人教版高中物理选修(3-1)-1.4《电势能和电势》典型例题
人教版 高二物理 选修3-1 ：1.4 电势能和电势 同步练习(带解析)
电势能和电势同步练习一、单选题1.关于静电场的等势面，下列说法正确的是()A. 两个电势不同的等势面可能相交B. 电场线与等势面处处相互垂直C. 同一等势面上各点电场强度一定相等D. 将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面，电场力做正功2.如图所示，O为两个等量异种电荷连线的中点，P为连线中垂线上的一点，对O、P两点的比较正确的是()A. φO=φP，E0<E pB. φO>φP，E0=E pC. 负电荷在P点的电势能大D. O、P两点所在直线为等势线3.如图所示，虚线为静电场中的等势面1、2、3、4，相邻的等势面之间的电势差相等，其中等势面3的电势为0.一带正电的点电荷在静电力的作用下运动，经过a、b点时的动能分别为26eV和5eV.当这一点电荷运动到某一位置，其电势能变为−8eV时，它的动能应为()A. 8 eVB. 13 eVC. 20 eVD. 34 eV4.如图所示，匀强电场中三点A，B，C是一个三角形的三个顶点，∠ABC=∠CAB=30°，BC=2√3m，已知电场线平行于△ABC所在的平面，一个电荷量q=−2×10−6C的点电荷由A移到B的过程中，电势能增加了1.2×10−5J，由B移到C的过程中电场力做功6×10−6J，下列说法正确的是()A. B，C两点的电势差U BC=3VB. 电场方向由B指向AC. 负电荷由C点移到A点的过程中，电势能增加D. 该电场的场强为1V/m5.空间中P、Q两点处各固定一个点电荷，其中P点处为正电荷，P、Q两点附近电场的等势面分布如图所示，a、b、c、d为电场中的4个点。
则()A. P、Q两点处的电荷等量同号B. a点和b点的电场强度相同C. c点的电势低于d点的电势D. 负电荷从a到c，电势能减少6.如图所示，虚线a、b、c代表电场中的三个等势面，相邻等势面之间的电势差相等，即U ab=U bc，实线为一带负电的质点仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，P、Q是这条轨迹上的两点，据此可知()A. 三个等势面中，a的电势最低B. 带负电的质点在P点时的电势能比在Q点小C. 带负电的质点通过P点时的动能比在Q点大D. P点电场强度比Q点小7.如图所示，三个等势面上有A，B，C，D四点，若将一正电荷由C点经A点移到D点，静电力做正功W1；若由C点经B点移到D点，静电力做正功W2，则W1与W2，C、D两点电势φC、φD的大小关系分别为A. W1>W2，φC>φDB. W1<W2，φC<φDC. W1=W2，φC<φDD. W1=W2，φC>φD8.如图所示，真空中有两等量异种点电荷A、B，CD是其连线的垂直平分线，与连线相交于Ｏ点。
人教版高中物理选修3-1典型例题：
（精心整理，诚意制作）典型例题：例1、有三个完全相同的金属小球A、B、C，其中A、B分别带＋14Q和－Q的电量，C不带电，A、B球心间的距离为r（远大于球的直径），相互吸引力为F。
现让C球先接触A球后，再与B球接触，当把C球移开后，A、B两球的作用力的大小将变为__________F。
精析：A、B可看成点电荷，，C球与A球接触后，由电荷守恒定律知：A、C两球各带＋7Q的电量；C球再与B球接触后，B、C两球各带＋3Q的电量，此时A、B两球间的相互作用为斥力.答案：例2、真空中的两个点电荷A、B相距20cm，A带正电Q A=4.0×10－10C，已知A对B的吸引力F=5.4×10－8N，则B在A处产生的场强大小为______V/m，方向_________；A在B处产生的场强大小是______V/m，方向是_________.精析：A对B的作用力是A的电场对B的作用力，B对A的作用力是B的电场对A的作用力，由牛顿第三定律知F BA=5.4×10－8N，则，方向由A指向B，又由，方向由B指向A.例3、如图所示，真空中有两个点电荷Q1=Q2=3.0×10－8C，它们相距0.1m，求与它们的距离都为0.1m的A点的场强.精析：点电荷Q1和Q2在A点场强分别为E1和E2，合场强在E1和E2的角平分线上，如图所示，例4、如图所示：q1、q2、q3分别表示在一条直线上的三个点电荷，已知q1与q2之间的距为l1，q2与q3之间的距为l2，且每个电荷都处于平衡状态。
