高二物理第1章第4节电势能和电势过关题(带答案)

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1.在电场中(  )
A.某点的电场强度大,该点的电势一定高
B.某点的电势高,检验电荷在该点的电势能一定大
C.某点的场强为零,检验电荷在该点的电势能一定为零
D.某点的电势为零,检验电荷在该点的电势能一定为零
解析:选D.场强大处电势不一定高,A错;由Ep=qφ知:正电荷在电势高处电势能大,负电荷在电势低处电势能大,在电势为0处电势能为0,故B、C错,D对.
2.如图1-4-6所示,Q是带正电的点电荷,P1和P2为其电场中的两点.若E1、E2分别为P1、P2两点的电场强度的大小,φ1、φ2分别为P1、P2两点的电势,则(  )

图1-4-6
A.E1>E2,φ1>φ2   B.E1>E2,φ1<φ2
C.E1<E2,φ1>φ2 D.E1<E2,φ1<φ2
解析:选A.由E=kQr2知E1>E2,由电场线方向P1指向P2知,φ1>φ2,故A对.
3.(2011年天津红桥区高二检测)如图1-4-7所示的电场中有A、B两点,下列判断正确的是(  )

图1-4-7
A.电势φA>φB,场强EA>EB
B.电势φA>φB,场强EA<EB
C.将电荷量为q的正电荷从A点移到B点,电场力做正功,电势能减少
D.将电荷量为q的负电荷分别放在A、B两点,电荷具有的电势能EpA>EpB
解析:选BC.顺着电场线电势逐渐降低,即φA>φB,由电场线疏密可知,EA<EB,故A错、B对.由电场力做功与电势能变化的关系可知,+q从A移到B,电场力做正功,电势能减少,C对,负电荷从A移到B,电场力做负功,电势能增加,EpA<EpB,故D错.
4.在如图1-4-8所示的负点电荷产生的电场中,一检验电荷从A点分别移到B、C、D、E(在以O为圆心的圆周上),则下列情况正确的是(  )

图1-4-8
A.从A到B电场力做功最大
B.从A到E电场力做功最大
C.电场力做功一样多
D.A点比D点电势高
解析:选C.B、C、D、E在同一等势面上,所以检验电荷在这四点时的电势能相等,由WAB=EpA-EpB可知,C正确;在-Q的电场中,D点离电荷远,所以D点的电势比A点高,故D错.
5.如图1-4-9所示,在电场强度为E=104 N/C、方向水平向右的匀强电场中,用一根长L=1 的绝缘细杆(质量不计)固定一个质量为=0.2 kg、电荷量为q=5×10-6 C、带正电的小球.细杆可绕轴O在竖直平面内自由转动.现将杆由水平位置A轻轻释放,在小球运动到最低点B的过程中,电场力对小球做功多少?小球电势能如何变化?

图1-4-9
解析:电场力做功与路径无关.在小球由A运动到最低点B的过程中,电场力对小球做的正功为W=qEL=5×10-6×104×1 J=0.05 J.电场力对小球做正功,小球电势能减少,减少的电势能为0.05 J.
答案:见解析

一、选择题
1.两带电小球,电荷量分别为+q和-q,固定在一长度为l的绝缘细杆的两端,置于电场强度为E的匀强电场中.杆与场强方向平行,其位置如图1-4-10所示.若此杆绕过O点垂直于杆的轴线转过180°,则在此转动过程中电场力做的功为(  )

图1-4-10
A.0 B.qEl
C.2qEl D.πqEl
解析:选C.电场力对两小球均做正功,大小与路径无关,对每个小球做功为qEl,共为2qEl.故C正确


2. (2011年吉安高二检测)如图1-4-11所示,在O点的点电荷+Q形成的电场中,试探电荷+q由A点移到B点电场力做功为W1,以OA为半径画弧交OB于C,再把试探电荷由A点移到C点电场力做功为W2,则C点移到B点电场力做功为W3,则三者关系为(  )

图1-4-11
A.W1=W2=W3<0 B.W1>W2=W3>0
C.W1=W3>W2=0 D.W3>W1=W2=0
解析:选C.因A、C两点处于同一等势面上,所以W1=W3>0,W2=0.所以C正确.
3.(2011年聊城高二检测)下列关于电势高低的判断,正确的是(  )
A.负电荷从P点移到点,电势能增加,P点电势一定较低
B.负电荷从P点移到点,电势能增加,点电势一定较低
C.正电荷从P点移到点,电势能增加,P点电势一定较低
D.正电荷从P点移到点,电势能增加,点电势一定较低
解析:选BC.负电荷从P点移到点,电势能增加,电场力做负功,电场力方向由点到P点,电场线方向由P到,故点电势较低,所以A错B对.同理可得C对D错.
4.如图1-4-12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(  )

