2016-2017学年高二物理人教版选修3-1（第1-4 电势能和电势） Word版含解析

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绝密★启用前 人教版选修3-1 第一章静电场 ‎4．电势能和电势 第Ⅰ部分选择题 一、选择题：本题共8小题。将正确答案填写在题干后面的括号里。‎ ‎1．电场中有A、B两点，把电荷从A点移到B点的过程中，电场力对电荷做正功，则 (　　)‎ A．电荷的电势能减少 B．电荷的电势能增加 C．A点的场强比B大 D．A点的场强比B小 ‎2．某静电场的电场线分布如图所示，图中P、Q两点的电场强度的大小分别为EP和EQ，电势分别为φP和φQ，则(　　)‎ A．EP＜EQ，φP＜φQ B．EP＞EQ，φP＜φQ C．EP＜EQ，φP＞φQ D．EP＞EQ，φP＞φQ ‎3．如图所示，两个等量的正电荷分别置于P、Q两位置，在P、Q连线的垂直平分线上有M、N两点，另有一试探电荷q，则(　　)‎ A．若q是正电荷，q在N点的电势能比在M点的电势能大 B．若q是负电荷，q在M点的电势能比在N点的电势能大 C．无论q是正电荷，还是负电荷，q在M、N两点的电势能一样大 D．无论q是正电荷还是负电荷，q在M点的电势能都比在N点的电势能小 ‎4．如图所示的真空空间中，仅在正方体中的黑点处存在着孤立的点电荷、或两个电荷量大小相等的点电荷，则图中a、b两点电场强度和电势均相同的是(　　)‎ ‎5．如图所示，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，由C点移到B点电场力做功为W3，则三者关系为(　　)‎ A．W1＝W2＝W3<0 B．W1>W2＝W3>0‎ C．W1＝W3>W2＝0 D．W3>W1＝W2＝0‎ ‎6．如图所示，虚线a、b和c是某静电场中的三个等势面，它们的电势分别为φa、φb和φc，φa>φb>φc，一带正电粒子射入电场中，其运动轨迹如实线KLMN所示。由图可知(　　)‎ A．粒子从K到L的过程中，电场力做负功 B．粒子从L到M的过程中，电场力做负功 C．粒子从K到L的过程中，电势能增加 D．粒子从L到M的过程中，动能减少 ‎7．如图所示，光滑绝缘半圆环轨道放在竖直向下的匀强电场中，场强为E。在与环心等高处放有一质量为m、带电荷量为＋q的小球，由静止开始沿轨道运动，下列说法正确的是 (　　)‎ A．小球在运动过程中机械能守恒 B．小球经过环的最低点时速度最大 C．小球经过环的最低点时电势能增加EqR D．小球由静止释放到达最低点，动能的增加量等于mgR ‎8．图中虚线为匀强电场中与场强方向垂直的等间距平行直线。两粒子M、N质量相等，所带电荷的绝对值也相等。现将M、N从虚线上的O点以相同速率射出，两粒子在电场中运动的轨迹分别如图中两条实线所示。点a、b、c为实线与虚线的交点，已知O点电势高于c点。若不计重力，则(　　)‎ A．M带负电荷，N带正电荷 B．N在a点的速度与M在c点的速度大小相等 C．N在从O点运动至a点的过程中克服电场力做功 D．M在从O点运动至b点的过程中，电场力对它做的功等于零 第Ⅱ部分非选择题 二、非选择题：本题4个小题。将符合题意的内容填写在题目中的横线上，或按题目要求作答。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。‎ ‎9．如图所示，在电场强度为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，电场力做的功W3＝________。由此可知，电荷在电场中移动时，电场力做功的特点是____________________。‎ ‎10．如图所示，四种典型电场中分别有a、b、c三点 试在甲乙丙丁四幅图中比较以下物理量（用等式或不等式表示三者关系）‎ a、b、c三点电势的关系：甲________________，乙________________，‎ 丙________________，丁________________。‎ ‎11．某电场中有A、B、C三点，三点的电势分别是φA=5V，φB=－2V，φC=0，现有一电荷量q=－6×10﹣6C的点电荷P，求：                    ‎ ‎（1）该点电荷在A、B、C三点的电势能各为多大？ ‎ ‎（2）若将P从A移到B，则静电力做功多少？电势能变化了多少？ ‎ ‎（3）若将P从B移到C，则静电力做功多少？电势能变化了多少？ ‎ ‎12．如图所示，倾角为30°的直角三角形底边BC长为2l，放置在竖直平面内，底边处在水平位置，斜边为光滑绝缘导轨，现在底边中点O固定一正电荷，让一个质量为m、电荷量为q的带负电的质点从斜面顶端A沿斜面滑下(不脱离斜面)。已测得它滑到B点在斜边上的垂足D处的速度为v，加速度为a，方向沿斜面向下，问该质点滑到斜面底端C 点时的速度和沿斜面向下的加速度各是多大？