2020-2021学年高二物理：非匀强电场电势差、电场力做功分析专题训练

2020-2021学年高二物理：非匀强电场电势差、电场力做功分析专题训练

2020-2021 学年高二物理：非匀强电场电势差、电场力做功分析专题训练 1.如图所示，实线表示电场线，虚线表示等势线，a、b 两点的电势分别为 =20V， =50V，则 a、b 连线 的中点 c 的电势 应为（ ） A. =35V B. ＞35V C. ＜35V D.无法判断 的高低 【答案】B 【解析】由图看出，ac 段电场线比 bc 段电场线密，ac 段场强较大， 根据公式 U=Ed 可知，ca 间电势差 Uca 大于 b、c 间电势差 Ubc， 即 φc﹣φa＞φb﹣φc，得到 φc＞ =35V. 故选：B 2.如图所示，直线上有 O、a、b、c 四点，ab 间的距离与 bc 间的距离相等.在 O 点处有固定点电荷.已知 b 点电势高于 c 点电势.若一带负电荷的粒子仅在静电力作用下先从 c 点运动到 b 点，再从 b 点运动到 a 点， 则（ ） A.两过程中静电力做的功相等 B.前一过程中静电力做的功大于后一过程中静电力做的功 C.前一过程中，粒子电势能不断减少 D.后一过程中，粒子动能不断减少 【答案】C 【解析】由题意知 O 点点电荷带正电，其周围部分电场线分布如图所示，负电荷由 c 到 b 再到 a 过程中， 电场强度不断变大，根据公式 U＝Ed 可知，a、b 间电势差 Uab 大于 b、c 间电势差 Ubc，由 W＝qU 可知 Wab>Wbc， 故 A、B 项均错误；负电荷由 c→b→a 过程中，静电力做正功，电势能不断减少，动能不断增加，故 C 项 正确，D 项错误. 3.如图，一半径为 R 的电荷量为 Q 的均匀带电球壳，A、B 为球壳表面上的两点.O、P、M、N 在一条直线上， PO＝r 且 r＞R，PM＝MN，下列说法正确的是（ ） A.P 点的电场强度的大小 E＝k B.电势差 UPM＝UMN C.电势差 UAP＞UBP D.若电荷量 Q 不变，P 点位置不变，O 点位置不变，仅令 R 变小，则 P 点的场强变小 【答案】A 【解析】均匀带电球壳在 P 点产生的场强等效于电荷量为 Q 的点电荷置于 O 点在 P 点产生的场强，则 P 点 产生的场强 E＝k ，若电荷量 Q 不变，P 点位置不变，O 点位置不变，仅令 R 变小，则 P 点的场强不变. 故 A 正确，D 错误；由 P 到 N，电场强度逐渐减小，根据 U＝Ed 可知，UPM＞UMN.故 B 错误；均匀带电 球壳为等势面，A、B 两点的电势相等，则 UAP＝UBP.故 C 错误. 4.如图为某一电场的电场线和等势面分布，其中图中实线表示电场线，虚线表示等势面，过 a、c 两点的等 势面电势分别为 φa＝5V，φc＝3V，那么 a、c 连线的中点 b 的电势 φb 为（ ） A.φb＝4V B.φb>4V C.φb<4V D.上述情况都有可能 【答案】C 【解析】由电场线的分布可知，ab 段的平均电场强度要大于 bc 段的平均电场强度，又因 ab＝bc，由 E＝ 可知 Uab>Ubc，所以 b 点的电势应小于 4V，故选 C. 5.如图所示是某电场中的三条电场线，C 点是 A、B 连线的中点.已知 A 点的电势是 φA＝30V，B 点的电势 φB ＝－20V，则下列说法正确的是（ ） A.C 点的电势 φC＝5V B.C 点的电势 φC＞5V C.C 点的电势 φC＜5V D.