强度E的正方向，下图分别表示x轴上各点的电场强度E随x的变化图象，其中可能正确的是
B．
C．D．
第II卷（非选择题）
二、填空题
15．一个点电荷从静电场中的a点移到b点，其电势能的变化为零，则a、b两点处的电场强度________相等，而a、b两点处的电势则________相等．（均选填“一定”“不一定”或“一定不”）
16．图中各点间距相等．如果在A点固定一个正点电荷，B点固定一个和其电荷量相等的负点电荷，则a、b、c三点中电场强度最大的是________点，电势最低的是________点，如果将一个电荷量为-q的点电荷从a点移到c点，其电势能将________（选填“增大”“减”或“不变”）．
17．23、一带电油滴在匀强电场E中的运动轨迹如图中虚线所示，电场方向竖直向下．若不计空气阻力，则此带电油滴从a运动到b的过程中，动能和重力势能之和______，重力势能和电势能之和_______．（填“增加”、“减少”或“不变”）
18．如图所示，在场强为E的匀强电场中有相距为L的A、B两点，连线AB与电场线的夹角为θ，将一电荷量为q的正电荷从A点移到B点，若沿直线AB移动该电荷，电场力做的功W1＝________；若沿路径ACB移动该电荷，电场力做的功W2＝________；若沿曲线ADB移动该电荷，电场力做功W3＝______.由此可知电荷在电场中移动时，电场力做功的特点是________．
三、解答题
19．根据图解答以下题目，然后进行小结：如何根据匀强电场的电场线来判断两点电势的高低？
(1)、是匀强电场中同一条电场线上的两点，哪点电势高？
(2)、是匀强电场中不在同一条电场线上的两点，是过点与电场线垂直的直线，则、两点哪点电势高？
20．如图所示，光滑绝缘细杆竖直放置，它与以正点电荷为圆心的某圆交于、两点，质量为、带电荷量为的有孔小球从杆上A点无初速度下滑，已知，，小球滑到点时的速度大小为，为重力加速度。不计空气阻力，求小球由A到的过程中静电力做的功及A、两点间的电势差。
21．如图所示的匀强电场中，有A、B、C三点，AB=5cm，BC=12cm，其中AB沿电场方向，BC和电场方向成60°角。一个电荷量为q=4×10-8C的正电荷从A移到B，电场力做功为W1=1.2×10-7J。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？
参考答案
1．D
【详解】
小球的电势能如何变化，与初速度的方向与电场线的方向之间的关系有关，电场力可能做正功，也可能做负功，小球在电场中运动，电势能可能增大，也可能减小；小球的运动情况取决于合力和初始条件。小球只受到电场力的作用，是否沿电场线运动，还要看电场线是直线还是曲线，有没有初速度，初速度方向与电场线的关系。只有当电场线是直线时且小球的运动方向沿着电场线时，小球只受到电场力的作用才可能沿电场线运动；
故选D。
2．A
【详解】
AB．只有电场力做功时，电势能与动能相互转化，总量不变。电场力做正功，电势能减少，动能增加，故A正确，B错误；
C．电场力做功对应着电势能和动能的变化，而没有确定零势能面，故无法判断电荷在B点具有的电势能大小，故C错误；
D．在A点的动能不确定，故不能确定电荷在B点的动能，故D错误。
故选A。
3．A
【详解】
先画出两等量异种点电荷周围的电场线和等势面如答图所示，根据沿着电场线方向电势越来越低，知。
故选A。
4．C
【详解】
AB．如果是负电荷，运动方向与场强相反，故电势会增大；如果是正电荷，运动方向与场强相同，故电势会减小，AB错误；
CD．由于电荷只受电场力，从静止开始运动，因此电场力做正功，根据电场力做功量度电势能的变化，所以电势能减小，
D错误C正确。
故选C。
5．C
【详解】
正点电荷沿虚线从A运动到B点的过程中，运动方向与电场力方向夹角小于90°，电场力做正功，正电荷的电势能减小，C正确。
故选C。
6．C
【详解】
ABC．由图中粒子运动轨迹可知，粒子从a经过b运动至c的过程中，电场力先做负功后做正功，因为a与c在同一等势面上，所以总功为零，粒子动能先减小后增大，电势能先先增大后减小，故C正确，故A、B错误；
D．粒子从a经过b运动到c的过程中，粒子离原子核先越来越近后远离原子核，所受电场力先增大后减小，加速度也先增大后减小，故D错误。
故选C。
7．C
【详解】
负电荷从A由静止释放（初速度为0）后，能加速运动到B，说明负电荷受到的静电力方向从A指向B，那么电场方向就是由B指向A，由于沿电场线方向电势逐渐降低，所以A、B两点的电势关系是φA<φB，负电荷从A运动到B的过程中，它的加速度是逐渐减小的（题图乙中曲线切线的斜率表示加速度），由牛顿第二定律知，负电荷从A运动到B时，受到的静电力是逐渐减小的，由
知，EA>EB，故C正确，ABD错误。
故选C。
8．A
【详解】
