高考物理总复习 第7单元 静电场 作业手册20电场的能的性质.docx
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高考物理总复习第7单元静电场作业手册20电场的能的性质
课时作业(二十) 第20讲 电场的能的性质
时间/40分钟
基础巩固
1.[2017·黑龙江大庆一模]关于静电场,下列说法中正确的是( )
A.将负电荷由电势低的地方移到电势高的地方,电势能一定增加
B.无论是正电荷还是负电荷,从电场中某点移到无穷远处时,静电力做的正功越多,电荷在该点的电势能就越大
C.在同一个等势面上的各点处场强的大小一定是相等的
D.电势降低的方向就是场强的方向
2.(多选)[2017·湖北六校联考]一带电小球在空中由A点运动到B点的过程中,只受重力、电场力和空气阻力三个力的作用.若小球的重力势能增加5J,机械能增加1.5J,电场力做功2J,则( )
A.重力做功5JB.电势能减少2J
C.空气阻力做功0.5JD.动能减少3.5J
3.[2017·合肥一中段考]如图K20-1所示,在真空中固定两个等量异号点电荷+Q和-Q,图中O点为两点电荷连线的中点,P点为连线上靠近-Q的一点,MN为过O点的一条线段,M点与N点关于O点对称.下列说法中正确的是( )
图K20-1
A.同一个试探电荷在M、N两点所受的电场力相同
B.M、N两点的电势相同
C.将带正电的试探电荷从M点沿直线移到N点的过程中,电荷的电势能先增大后减小
D.只将-Q移到P点,其他点在空间的位置不变,则O点的电势升高
4.(多选)[2017·郑州一中摸底]现有两个边长不等的正方形ABCD和abcd,如图K20-2所示,且Aa、Bb、Cc、Dd间距相等,在AB、AC、CD、DB的中点分别放置等量的正点电荷和负点电荷.下列说法中正确的是( )
图K20-2
A.O点的电场强度和电势均为零
B.把一负点电荷由b移动到c时,电场力做功为零
C.同一点电荷在a、d两点所受电场力相同
D.将一正点电荷由a点移到b点,电势能减小
5.(多选)[2017·四川凉山三诊]如图K20-3所示,在纸面内有一水平直线,直线上有a、b两点,且ab长度为d,当在该纸面内的某位置固定一个点电荷Q时,a、b两点的电势相等,且a点的场强大小为E,方向如图所示,θ=30°.已知静电力常量为k,下列说法中正确的是( )
图K20-3
A.点电荷Q带正电
B.点电荷Q所带的电荷量的大小为
C.把一个带电荷量为+q的点电荷从a点沿直线移动到b点过程中,其所受的电场力先增大后减小
D.把一个带电荷量为+q的点电荷从a点沿直线移动到b点过程中,其电势能先增大后减小
技能提升
6.(多选)[2017·江西新余四中段考]如图K20-4所示,轻
弹簧上端固定,下端拴着一个带正电的小球Q,Q在O处时弹簧处于原长状态,Q可在O1处静止.将另一带正电的小球q固定在O1正下方某处,Q可在O2处静止.现将Q从O处由静止释放,则Q从O运动到O1处的过程中( )
图K20-4
A.Q运动到O1处时速率最大
B.Q的加速度大小先减小后增大
C.Q的机械能不断减小
D.Q、q、弹簧与地球组成的系统的势能不断减小
7.[2017·湖南怀化二模]如图K20-5所示,现有一
个以O点为圆心、以OP为半径的圆,四边形ABCD为圆内接的正方形,a、b、c、d分别为正方形的四个边AB、BC、CD和DA的中点,P、Q分别为弧AB和弧CD的
中点.现在A、B、C、D四点分别放上等量的正电荷和负电荷(如图中所示),若取无穷远处电势为零,则下列说法中不正确的是( )
图K20-5
A.O点的电场强度和电势均为零
B.把正电荷从a点移到c点,电场力做正功
C.把正电荷从b点移到d点,电场力做功为零
D.同一电荷在P、Q两点处所受的电场力大小相等,方向相反
8.(多选)[2017·广东揭阳二模]如图K20-6所示,真空中有一个边长为L的正方体,正方体的两个顶点M、N处分别放置所带电荷量都为q的正、负点电荷,图中的a、b、c、d也是正方体的顶点.已知静电力常量为k.下列说法中正确的是( )
图K20-6
A.a、b两点电场强度相同
B.a点电势高于b点电势
C.把正点电荷从c点移到d点,电势能增加
D.M点的电荷受到的库仑力大小为F=
9.(多选)[2017·天津期末]空间内存在与纸面平行的匀强电场,纸面内的A、B、C三点均位于以O点为圆心、半径为10cm的圆周上,并且∠AOC=90°,∠BOC=120°,如图K20-7所示.现把一个电荷量q=1×10-5C的正电荷从A点移到B点时,电场力做功为-1×10-4J;从B点移到C点时,电场力做功为3×10-4J,则该匀强电场的场强( )