负电荷在 A 点的电势能大于在 B 点的电势能 【答案】C 【解析】由图看出，AC 段电场线比 CB 段电场线密，则 AC 段场强较大，根据公式 U＝Ed 可知，AC 间电 势差 UAC 大于 CB 间电势差 UCB，所以 UAC＞ UAB＝25V，即 φA－φC＞25V，又 φA＝30V，可知 φC＜ 5V.故 C 正确，A、B 错误.而负电荷在电势低处电势能较大，故 D 错误. 6.孤立点电荷电场中的一簇等势面如图中虚线所示，其电势分别为 φ1、φ2、φ3，其中 A、B、C 是某电场线 与这簇等势面的交点，且 AB＝BC.现将一负电荷由 A 移到 B，电场力做正功 W1；由 B 移到 C，电场力做正 功 W2，则（ ） A.W1＝W2，φ1＜φ2＜φ3 B.W1＝W2，φ1＞φ2＞φ3 C.W1＞W2，φ1＜φ2＜φ3 D.W1＜W2，φ1＞φ2＞φ3 【答案】C 【解析】负电荷由 A 到 C，由电场力做正功可知，负电荷受电场力向右，电场线方向向左，所以场源电荷 为负电荷在左侧，则 AB 间平均场强比 BC 间强，电场力做功多，即 W1＞W2.沿电场线电势降低，则有 φ1＜ φ2＜φ3，故选 C. 7.如图所示，在两等量异种点电荷连线上有 D、E、F 三点，且 DE＝EF.K、M、L 分别为过 D、E、F 三点 的等势面.一不计重力的带负电粒子，从 a 点射入电场，运动轨迹如图中实线所示，以|Wab|表示该粒子从 a 点 到 b 点电场力做功的数值，以|Wbc|表示该粒子从 b 点到 c 点电场力做功的数值，则（ ） A.|Wab|＝|Wbc| B.|Wab|＞|Wbc| C.粒子由 a 点到 b 点，动能增加 D.a 点的电势较 b 点的电势低 【答案】B 【解析】由等量异种点电荷的电场线特点可知靠近电荷处电场强度大，类比公式 U＝Ed 知|Uab|＞|Ubc|，而 W＝qU，所以|Wab|＞|Wbc|，则 A 错误，B 正确.；粒子由 a 点到 b 点，电场力做负功，电势能增加，动能减 少，则 C 错误.从带负电粒子的运动轨迹可知该粒子从 a 点到 c 点受到大体向左的作用力，故左侧为正电荷， 从左向右电势降低，则 D 错误. 8.如图所示，实线为方向未知的三条电场线，虚线分别为等势线 1、2、3，已知 MN＝NQ，a、b 两带电粒子 从等势线 2 上的 O 点以相同的初速度飞出.仅在电场力作用下，两粒子的运动轨迹如图所示，则（ ） A.a 一定带正电，b 一定带负电 B.a 加速度减小，b 加速度增大 C.MN 电势差|UMN|等于 NQ 两点电势差|UNQ| D.a 粒子到达等势线 3 的动能变化量比 b 粒子到达等势线 1 的动能变化量小 【答案】B 【解析】由带电粒子的运动轨迹，结合曲线运动的特点可知带电粒子所受的电场力方向，但因为电场线的 方向不确定，故不能判断带电粒子带电的性质，A 错；由电场线的疏密可知，a 加速度将减小，b 加速度将 增大，B 正确；因为是非匀强电场，故 MN 电势差并不等于 NQ 两点电势差，C 错；因为等势线 1 与 2 之间 的电场强度比 2 与 3 之间的电场强度要大，故 1、2 之间的电势差要大于 2、3 之间的电势差，但两粒子的 带电荷量大小不确定，故无法比较动能变化量的大小，D 错误. 9.（多选）如图所示，O 是一固定的点电荷，另一点电荷 P 从很远处以初速度 v 射入点电荷 O 的电场，在 电场力作用下的运动轨迹是曲线 MN，a、b、c 是以 O 为中心 Ra、Rb、Rc 为半径画出的三个圆，它们之间间 距相等，1、2、3、4 为轨迹 MN 与三个圆的交点.