AB．正电荷受力方向与该点的场强方向相同，在C点无初速度释放正电荷，则正电荷向B点运动，电场力做正功，电势能减少，A正确，B错误；
CD．负电荷受力方向与该点的场强方向相反，若在C点无初速度释放负电荷，则负电荷向A点运动电场力做正功，电势能减少，C、D错误。
选项A正确。
9．D
【详解】
A．根据电势能的公式
可知正电荷在电势高的地方电势能大，负电荷在电势高的地方电势能小，由于不知道电荷的电性，因此无法判断它在电势高的地方电势能的大小，故A错误；
B．若放在电场中某点的电荷为正电荷，当该点电势小于零时，电荷量越大，电荷具有的电势能越小，故B错误；
C．根据电势能的公式
可知正电荷在电势小于零处的电势能为负值，小于负电荷在该处的电势能，故C错误；
D．取无穷远处电势为零，顺着电场线方向电势降低，可知在负点电荷所产生的电场中的任意一点电势均为负，正电荷在任意一点具有的电势能为负值，而负电荷在任意一点具有的电势能为正值，正电荷具有的电势能小于负电荷具有的电势能，故D正确。
故选D。
10．C
【详解】
A．由题图可知负点电荷从O到A的过程中，电势能减小，电场力做正功，故A项错误；
B．由
知，从O到A电势升高，则O点电势比A点电势低，故B项错误；
CD．图像的切线斜率大小反映电场力的大小，即电场强度的大小，则从O到A，电场强度先减小后增大，故C项正确，D项错误。
故选C。
11．A
【详解】
电动车在运动过程中受到的摩擦力大小不变，从题图看出，第二次的位移是第一次的，故所充的电能为初动能的，设初动能为，由能量守恒定律得所充的电能为
故选A。
12．D
【详解】
A．根据电场的图像可以知道，该电场是等量异号电荷的电场，
A错误；
B．等量异号电荷的电场，它具有对称性（上下、左右），a点和b点的电场强度大小相等，而方向不同，B错误；
CD．因为P点处为正电荷，Q点处为负电荷，a、b点靠近负电荷，c、d点靠近正电荷，所以a电势低于c点电势，b点的电势低于d点的电势，C错误D正确。
故选D。
13．C
【详解】
A．电场强度的方向与运动路径无关，选项A错误；
B．根据电场力的功与电势差的关系；
Uab＝＝＝－5
V
选项B错误；
CD．静电力做5eV的正功，电势能减少5eV，选项C正确，D错误；
故选C。
14．B
【详解】
图象的斜率表示电场强度，沿电场方向电势降低，因而在x=0的左侧，电场向左，因而在x=0的右侧，电场向右，且为匀强电场，故选B．
15．不一定
一定
【详解】
[1][2]根据公式分析可知，电场力做功
a、b两点的电势差为零。而电势与场强无关，所以a、b两点的电场强度不一定相等，即a、b电势一定相等。
16．a
b
减小
【详解】
[1]该电场是等量异种点电荷的电场，它的a点的场强是A与B的电场的点的电势和，而b、c两点的场强是A与B的场强的差，所以a点的场强最大；
[2]AB连线的中垂线是一条与无穷远处的电势相等的等势线，它的左侧是正电荷的电场，各点的电势都高于a点，它的右侧是负电荷的电场，各点的电势都低于a点的电势．所以b点的电势最低．c点的电势最高．
[3]将一个电量为-q的点电荷从a点移到c点，其电势升高，将负电荷从电势低的地方移动到电势高的地方，电场力做正功．故点电荷的电势能将减小．
17．增加
减少
【详解】
a运动到b的过程中，受重力竖直向下，电场力竖直向上，合力向上，电场力做正功机械能增加；根据能量守恒，动能增加，重力势能和电势能之和减小．
18．qElcosθ
qELcosθ
qELcosθ
电场力做功的大小与路径无关，只与始末位置有关
【详解】
路径AB、ACB、曲线ADB在电场线方向上的投影都是
因此沿这三条路径电荷由A运动到B，电场力做的功都是，因此电场力做功的特点是：与路径无关，只与始末位置有关。
19．(1)M点；(2)
M点；
【详解】
(1)M、N是匀强电场中同一条电场线上的两点，因正电荷从M到N电场力做正功，则电势能减小，则M点电势高；
(2)AB是过M点与电场线垂直的直线，AB是等势线，而等势线上各点电势高于P点，可知M点电势高于P点电势。
总结：若匀强电场中的两点在同一电场线上，则沿电场线电势降低，从而判断两点电势高低；若两点不在同一电场线上，则可先做过其中一点的等势线，找到与另一点在同一电场线上的位置，然后判断电势高低。
20．；
【详解】
因为杆是光滑的，所以小球从A到过程中只有两个力做功：静电力做功和重力做功，由动能定理得
代入已知条件得静电力做功
因为正点电荷，则、在同一等势面上，由到静电力做功为0，所以由A到静电力做功
则
21．(1)60N/C；(2)减少1.44×10-7J
【详解】
(1)根据
W1=qE·AB
可知，该电场的电场强度大小为
(2)该电荷从B到C，电场力做功为
W2=qE·BC·cos60°
代入数据，整理得
W2=1.44×10-7J
电场力做功等于电势能的减小量，因此电势能减少1.44×10-7J。