图K20-7
A.大小为200V/m
B.大小为200
V/m
C.方向垂直于OA向右
D.方向垂直于OC向下
10.(多选)[2017·长沙长郡中学一模]某电场中x轴上各点的电场强度的大小变化如图K20-8所示,场强方向与x轴平行,规定沿x轴的正方向为正.一负点电荷从坐标原点O以一定的初速度沿x轴负方向运动,到达x1位置时速度第一次为零,到达x2位置时速度第二次为零,不计粒子的重力.下列说法中正确的是( )
图K20-8
A.负点电荷从x1位置运动到x2位置的过程中,速度先保持不变,然后均匀增大再均匀减小
B.负点电荷从O点沿x轴正方向运动到x2位置的过程中,加速度先均匀增大再均匀减小
C.电势差UOx1 D.在整个运动过程中,负点电荷在x1、x2位置的电势能最大 11.[2017·河南南阳期中]如图K20-9所示,x轴正方向水平向右,y轴正方向竖直向上,在第Ⅰ象限内有方向竖直向上的有界匀强电场,其所在区域的形状是直角三角形,三角形斜边分别与x轴和y轴相交于(L,0)点和(0,L)点.在该区域左侧沿x轴正方向射来 质量为m、带电荷量为-q(q>0)且初速度为v0的相同带电微粒,这些带电微粒分布在0 )点射入电场区域的带电微粒刚好从(L,0)点射出.不计带电微粒的重力,求: (1)电场强度大小; (2)从0 区间内射入场区的带电微粒在射出场区时的x坐标值和射入场区时的y坐标值的关系式; (3)射到(2L,0)点的带电微粒射入场区时的y坐标值. 图K20-9 挑战自我 12.如图K20-10所示,等量异种点电荷分别固定在水平线上的M、N两点处,O点位于M、N连线中点B的正上方且与B点之间的距离为L,质量为m、电荷量为+q(可视为点电荷)的小球固定在长度为L的绝缘轻质细杆的一端,细杆另一端可绕过O点且与M、N连线垂直的水平轴无摩擦转动.现在把杆拉起到水平位置,由静止释放,小球经过最低点B时速度为v.取O点电势为零,忽略小球所带电荷量对等量异种电 荷所形成的电场的影响,重力加速度为g. (1)求小球在经过B点时对杆的拉力大小; (2)在+Q、-Q形成的电场中,求A点的电势φA; (3)小球继续向左摆动,求其在经过与A等高的C点时的速度大小. 图K20-10 课时作业(二十) 1.B [解析]将负电荷由电势低的地方移到电势高的地方,电场力做正功,因此电势能一定减小,故A错误;无论是正电荷还是负电荷,从电场中某点移到无穷远处时,因无穷远处电势能为零,因此静电力做的正功越多,电荷在该点的电势能就越大,故B正确;在等势面上,电势处处相等,但场强不一定相等,故C错误;电势降低最快的方向才是场强的方向,故D错误. 2.BD [解析]小球的重力势能增加5J,则小球克服重力做功5J,故A错误;电场力对小球做功2J,则小球的电势能减少2J,故B正确;小球受到重力、电场力、空气阻力三个力的作用,小球的机械能增加1.5J,则除重力以外的力做功为1.5J,因电场力对小球做功2J,则空气阻力做功为-0.5J,即小球克服空气阻力做功0.5J,故C错误;重力、电场力、空气阻力三力做功之和为-3.5J,根据动能定理,小球的动能减少3.5J,D正确. 3.A [解析]等量异种点电荷的电场的分布具有一定的对称性,M、N两点的电场强度相同,故同一个试探电荷在M、N两点所受的电场力 相同,A正确;在两电荷连线的垂直平分线的两侧,正电荷一边的电势要高于负电荷一边的电势,故M点的电势高于N点的电势,B错误;将带正电的试探电荷从M点沿直线移到N点的过程中,电场力一直做正功,故电势能一直减小,C错误;等量异种点电荷连线的中垂线是一条等势线,在移动-Q前,O点的电势为零,将-Q移到P点,其他点在空间的位置不变,此时两个电荷连线的中点在O点的左侧,O点的电势变为负值,故O点的电势降低,D错误. 4.BCD [解析]四个点电荷在O点都产生场强,由场强叠加原理知,O点场强不为零,且场强沿OD方向,O点电势为零,A错误;a点电势最高,b、c在同一等势面上,d点电势最低,把一负点电荷由b移动到c时,电场力做功为零,B正确 ;由电场的对称性知,同一点电荷在a、d两点所受电场力相同,C正确;将一正点电荷由a点移到b点,电势能减小,D正确. 5.BC [解析]根据点电荷的电场特点,结合题给条件可确定点电荷Q的位置在a b的中垂线和E的方向的交点处,且带 