‎ 人教版选修3-1 第一章静电场 4．电势能和电势 参考答案与解析 ‎1．【答案】A ‎【解析】若电场力对电荷做正功，电势能必然减小，克服电场力做功，电势能增加，故A正确，B错误；无法由做功情况判断场强的大小，故C、D均错误。‎ ‎2．【答案】D ‎【解析】电场线的疏密程度对应电场强弱，所以EP＞EQ，沿电场线的方向电势降低，所以φP＞φQ，D项正确。‎ ‎3．【答案】AB ‎【解析】由两个等量的正点电荷周围的电场线的分布情况可知，两点电荷连线的中垂线上的电场方向是：由连线的中点沿中垂线向上或向下指向无穷远处。正电荷从N点移到M点，电场力做正功，电势能减小；负电荷从N点移到M点，电场力做负功，电势能增大，选项A、B正确。‎ ‎4．【答案】C ‎【解析】电场强度是矢量，要考虑大小和方向，若选取无穷远处电势为零，则A、B、D中a、b两点电势相等，电场强度方向不同；C中a、b两点位于两等量异种点电荷的中垂线上，故a、b两点的电场强度相同，所以C正确。‎ ‎5．【答案】C ‎【解析】因A、C两点处于同一等势面上，所以W1＝W3>W2＝0，所以C正确。‎ ‎6．【答案】AC ‎【解析】因为运动的粒子带正电，从其轨迹弯曲情况可判定受到的是库仑斥力，所以场源电荷必定为正电荷，即电势高低关系为φa>φb>φc。因此φK＝φN<φM<φL；由K到L过程中电场力做负功，电势能增加，A、C正确；由L到M过程中，电场力（即合力）做正功，电势能减小，动能增加，B、D错误。‎ ‎7. 【答案】B ‎【解析】小球在运动过程中除重力做功外，还有静电力做功，所以机械能不守恒，A错误；小球运动到最低点的过程中，重力与静电力均做正功，重力势能减少mgR，电势能减少EqR，而动能增加mgR＋EqR，到最低点时动能最大，所以速度最大，因此B正确，C、D错误。‎ ‎8. 【答案】BD ‎【解析】由O点电势高于c点电势知，场强方向垂直虚线向下，由两粒子运动轨迹的弯曲方向知N粒子所受电场力方向向上，M 粒子所受电场力方向向下，故M粒子带正电、N粒子带负电，A错误；N粒子从O点运动到a点，电场力做正功。M粒子从O点运动到c点电场力也做正功。因为UaO＝UOc，且M、N粒子质量相等，电荷的绝对值相等，由动能定理易知B正确；因O点电势低于a点电势，且N粒子带负电，故N粒子运动中电势能减少，电场力做正功，C错误；O、b两点位于同一等势线上，D正确。‎ ‎9．【答案】qELcosθ　qELcosθ　qELcosθ　电场力做功的大小与电荷经过的路径无关，只与电荷的始末位置有关 ‎【解析】路径AB、ACB、曲线ADB在电场线方向上的投影都是BC＝Lcosθ。因此沿这三条路径电荷由A运动到B，电场力做的功都是qELcosθ。因此电场力做功的特点是：与电荷经过的路径无关，只与电荷的始末位置有关。‎ ‎10．【答案】φa＝φc＞φbφa＝φb＜φcφa＞φc＞φbφa＝φb＜φc ‎【解析】熟记常见电荷的电场线和等势线（面），注意场强为矢量，电势为标量，沿着等势面移动电荷，静电力不做功。沿着电场方向电势一定先降低，但场强不一定改变。‎ ‎11．【答案】（1）﹣3×10﹣5J 1.2×10﹣5J 0‎ ‎（2）﹣4.2×10﹣5J，电势能增大了4.2×10﹣5J ‎（3）1.2×10﹣5J，电势能减小了1.2×10﹣5J ‎【解析】（1）由题可知电势φA＞φC＞φB，而沿电场线的方向电势降低，则电场线的方向由A指向B 点A的电势能为：EpA=qφA=﹣6×10﹣6C×5V=﹣3×10﹣5J 点B的电势能为：EpB=qφB=﹣6×10﹣6C×（﹣2）V=1.2×10﹣5J 点C的电势能为：EpC=qφC=﹣6×10﹣6C×0V=0‎ ‎（2）电荷从A移到B点的过程中，电场力做的功为　‎ WAB=EpA－EpB=﹣3×10﹣5J﹣1.2×10﹣5J=﹣4.2×10﹣5J，电势能增大了4.2×10﹣5J ‎（3）电荷从B移到C点的过程中，电场力做的功为 WBC=EpB－EpC=1.2×10﹣5J，电势能减小了1.2×10﹣5J ‎12．【答案】　g－a ‎【解析】因BD＝OD＝OC＝＝l，所以B、D、C在以O为圆心的圆周上，对置于O点的点电荷Q形成的电场而言，B、D、C为等电势点，因而q由D点运动到C点时，电场力做功为零，由动能定理，有：mgh＝－‎ 而h＝BDsin60°＝l 解得vC＝‎ 带电质点运动到C点时受三个力作用，即重力mg，竖直向下；电场力FC＝k，方向由C指向O点；支持力N，方向垂直斜轨向上。根据牛顿第二定律，有 mgsin30°－FCcos30°＝mac 即　mg－k·＝mac ac＝g－‎ 同理，带电质点在D点时受三个力作用，即重力mg，竖直向下；电场力FC＝k，方向由D指向O点；支持力N，方向垂直斜轨向上。根据牛顿第二定律有：‎ mgsin30°+FDcos30°＝ma 得a=g+‎ 联立两个加速度表达式得：‎ ac=g－a