(1)如q2为正电荷，则q1为______电荷，q3为______电荷。
(2)q1、q2、q3三者电荷量大小之比是：______︰______︰______解析：就q2而言，q1和q3只要带同种电荷便可能使其处于平衡状态，而对q1和q3，若都带正电荷，各自均受制另外两个电荷的斥力而不能保持平衡，只有同带负电荷，q2对其为吸引力，另外一个电荷对其为斥力，当两力大小相等时才能处于平衡状态。
人教版高中物理选修3-1--第一章：静电场--经典题目检测(含答案)
第一章：静电场经典题目检测(90分钟共100分)一、选择题(共12小题，每小题5分，共60分，在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项符合题目要求，有的小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得5分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)1．如图所示，上端固定在天花板上的绝缘轻绳连接带电小球a，带电小球b固定在绝缘水平面上，可能让轻绳伸直且a球保持静止状态的情景是( )2．如图所示，实线为三条未知方向的电场线，从电场中的M点以相同的速度飞出a、b两个带电粒子，a、b的运动轨迹如图中的虚线所示(a、b只受电场力作用)，则( )A．a一定带正电，b一定带负电B．电场力对a做正功，对b做负功~C．a的速度将减小，b的速度将增大D．a的加速度将减小，b的加速度将增大3．如图，在场强为E的匀强电场中有一个质量为m的带正电小球A悬挂在绝缘细线上，当小球静止时，细线与竖直方向成30°角，已知此电场方向恰使小球受到的电场力最小，则小球所带的电量应为( )A．mgEB．3mgEC．2mgED．mg2E4．一带电粒子从某点电荷电场中的A点运动到B点，径迹如图中虚线所示，不计粒子所受重力，则下列说法正确的是( )A．该电场是某正点电荷电场B．粒子的速度逐渐增大;C．粒子的加速度逐渐增大D．粒子的电势能逐渐增大5．位于A、B处的两个带有不等量负电的点电荷在平面内电势分布如图所示，图中实线表示等势线，则( )A．a点和b点的电场强度相同B．正电荷从c点移到d点，电场力做正功C．负电荷从a点移到c点，电场力做正功D．正电荷从e点沿图中虚线移到f点电势能不变6．在竖直向上的匀强电场中，一根不可伸长的绝缘细绳的一端系着一个带电小球，另一端固定于O点，小球在竖直平面内做匀速圆周运动，最高点为a，最低点为b，不计空气阻力，则( )（A．小球带负电B．电场力跟重力平衡C．小球在从a点运动到b点的过程中，电势能减小D．小球在运动过程中机械能守恒7．如图所示的匀强电场E的区域内，由A、B、C、D、A′、B′、C′、D′作为顶点构成一正方体空间，电场方向与面ABCD垂直，下列说法正确的是( )A．AD两点间电势差U AD与AA′两点间电势差U AA′相等B．带正电的粒子从A点沿路径A―→D―→D′移到D′点，电场力做正功—C．带负电的粒子从A点沿路径A―→D―→D′移到D′点，电势能减小D．带电粒子从A点移到C′点，沿对角线A―→C′与沿路径A―→B―→B′―→C′电场力做功相同8. 一个电子以速度8×106m/s从A点射入电场，从B点射出，电场的等势面和电子的运动轨迹如图所示，图中左侧前三个等势面彼此平行。
