1、淘宝：知行书屋 第十章 静电场中的能量10.1 电势能和电势一、单选题：1. 将一正电荷从无穷远处移至电场中M点，静电力做功为6.0109 J，若将一个等量的负电荷从电场中N点移向无穷远处，静电力做功为7.0109 J，则M、N两点的电势M、N的关系为()A.MNM0C.NMN0解析取无穷远处电势0。对正电荷：WM0EpMqM，M；对负电荷：WNEpN0qN，N；所以NM0，选项C正确。答案C2.说法正确的是()A.电荷从电场中的A点运动到了B点,路径不同,静电力做功的大小就可能不同B.电荷从电场中的某点开始出发,运动一段时间后,又回到了该点,则静电力做功为零C.正电荷沿着电场线运动,静电力对
2、正电荷做正功,负电荷逆着电场线运动,静电力对负电荷做负功D.电荷在电场中运动,因为静电力可能对电荷做功,所以能量守恒定律在电场中并不成立解析静电力做功和电荷运动路径无关,所以选项A错误;静电力做功只和电荷的初、末位置有关,所以电荷从某点出发又回到了该点,静电力做功为零,选项B正确;正电荷沿电场线的方向运动,则正电荷受到的静电力和电荷的位移方向相同,故静电力对正电荷做正功,同理,负电荷逆着电场线的方向运动,静电力对负电荷做正功,选项C错误;电荷在电场中虽然有静电力做功,但是电荷的电势能和其他形式的能之间的转化满足能量守恒定律,选项D错误。答案B3.在静电场中,将一正电荷从A点移到B点,静电力做了
3、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AC.B点的电势一定比A点高D.该电荷的动能一定减少解析从A到B,静电力对正电荷做负功,该电荷电势能增加,qAqB,即AB，EAEB B.AB，EAEBC.AEB D.AB，EAEB解析负电荷从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AEB，C正确。答案C5.对于如图所示电场中的A、B、C三点，下列判断正确的是()AB点的电场强度最大BA点的电势最高C正电荷在B点受到的电场力最大D负电荷在A点具有的电
4、势能最大答案B解析A点处电场线最密，电场强度最大，B点处电场线最稀疏，场强最小，故A错误根据沿着电场线的方向电势降低可知，A点的电势最高，故B正确；A点处电场线最密，电场强度最大，由FqE知同一电荷在A点受到的电场力最大，同理可知在B点处受到的电场力最小，故C错误；A点电势最高，由Epq知负电荷在A点处电势能最小，故D错误6.两个带等量正电荷的点电荷如图4所示，O点为两电荷连线的中点，a点在连线的中垂线上，若在a点由静止释放一个电子，关于电子的运动，下列说法正确的是()A电子在从a点向O点运动的过程中，加速度越来越大，速度越来越大B电子在从a点向O点运动的过程中，加速度越来越小，速度越来越大C
5、电子运动到O点时，加速度为零，速度最大D电子通过O点后，速度越来越小，加速度越来越大，一直到速度为零答案C解析带等量正电荷的两点电荷连线的中垂线上，中点O处的场强为零，沿中垂线从O点向无穷远处场强先变大，达到一个最大值后，再逐渐减小到零但a点与最大场强点的位置关系不能确定，电子在从a点向O点运动的过程中，当a点在最大场强点的上方时，加速度先增大后减小；当a点在最大场强点的下方时，电子的加速度则一直减小，故A、B错误；但不论a点的位置如何，电子在向O点运动的过程中，都在做加速运动，所以电子的速度一直增加，当到达O点时，加速度为零，速度达到最大值，C正确；通过O点后，电子的运动方向与场强的方向相同
