2019-2020学年高中物理第1章静电场第4节电势能和电势同步作业含解析 人教版选修3-1
第4节 电势能和电势
1．如图所示，在匀强电场中有A、B两点，将一电荷量为q的正电荷从A点移到B点，第一次沿直线AB移动该电荷，电场力做功为W1；第二次沿路径ACB移动该电荷，电场力做功为W2；第三次沿曲线AB移动该电荷，电场力做功为W3，则( )
A．W1>W2 B．W3
EpA＝EpC
D．该电荷在A、C两点时所受电场力相同
C 解析 从A到C，电场力对该电荷先做负功，后做正功，选项A、B错误；电场力先做负功，后做正功，则电势能先增加后减小，A、C在同一等势面上，因此有EpB>EpA＝EpC
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，选项C正确；该电荷在A、C两点时所受电场力都是背离圆心的斥力，即两力的方向不同，选项D错误．
7．两个固定的等量异号点电荷所产生电场的等势面如图中虚线所示，一带负电的粒子以某一速度从图中A点沿图示方向进入电场在纸面内飞行，最后离开电场，粒子只受静电力作用，则粒子在电场中( )
A．做直线运动，电势能先变小后变大
B．做直线运动，电势能先变大后变小
C．做曲线运动，电势能先变小后变大
D．做曲线运动，电势能先变大后变小
C 解析 由题图可知等势面由两固定的等量异号点电荷产生，其电场分布如图所示．带负电的粒子在等量异号点电荷所产生电场中的偏转运动轨迹如图所示，则粒子在电场中做曲线运动，电场力对带负电的粒子先做正功后做负功，电势能先变小后变大，选项C正确．
8．(多选)如图所示，在x轴上相距为L的两点固定两个等量异号点电荷＋Q、－Q，虚线是以＋Q所在点为圆心、为半径的圆，a、b、c、d是圆上的四个点，其中a、c两点在x轴上，b、d两点关于x轴对称．下列判断正确的是( )
A．b、d两点处的电势相同
B．四个点中c点处的电势最低
C．b、d两点处的电场强度相同
D．将一试探电荷＋q沿圆周由a点移至c点，＋q的电势能减小
ABD 解析 由等量异种点电荷的电场线分布及等势面特点知，选项A、B正确，C错误．四个点中a点电势最高、c点电势最低，正电荷在电势越低处电势能越小，选项D正确．
[能力提升]
9．如图所示，一带电粒子在电场中沿曲线AB运动，从B点穿出电场，a、b、c、d为该电场中的等势面，这些等势面都是等间距、互相平行的竖直平面，不计粒子所受重力，则( )
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A．该粒子一定带负电
B．此电场不一定是匀强电场
C．该电场的电场线方向一定水平向左
D．粒子在电场运动过程中动能不断减少
D 解析 由于不能确定电场线方向，故不能确定粒子所带电性，选项A、C错误；等势面等间距、互相平行，故一定是匀强电场，选项B错误；粒子所受电场力一定沿电场线指向轨迹凹侧，而电场线和等势面垂直，由此可确定电场力一定做负功，故动能不断减少，选项D正确．
10．(多选)一粒子从A点射入电场，从B点射出，电场的等势面和粒子的运动轨迹如图所示，图中左侧前三个等势面彼此平行，不计粒子的重力．下列说法正确的有( )
A．粒子带负电荷
B．粒子的加速度先不变，后变小
C．粒子的速度不断增大
D．粒子的电势能先减小，后增大
AB 解析 根据电场线与等势面垂直并指向电势低的等势面，可大致画出电场线的形状，粒子在静电力的作用下轨迹向下弯曲，根据曲线运动的特点，说明静电力指向轨迹内侧，与电场强度方向相反，粒子带负电，选项A正确；等势面先是平行等距，后变得稀疏，则电场先是匀强电场，后是非匀强电场，即静电力先不变，后变小，选项B正确；根据W＝qU，静电力做负功，所以粒子的速度减小，选项C错误；静电力始终做负功，由功能关系可知，粒子的电势能始终增大，选项D错误．
11．将一个电荷量为－2×10－8 C的点电荷，从零电势点S点移到M点要克服静电力做功4×10－8 J.
(1)q在M点的电势能和M点的电势各是多少？
(2)q移入电场前，M点的电势是多少？
(3)若将该电荷从M点移至N点，静电力做功1.4×10－7 J，则q在N点的电势能和N点的电势分别为多少？
解析 (1)由WSM＝EpS－EpM得
EpM＝EpS－WSM＝4×10－8 J；
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由EpM＝qφM得φM＝＝ V＝－2 V.
(2)电势与电荷无关，故q移入电场前φM＝－2 V.
(3)由WMN＝EpM－EpN得
EpN＝EpM－WMN＝－1×10－7 J；
由EpN＝qφN得φN＝＝ V＝5 V.
答案 (1)4×10－8 J －2 V (2)－2 V
(3)－1×10－7 J 5 V
12．电荷量为q＝1×10－4 C的带正电小物块置于粗糙的绝缘水平面上，所在空间存在沿水平方向的匀强电场，场强E与时间t的关系及小物块速度v与时间t的关系分别如图甲、乙所示，若重力加速度g取10 m/s2，求：
(1)物块的质量m；
(2)物块与水平面之间的动摩擦因数；
(3)物块运动2 s的过程中，其电势能的改变量．
解析 (1)由题图可知
E1＝3×104 N/C，E2＝2×104 N/C，a1＝2 m/s2，
E1q－μmg＝ma1， ①
E2q－μmg＝0， ②
由①②代入数据得m＝0.5 kg，μ＝0.4.
(2)由(1)可知μ＝0.4.
(3)ΔEp＝－E1ql1－E2ql2＝－(3×104×1×10－4××2×1＋2×104×1×10－4×2×1) J＝－7 J，
电势能减少7 J.
答案 (1)0.5 kg (2)0.4 (3)电势能减少7 J
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