人教版高中物理选修3-1课后习题参考答案
第一章第一节1．答：在天气干躁的季节，脱掉外衣时，由于摩擦，外衣和身体各自带了等量、异号的电荷。
接着用手去摸金属门把手时，身体放电，于是产生电击的感觉。
2．答：由于A、B都是金属导体，可挪动的电荷是自由电子，所以，A带上的是负电荷，这是电子由B挪动到A的结果。
其中，A得到的电子数为，与B失去的电子数相等。
3．答：图1－4是此问题的示意图。
导体B中的一局部自由受A的正电荷吸引积聚在B的左端，右端会因失去电子而带正电。
A对B左端的吸引力大于对右端的排挤力，A、B之间产生吸引力。
4．答：此现象并不是说明制造出了永动机，也没有违犯能量守恒定律。
因为，在把A、B分开的过程中要克制A、B之间的静电力做功。
这是把机械转化为电能的过程。
第二节1．答：根据库仑的发现，两个一样的带电金属球接触后所带的电荷量相等。
所以，先把A球与B球接触，此时，B球带电；再把B球与C球接触，那么B、C球分别带电；最后，B球再次与A球接触，B球带电。
2．答：〔注意，原子核中的质子间的静电力可以使质子产生的加速度！〕3．答：设A、B两球的电荷量分别为、，间隔为，那么。
当用C接触A时，A的电荷量变为，C的电荷量也是；C再与接触后，B的电荷量变为；此时，A、B间的静电力变为：。
在此情况下，假设再使A、B间距增大为原来的2倍，那么它们之间的静电力变为。
4．答：第四个点电荷受到其余三个点电荷的排挤力如图1－6所示。
共受三个力的作用，，由于，互相间间隔分别为、、，所以，。
根据平行四边形定那么，合力沿对角线的连线向外，且大小是。
由于对称性，每个电荷受到其他三个电荷的静电力的合力的大小都相等，且都沿对角线的连线向外。
5．答：带电小球受重力、静电斥力和线的拉力作用而平衡，它的受力示意图见图1－7。
静电斥力，又，，所以，第三节1．答：A、B两处电场强度之比为。
A、C两处电场强度之比为。
2．答：电子所在处的电场强度为，方向沿着半径指向外。
电子受到的电场力为，方向沿着半径指向质子。
高中物理第一章静电场1.4电势能和电势课件新人教版选修31
答案:AD
归纳总结(1)在正场源电荷Q产生的电场中,正电荷q离场源电荷Q越远
电势能越小;负电荷-q离场源电荷Q越远电势能越大。
(2)在负场源电荷-Q产生的电场中,正电荷q离场源电荷-Q越远电势能越
大;负电荷-q离场源电荷-Q越远电势能越小。
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探究
(tànjiū)一
当堂检测
名师精讲
典例剖析
对静电力做功、电势能的理解
1.如图所示,试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中,沿直线从A移动到
B。(1)静电力做的功为多少?(2)若q沿折线AMB从A点移动到B点,静电
力做的功为多少?(3)若q沿任意曲线从A点移动到B点,静电力做的功为多
少?(4)由此可得出什么结论?
第十页，共31页。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
四、等势面
阅读(yuèdú)教材第18~19页“等势面”部分,知道什么是等势面,理解等势
面与电场线的关系。
1.什么是等势面?
答案:电场中电势相等的各点构成的面。
2.电场线与等势面有什么关系?
答案:电场线跟等势面垂直,并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。
第六页，共31页。
力做负功,电势能增加。
3.规定零势能点之后,电势能的大小用静电力做功怎么表述?
答案:电荷在某点的电势能,等于把它从这点移动到零势能位置(wèi zhi)时
静电力做的功。
4.一般怎么规定零电势位置(wèi zhi)?