6、，与所受电场力方向相反，故电子做减速运动，由能量守恒定律得，当电子运动到与a点关于O点对称的b点时，电子的速度为零同样因b点与最大场强点的位置关系不能确定，故加速度大小的变化不能确定，D错误7.如图所示，一圆环上均匀分布着正电荷，x轴垂直于环面且过圆心O，下列关于x轴上的电场强度和电势的说法中正确的是()AO点的电场强度为零，电势最低BO点的电场强度为零，电势最高C从O点沿x轴正方向，电场强度减小，电势升高D从O点沿x轴正方向，电场强度增大，电势降低答案B解析将圆环等分成若干微小段，每一小段和与它关于O点对称的一小段在O点产生的电场，电场强度总大小相等、方向相反，矢量和为零，即最终在O点的总矢
7、量和为零，即在O点处，电场强度为零因为圆环带正电，因此，每一小段和与它关于O点对称的一小段在O点的左右两侧，产生大小相等、方向分别向外与x轴夹角相等的电场，矢量和沿着x轴，由O点向两侧发散，各段叠加后总矢量和仍然沿着x轴，由O点向两侧发散，根据沿着电场线方向电势逐渐降低的规律可知，O点的电势最高，故选项A、C错误，B正确；当从O点沿x轴正方向，趋于无穷远时，电场强度也为零，因此从O点沿x轴正方向，电场强度先变大，后变小，故选项D错误8.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，这些等势面都是互相平行的竖直平面，不计粒子所受重力，则()A该粒子
8、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粒子在电场中运动过程动能不断减少【解析】由于不能确定电场线方向，故不能确定粒子带负电，A、C错误，等势面互相平行，故一定是匀强电场，B错误，粒子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，D正确【答案】D9.如图所示，带等量异号电荷的两平行金属板在真空中水平放置，M、N为板间同一电场线上的两点，一带电粒子(不计重力)以速度vM经过M点在电场线上向下运动，且未与下板接触，一段时间后，粒子以速度vN折回N点，则()A粒子受电场力的方向一定由M指向NB粒子在M点的速度一定比在N
9、点的大C粒子在M点的电势能一定比在N点的大D电场中M点的电势一定高于N点的电势【解析】由题意可知M、N在同一电场线上，带电粒子从M点运动到N点的过程中，电场力做负功，动能减小，电势能增加，故选项A、C错误，B正确；由于题中未说明带电粒子及两极板的电性，故无法判断M、N两点的电势高低，选项D错误【答案】B10.如图所示，P、Q是等量的正点电荷，O是它们连线的中点，A、B是中垂线上的两点，OAOB，用EA、EB和A、B分别表示A、B两点的电场强度和电势，则()AEA一定大于EB，A一定大于BBEA不一定大于EB，A一定大于BCEA一定大于EB，A不一定大于BDEA不一定大于EB，A不一定大于B【解
10、析】P、Q所在空间中各点的电场强度和电势由这两个点电荷共同决定，电场强度是矢量，P、Q两点电荷在O点的合场强为零，在无限远处的合场强也为零，从O点沿PQ垂直平分线向远处移动，场强先增大，后减小，所以EA不一定大于EB.电势是标量，由等量同号电荷的电场线分布图可知，从O点向远处，电势是一直降低的，故A一定大于B.【答案】B二、 多选题11.下列说法正确的是()A电荷从电场中的A点运动到B点，路径不同，静电力做功的大小就可能不同B电荷从电场中的某点出发，运动一段时间后，又回到了该点，则静电力做功为零C正电荷沿着电场线运动，静电力对正电荷做正功，负电荷逆着电场线运动，静电力对负电荷做正功D电荷在电场
11、中运动，因为静电力可能对电荷做功，所以能量守恒定律在电场中并不成立答案BC解析静电力做功和电荷运动路径无关，故A错误；静电力做功只和电荷的初、末位置有关，所以电荷从某点出发又回到了该点，静电力做功为零，故B正确；正电荷沿电场线的方向运动，则正电荷受到的静电力和电荷的位移方向相同，故静电力对正电荷做正功，同理，负电荷逆着电场线的方向运动，静电力对负电荷做正功，故C正确；电荷在电场中运动虽然有静电力做功，但是电荷的电势能和其他形式的能之间的转化满足能量守恒定律，故D错误12.关于电势的高低，下列说法正确的是()A沿着电场线的方向电势逐渐降低B电势降低的方向一定是电场线的方向C正电荷只在电场力的作用