以|W12|表示点电荷 P 由 l 运动到 2 的过程中电场力做的功 的大小，|W34|表示由 3 到 4 的过程中电场力做的功的大小，则（ ） A.|W12|＞2|W34| B.|W12|=2|W34| C.P、O 两电荷可能同号 D.P、O 两电荷一定异号 【答案】AD 【解析】根据电场线的分布情况可知，2、3 间的场强大于 3、4 间场强，由公式 U=Ed 分析得知，2、3 间的 电势差大于 3、4 间的电势差，所以 1、2 间的电势差大于 3、4 间电势差的 2 倍，即有 >2 ，由电场 力做功公式 W=qU 得， >2 .故 A 正确，B 错误.由轨迹的弯曲方向可判定两电荷间存在引力，是异号 电荷，故 C 错误，D 正确，故选 A、D. 10.（多选）如图所示，实线为电场线，虚线为等势线，且 AB＝BC，电场中的 A、B、C 三点的场强分别为 EA、EB、EC，电势分别为 φA、φB、φC，AB、BC 间的电势差分别为 UAB、UBC，则下列关系中正确的有 （ ） A.φA＞φB＞φC B.EC＞EB＞EA C.UAB＜UBC D.UAB＝UBC 【答案】ABC 【解析】由电场线的方向是电势降低的方向知选项 A 正确.由题图中电场线的分布规律可知，电场不是匀强 电场，C 附近电场线稠密，B 附近电场线次之，A 附近电场线最稀疏，所以 EC＞EB＞EA，选项 B 正确；由 公式 U＝Ed 进行定性分析知：UBC＞UAB，选项 C 正确，D 错误；故选 A、B、C. 11.（多选）两个相同的负电荷和一个正电荷附近的电场线分布如图所示，c 是两负电荷连线的中点，d 点在 正电荷的正上方，c、d 到正电荷的距离相等，则（ ） A.a 点的电场强度比 b 点的大 B.a 点的电势比 b 点的高 C.c 点的电场强度比 d 点的大 D.c 点的电势比 d 点的低 【答案】ACD 【解析】根据电场线的疏密判断，a 点电场强度比 b 点的大，A 正确；根据沿电场线电势降低，a 点的电势 比 b 低，B 错误；根据电场的叠加原理，c、d 点的电场都是正电荷与两个相同的负电荷形成的电场的叠加， c 点两个相同的负电荷形成的电场互相抵消、d 点两个相同的负电荷形成的电场方向与正电荷形成的电场方 向相反，而 c、d 点与正电荷距离相等，所以 c 点电场强度比 d 大，C 正确；根据 U＝Ed 的原理，c、d 点与 正电荷距离相等，但正电荷到 c 间电场强度比到 d 间电场强度大，所以电势降落大，所以 c 点的电势比 d 点的低，D 正确. 12.（多选）如图所示，一电场的电场线分布关于 y 轴（沿竖直方向）对称，O、M、N 是 y 轴上的三个点， 且 OM＝MN.P 点在 y 轴右侧，MP⊥ON.则（ ） A.M 点的电势比 P 点的电势高 B.将负电荷由 O 点移动到 P 点，电场力做正功 C.M、N 两点间的电势差大于 O、M 两点间的电势差 D.在 O 点静止释放一带正电粒子，该粒子将沿 y 轴做直线运动 【答案】AD 【解析】在静电场中，沿着电场线方向，电势降低，A 项正确；负电荷在电场中受力方向与电场线的切线 方向相反，故由 O 向 P 运动时，电场力做负功，B 项错；由电场线的疏密程度可知，OM 段的任意点场强 均大于 MN 段任意点场强，故移动同一正电荷在 OM 段和 MN 段间运动，电场力在 OM 段做功较多，故 OM 两点间电势差大于 MN 两点间电势差，C 项错；根据电场线关于 y 轴对称，故 y 轴上场强方向处处沿 y 轴正 方向，故正电粒子受力始终沿 y 轴正方向，故粒子做直线运动，D 项正确.