答案:通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为0,或把电荷在大
地表面上的电势能规定为零。
电势零点
电场中某点的电势大小是由电场本身的性质决定的,与
2021年高中物理人教选修3-1习题 第1章 4电势能和电势 Word版含答案
第|一章 4根底夯实一、选择题(1～4题为单项选择题,5～7题为多项选择题),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 ,那么三者关系为()A．W1＝W2＝W3<0B．W1>W2＝W3>0C．W1＝W3>W2＝0 D．W3>W1＝W2＝0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.2．(江西师大附中2021～2021学年高二上学期检测)将一带电荷量为－q的试探电荷从无穷远处移到电场中的A点,该过程中电场力做功为W,假设规定无穷远处的电势为零,那么试探电荷在A点的电势能及电场中A点的电势分别为()A．－W ,Wq B．W ,－WqC．W ,Wq D．－W ,－Wq答案：A解析：依题意,电荷量为－q的试探电荷从无穷远处被移到电场中的A点时,电场力做的功为W,那么试探电荷的电势能减少W,无穷远处该试探电荷的电势能为零,那么该试探电荷在A点的电势能为E p＝－W ,A点的电势φA＝E p－q＝－W－q＝Wq,应选项A正确.3．如下图,某区域电场线左右对称分布,M、N为对称线上的两点.以下说法正确的选项是()A．M点电势一定低于N点电势B．M点场强一定大于N点场强C．正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能D．将电子从M点移动到N点,电场力做正功答案：C解析：从图示电场线的分布示意图可知,MN所在直线的电场线方向由M指向N,那么M点电势一定高于N点电势；由于N点所在处电场线分布密,所以N点场强大于M点场强；正电荷在电势高处电势能大,故在M点电势能大于在N点电势能；电子从M点移动到N点,要克服电场力做功.综上所述,C选项正确.4．(曲阜师大附中2021～2021学年高二上学期检测)如下图为某示波管内的聚焦电场,实线和虚线分别表示电场线和等势线.两电子分别从a、b两点运动到c点,设电场力对两电子做的功分别为W a和W b ,a、b两点的电场强度大小分别为E a和E b ,那么()A．W a＝W b ,E a>E b B．W a≠W b ,E a>E bC．W a＝W b ,E a<E b D．W a≠W b ,E a<E b答案：A解析：a、b两点在同一等势线上,所以从a运动到c和从b运动到c电场力做的功相等,即W a＝W b；由电场线的特点知,a点所处位置的电场线比b点的密,故电场强度大,即E a>E b ,综上所述,选项A正确.A、B两点,以下判断正确的选项是()A．电势φA>φB ,场强E A>E BB．电势φA>φB ,场强E A<E BC．将电荷量为q的正电荷从A点移到B点,电场力做正功,电势能减少D．将电荷量为q的负电荷分别放在A、B两点,电荷具有的电势能E p A>E p B答案：BC解析：顺着电场线电势逐渐降低,即φA>φB ,由电场线疏密可知,E A<E B ,故A错,B对；由电场力做功与电势能变化的关系可知,＋q从A移到B ,电场力做正功,电势能减少,C对；负电荷从A移到B ,电场力做负功,电势能增加,E p A<E p B ,故D错..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,O点电势高于c点.假设不计重力,那么()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U aO＝U Oc ,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.7．(吉林一中2021～2021学年高二上学期检测)如下图,某点O处固定点电荷＋Q ,另一带电－q的粒子以O为焦点做椭圆轨道运动,运动过程中经过最|近点a和最|远点b,下述说法正确的选项是()A．粒子在a点运动速率大于在b点速率B．粒子在a点运动加速度大于在b点加速度C．粒子在a点的电势能大于在b点的电势能D．＋Q所产生的电场中,a点电势高于b点答案：ABD解析：C粒子在从b到a的过程中,电场力做正功,动能增大,电势能减小；粒子在从a 到b的过程中,电场力做负功,动能减小,电势能增大,可知粒子在a点的动能大于在b点的动能,那么粒子在a点运动速率大于在b点速率,粒子在a点电势能小于在b点电势能.故A正确,C错误 .粒子在运动过程中只受到库仑力作用,粒子在a点离Q点近,根据库仑定律分析可知粒子在a点受到的库仑力大,加速度大,故B正确.＋Q所产生的电场中, 电场线从Q出发到无穷远终止,a点离Q较近,电势较高.故D正确.