12、下，一定向电势低的地方移动D负电荷只在电场力的作用下，由静止释放，一定向电势高的地方移动答案AD解析沿着电场线的方向电势逐渐降低，故A正确；电势降低的方向不一定是电场线的方向，故B错误；若正电荷具有初速度，即使只受电场力作用，也可由低电势点向高电势点移动，故C错误；负电荷只在电场力的作用下由静止释放，一定向电势高的地方移动，故D正确13.如图是某种静电矿料分选器的原理示意图，带电矿粉经漏斗落入水平匀强电场后，分落在收集板中央的两侧对矿粉分离的过程中，下列表述正确的有()A带正电的矿粉落在右侧B电场力对矿粉做正功C带负电的矿粉电势能变大D带正电的矿粉电势能变小【解析】由题图可知，电场方向水平向左
13、，带正电的矿粉所受电场力方向与电场方向相同，所以落在左侧；带负电的矿粉所受电场力方向与电场方向相反，所以落在右侧选项A错误无论矿粉所带电性如何，矿粉均向所受电场力方向偏转，电场力均做正功，选项B正确；电势能均变小，选项C错误，选项D正确【答案】BD14.如图所示，a、b、c为电场中同一条电场线上的三点，其中c为a、b的中点。若一个运动的正电荷只在静电力作用下先后经过a、b两点，a、b两点的电势分别为a3 V，b7 V，则()A.a点的场强一定小于b点的场强B.a点场强有可能等于b点场强C.正电荷在a点的动能小于在b点的动能D.正电荷在a点的电势能小于在b点的电势能解析沿电场线方向电势降低，由题
14、意知电场线的方向向左，只有一条电场线，无法判断电场线的疏密，就无法判断两点场强的大小，故A错误，B正确；根据正电荷在电势高处电势能大，可知，正电荷从a点运动到b点的过程中克服静电力做功，电势能一定增大，而由能量守恒定律知，其动能一定减小，故C错误，D正确。答案BD15.两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点的低解析根据电场线的分布图，a、b两点中，a点的电场线较密，则a点的电场强度较大，选项A正确；沿电
15、场线的方向电势降低，a点的电势低于b点的电势，选项B错误；由于c、d关于正电荷对称，正电荷在c、d两点产生的电场强度大小相等、方向相反；两负电荷在c点产生的电场强度为0，在d点产生的电场强度方向向下，根据电场的叠加原理，c点的电场强度比d点的大，选项C正确；c、d两点中c点离负电荷的距离更小，c点电势比d点低，选项D正确。答案ACD16.在真空中A、B两点分别放置等量异种电荷，在电场中通过A、B两点的竖直平面内对称位置取一个矩形路径abcd，如图所示，现将一电子沿abcd移动一周，则下列判断正确的是()A由ab电场力做正功，电子的电势能减小B由bc电场对电子先做负功，后做正功，总功为零C由cd
16、电子的电势能一直增加D由da电子的电势能先减小后增加，电势能变化量为零【解析】电子带负电，由ab电场力做负功电势能增加，由cd电场力做正功，电势能减小，故A、C错误由bc，电场力对电子先做负功后做正功，由对称性，b、c两点电子电势能相等，故总功为零，B正确，由da电场力对电子先做正功后做负功，故电子的电势能先减小后增加，再由对称性可确定电势能变化量为零，故D正确【答案】BD17.静电场中，一带电粒子仅在电场力的作用下自M点由静止开始运动，N为粒子运动轨迹上的另外一点，则()A.运动过程中，粒子的速度大小可能先增大后减小B.在M、N两点间，粒子的轨迹一定与某条电场线重合C.粒子在M点的电势能不低