负电,A错误;a点的电场强度E=k 其中r= 解得Q= B正确;把一个带电荷量为+q的点电荷从a点沿直线移到b点过程中,先靠近后远离点电荷Q,所以其所受的电场力先增大后减小,C正确;把一个带电荷量为+q的点电荷从a点沿直线移动到b点的过程中,电场力先做正功后做负功,故电势能先减小后增大,D错误. 6.BC [解析]q在O1正下方某处,Q在O2处时受力平衡,速率最大,故A错误;Q从O运动到O1处的过程中,加速度先减小,在O2处时加速度为零,而后反向增大,故B正确;Q的机械能E等于Q的动能与重力势能之和,由功能关系有ΔE=W弹+W电,因弹簧弹力一直做负功,即W弹<0,库仑力也一直做负功,即W电<0,则ΔE<0,即Q的机械能不断减小,故C正确;系统的势能Ep等于重力势能、电势能与弹性势能之和,根据能量 守恒定律得ΔEp+ΔEk=0,由于Q的动能Ek先增大后减小,所以系统的势能先减小后增大,故D错误. 7.A [解析]左、右两个电荷和上、下两个电荷都是等量异种电荷,P、Q连线的垂直平分线是一条等势线,并延伸到无穷远,则O点电势与无穷远处电势相等,即O点的电势为零,根据电场的叠加原理可知,O点的场强不为零,A错误;由四个电荷分布的位置可知,a点电势高于c点电势,故把正电荷从a点移到c点,电场力做正功,故B正确;由四个电荷分布的位置可知,电场线关于P、Q连线对称,b点与d点电势相等,故把正电荷从b点移到d点,电场力做功为零,C正确;根据电场线的对称性可知,P、Q两点处电场线疏密程度相同,场强大小相等,方向相反,则同一电荷在P、Q两点处所受的电场力大小相等,方向相反,D正确. 8.AD [解析]由等量异种点电荷的电场分布可知,a、b两点处电场强度相同,a点的电势等于b点的电势,且都等于零,A正确,B错误;因c点电势高于d点,故把正点电荷从c点移到d点,电势能减小,C错误;M点的电荷受到的库仑力大小为F=k D正确. 9.AC [解析]由题意知,UAB= V=-10V,UBC= V=30V,则UAC =UAB+UBC=20V,若设φC=0,则φA=20V φB=30V,延长AO与BC交于BC的三等分点D,则D点的电势应为20V,AD是电势为20V的等势线,故场强方向垂直于OA向右,场强大小为E= V/m=200V/m,故选项A、C正确. 10.BD [解析]将负点电荷从x1位置运动到x2位置的过程分为两个阶段: 从x1位置运动到O点的过程中,初速度为0,根据牛顿第二定律得a= 电场强度E不变,所以加速度a不变,做匀加速运动;从O点运动到x2位置的过程中,根据牛顿第二定律得a= 电场强度E先均匀增大后均匀减小,所以加速度a先均匀增大再均匀减小,速度不是均匀变化的,故A错误,B正确.点电荷从O点运动到x1位置的过程中,根据动能定理得-UOx1q=0- 点电荷从O点运动到x2位置的过程中,根据动能定理得-UOx2q=0- 故电势差UOx1=UOx2,C错误.点电荷从O点运动到x1位置的过程中,电场力做负功,电势能增大,点 电荷在x1位置的电势能最大,点电荷从O点运动到x2位置的过程中,电场力也做负功,电势能增大,点电荷在x2位置的电势能也为最大,故D正确. 11. (1) (2)x2=2Ly (3) L [解析] (1)设电场强度为E,从(0, )点射入场区的带电微粒在场区中的偏转时间为t1,有 L=v0t1 qE=ma 解得E= . (2)微粒做类平抛运动,有 x=v0t y= at2 可得x2=2Ly. (3)如图所示,设射到(2L,0)点的带电微粒在场区中的水平偏转位移为x1,竖直偏转位移为y1,偏转角为θ,偏转时间为t2,射入场区时的y坐标值为Y,有 x1=v0t2 y1= 根据几何关系有x1+ =2L,L-x1=Y-y1 根据平抛运动的特点有tanθ=2 解得Y= L. 12. (1) mg+m (2) (3) [解析] (1)小球经B点时,在竖直方向上,有 F-mg=m 由牛顿第三定律可知,小球对细杆的拉力大小F'=F=mg+m . (2)O点电势为零,而OB在M、N连线的垂直平分线上,故B点的电势φB=0 对小球由A点运动到B点的过程,由动能定理可得 mgL+q(φA-φB)= mv2 解得φA= . (3)由电场的对称性可得φC=-φA,所以UAC=2φA 对小球由A点运动到C点的过程,由动能定理可得 qU AC= 解得vC= .
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