图1-4-12
A.O点电场强度为零
B.D点电场强度为零
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
解析:选BD.根据对称性和叠加原理,O点有三个场强矢量,其中A、B两点的电荷在O点的场强矢量等大反向,矢量和为零,即O点的电场强度等于C点电荷在该处的场强;D点有三个场强矢量,方向分布互为120°,故合场强为零.选项A错,B对.
由于D点场强为零,作为分界点,D的左边场强方向向左,右边方向向右.则将点电荷+q从O移向C的过程中,静电力的方向跟移动方向相同,静电力做正功,电势能减小;将点电荷-q从O移向C的过程中,静电力的方向跟移动方向相反,静电力做负功,电势能增加.选项C错,D对.
5.(2010年高考上海卷)三个点电荷电场的电场线分布如图1-4-13所示,图中a、b两点处的场强大小分别为Ea、Eb,电势分别为φa、φb则(  )


图1-4-13
A.Ea>Eb,φa>φb B.Ea<Eb,φa<φb
C.Ea>Eb,φa<φb D.Ea<Eb,φa>φb
解析:选C.由图可以看出a处电场线更密,所以Ea>Eb,根据对称性,a处的电势应与右侧负电荷附近对称点的电势相等,再根据沿电场线方向电势降低可以判定φb>φa,故C项正确.
6.(2010年高考天津理综卷)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:选C.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.
7.如图1-4-14所示,在一个粗糙水平面上,彼此靠近地放置两个带同种电荷的小物块.由静止释放后,两个物块向相反方向运动,并最终停止.在物块的运动过程中,下列表述正确的是(  )

图1-4-14
A.两个物块的电势能逐渐减少
B.物块受到的库仑力不做功
C.两个物块的机械能守恒
D.物块受到的摩擦力始终小于其受到的库仑力
解析:选A.两物块之间的库仑力对两物块均做正功,电势能减少,A对,B错;两物块的重力势能不变,动能先增后减,故机械能不守恒,C错;物块先加速后减速,故库仑力先大于摩擦力,但随着距离的增大,库仑力逐渐减小,故后阶段摩擦力大于库仑力,D错.
8.(2009年高考广东卷)如图1-4-15,一带负电的粒子以某速度进入水平向右的匀强电场中,在电场力作用下形成图中所示的运动轨迹.和N是轨迹上的两点,其中点在轨迹的最右边.不计重力,下列表述正确的是(  )

图1-4-15
A.粒子在点的速率最大
B.粒子所受电场力沿电场线方向
C.粒子在电场中的加速度不变
D.粒子在电场中的电势能始终在增加
解析:选C.由图知该电场为匀强电场,因此带电粒子受到的电场力方向恒定,大小不变,因此C正确.由电荷运动轨迹与受力关系可判定电荷受力向左,B错,因此由N到电场力对粒子做负功,其速度应减小,A错,电势能在前段与后段不一样,D错.
9.(2009年高考上海卷)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1-4-16所示,图中实线表示等势线,则(  )

图1-4-16
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:选CD.a点和b点所在处的等势线疏密程度不同,故两处的场强不同,方向也不同,A错;从c点到d点电势升高,正电荷的电势能增大,电场力做负功,B错;从a点到c点、电势升高,负电荷的电势能减小,电场力做正功,C对;从e点沿虚线到f点,电势先减小后增大,则正电荷的电势能先减小后增大,D对.
二、计算题
10.将带电荷量为1×10-8 C的电荷,从无限远处移到电场中的A点,要克服静电力做功1×10-6 J,问:
(1)电荷的电势能是增加还是减少?电荷在A点具有多少电势能?
(2)A点的电势是多少?
(3)若静电力可以把带电荷量为2×10-8 C的电荷从无限远处移到电场中的A点,说明电荷带正电还是带负电?静电力做了多少功?(取无限远处为电势零点)
解析:(1)静电力做负功,电荷的电势能增加,因无限远处电势能为零,电荷在A点具有的电势能为1×10-6 J. 新 标 第 一 网
(2)A点的电势为:φA=EpAq=1×10-61×10-8 V=100 V.
(3)因静电力做正功,说明电荷受力方向与运动方向相同,说明电荷带负电,静电力做功为:
W2=2W1=2×-6 J.
答案:(1)增加 1×10-6 J
(2)100 V (3)带负电 2×10-6 J


11.如图1-4-17所示,光滑绝缘杆竖直放置,它与以正点电荷Q为圆心的某一圆周交于B、C两点,质量为,带电荷量为-q的有孔小球从杆上的A点无初速度下滑,已知q≪Q,AB=h,小球滑到B点时速度大小为3gh,则小球从A运动到B的过程中,电场力做多少功?若取A点电势为零,C点电势是多大?

图1-4-17
解析:由动能定理得:gh+W电=12v2
解得:W电=12gh
φC=φB=-W电-q=gh2q.
答案:12gh gh2qw
12.如图1-4-18所示,一质量为、带有电荷量-q的小物体,可以在水平轨道Ox上运动,O端有一与轨道垂直的固定墙.轨道处于匀强电场中,场强大小为E,方向沿Ox轴正方向,小物体以速度v0从x0点沿Ox轨道运动,运动时受到大小不变的摩擦力Ff作用,且Ff<qE.设小物体与墙图碰撞时不损失机械能,且电荷量保持不变,求它在停止运动前所通过的总路程.

1-4-18
解析:电场力做功与路径无关,滑动摩擦力始终做负功,由于Ff<qE,小物体最终停留在O端.由动能定理得:
qEx0-Ffs=0-12v20,
s=2qEx0+v202Ff.
答案:2qEx0+v202Ff



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