17、于其在N点的电势能D.粒子在N点所受电场力的方向一定与粒子轨迹在该点的切线平行解析如图所示，在两正电荷形成的电场中，一带正电的粒子在两电荷的连线上自M点由静止开始运动时，粒子有可能经过先加速再减速的过程，粒子的速度先增大后减小，A正确；粒子运动轨迹与电场线重合需具备初速度为零、电场线为直线、只受电场力三个条件，因电场中的电场线不一定是直线，所以带电粒子的运动轨迹不一定与电场线重合，B错误；带电粒子仅受电场力在电场中运动时，其动能与电势能的总量不变，EkM0，而EkN0，故EpMEpN，C正确；粒子运动轨迹的切线方向为速度方向，由于粒子运动轨迹不一定是直线，故N点电场力方向与轨迹切线方向不一定平
18、行，D错误。答案AC18.如图所示，光滑绝缘细杆AB，水平放置于被固定的带负电荷的小球的正上方，小球的电荷量为Q，可视为点电荷a、b是水平细杆上的两点，且在以带负电小球为圆心的同一竖直圆周上一个质量为m、电荷量为q的带正电的小圆环(可视为质点)套在细杆上，由a点静止释放，在小圆环由a点运动到b点的过程中，下列说法中正确的是()A小圆环所受库仑力的大小先增大后减小B小圆环的加速度先增大后减小C小圆环的动能先增加后减少D小圆环与负电荷组成的系统电势能先增加后减少【解析】库仑力的大小先增大后减小，选项A正确；由于小圆环运动到小球正上方时，加速度为零，选项B错；由动能定理，电场力先做正功后做负功，因而
19、动能先增加后减少，电势能先减少后增加，选项C正确；D错误【答案】AC三、 非选择题19.如图所示的匀强电场中，有A、B、C三点，AB5 cm，BC12 cm，其中AB沿电场方向，BC和电场方向成60角一个电荷量为q4108 C的正电荷从A移到B，电场力做功为W11.2107 J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？答案(1)60 N/C(2)减少1.44107 J解析(1)由W1qEAB得，该电场的电场强度大小为：E N/C60 N/C(2)该电荷从B到C，电场力做功为：W2FBCcos 60qEBCcos 60410860121020.5 J1.44
20、107 J所以，该过程电荷的电势能减少1.44107 J.20.如图所示，在场强E104 N/C的水平匀强电场中，有一根长l15 cm的细线，一端固定在O点，另一端系一个质量m3 g、电荷量q2106 C的带正电小球，当细线处于水平位置时，小球从静止开始释放，g取10 m/s2.求：(1)小球到达最低点B的过程中重力势能、电势能分别变化了多少？(2)若取A点电势为零，小球在B点的电势能、电势分别为多大？(3)小球到B点时速度为多大？绳子张力为多大？【解析】(1)Epmgl4.5103 J Ep电Eql3103 J(2)Ep3103 JEpBq，B V1.5103 V(3)AB由动能定理得：mg
21、lEqlmv所以vB1 m/s，在B点对小球FTmg，FT5102 N【答案】(1)重力势能减少4.5103 J电势能增加3103 J(2)3103 J1.5103 V(3)1 m/s5102 N21一匀强电场，场强方向是水平的(如图所示)一个质量为m的带正电的小球，从O点出发，初速度的大小为v0，在静电力与重力的作用下，恰能沿与场强的反方向成角的直线运动求小球运动到最高点时其电势能与在O点的电势能之差【解析】设小球的电荷量为q，因小球做直线运动，则它受到的静电力Eq和重力mg的合力必沿初速度方向，如右图所示有mgEqtan 由此可知，小球做匀减速直线运动的加速度大小为a设从O点到最高点的路程为s，有v2as运动的水平距离为lscos 由上面公式可得静电力做功WEqlmvcos2 电势能之差EpWmvcos2 【答案】mvcos2 知行合一