二、非选择题,在场强E ＝104N/C 的水平匀强电场中 ,有一根长l ＝15cm 的细线 ,一端固定在O 点 ,另一端系一个质量m ＝3g 、电荷量q ＝2×10－6C 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10m/s 2 .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)假设取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 ?答案：(1)×10－3J 电势能增加3×10－3J (2)3×10－3J ×103V (3)1m/s 5×10－2N 解析：(1)从A →B 重力做正功 ,重力势能减少ΔE ＝W G ＝mgL ×10－3J从A →B 电场力做负功 ,电势能增加ΔE p ＝W E ＝EqL ＝3×10－3J(2)假设取φA ＝0 ,那么E pB ＝3×10－3JφB ＝E pB q ×103V (3)从A →B 由动能定理知mgL －EqL ＝12m v 2B代入数据 得v B ＝1m/s在B 点由牛顿第二定律知F －mg ＝m v 2B l代入数据 得F ＝5×10－2N能力提升一、选择题(1～4题为单项选择题 ,5～6题为多项选择题)1．(安徽黄山市2021～2021学年高二上学期期末)一带电粒子从某点电荷电场中的A 点运动到B 点 ,径迹如图中虚线所示 ,不计粒子所受重力 ,那么以下说法正确的选项是( )A ．该电场是某正点电荷电场B ．粒子的速度逐渐增大C ．粒子的加速度逐渐增大D ．粒子的电势能逐渐增大答案：D解析：只知道电场的分布,没法判断是正电荷产生的电场,故A错误；由于带电粒子是从A到B ,带电粒子受电场力的方向大致斜向左方,故电场力做负功,带电粒子的速度减少,故B错误；A点电场线密集,故电场强度大,故粒子在A点受到的电场力大于B点,由牛顿第二定律可得在A点的加速度大于B点,故C错误；由于带电粒子是从A到B ,带电粒子受电场力的方向大致斜向左方,故电场力做负功,带电粒子的电势能增大,故D正确.2．(河北冀州中学2021～2021学年高二上学期期中)位于A、B处的两个带有不等量负电的点电荷在平面内电势分布如下图,图中实线表示等势线,那么()A．a点和b点的电场强度相同B．正电荷从c点移到d点,电场力做正功C．负电荷从a点移到c点,电场力做正功D．正电荷从e点沿图中虚线移到f点电势能不变答案：C解析：同一检验电荷在a、b两点受力方向不同,所以A错误；因为A、B两处有负电荷,所以,等势线由外向内表示的电势越来越低.将正电荷从c点移到d点,正电荷的电势能增加,静电力做负功,B错误；负电荷从a点移到c点,电势能减少,静电力做正功,C正确；正电荷沿虚线从e点移到f点的过程中,电势先降低再升高,电势能先减小后增大,D错误.3．(合肥一中2021～2021学年高二上学期期中)在竖直向上的匀强电场中,一根不可伸长的绝|缘细绳的一端系着一个带电小球,另一端固定于O点,小球在竖直平面内做匀速圆周运动,最|高点为a,最|低点为b,不计空气阻力,那么()A．小球带负电B．电场力跟重力平衡C．小球在从a点运动到b点的过程中,电势能减小D．小球在运动过程中机械能守恒答案：B解析：因为小球在竖直平面内做匀速圆周运动,受到重力、电场力和细绳的拉力,电场力与重力平衡,那么知小球带正电,故A错误,B正确；小球在从a点运动到b点的过程中,电场力做负功,小球的电势能增大,故C错误；由于电场力做功,所以小球在运动过程中机械能不守恒,故D错误.应选B .4.(沈阳市2021～2021学年高二上学期期末)真空中相距为3a的两个点电荷M、N分别固定于x轴上x1＝0和x2＝3a的两点上,在它们连线上各点场强随x变化关系如下图,以下判断中正确的选项是()A．x＝a点的电势高于x＝2a点的电势B．点电荷M、N所带电荷量的绝|对值之比为4∶1C．点电荷M、N一定为异种电荷D．x＝2a处的电势一定为零答案：B解析：由于不知道M、N的所带电荷的性质,故需要讨论,假设都带正电荷,那么0～2a 场强的方向向右,而沿电场线方向电势降低,故x＝a点的电势高于x＝2a点的电势；假设都带负电荷,那么0～2a场强的方向向左,故x＝a点的电势低于x＝2a点的电势,故A错误.M在2a处产生的场强E1＝kQ M(2a)2,而N在2a处产生的场强E2＝KQ Na2,由于2a处场强为0 ,故E1＝E2 ,所以Q M＝4Q N ,故B正确.由于M、N之间的场强的方向相反,故点电荷M、N一定为同种电荷,故C错误.由于电势是一个相对性的概念,即零电势的选择是任意的,人为的,故x＝2a处的电势可以为零,也可以不为零,故D错误.5．如下图,Q1、Q2为两个固定点电荷,其中Q1带正电,它们连线的延长线上有a、b 两点.一正试探电荷以一定的初速度沿直线从b点开始经a点向远处运动,其速度图象如下图,那么()A．Q2带正电B．Q2带负电C．试探电荷从b到a的过程中电势能增大D．试探电荷从b到a的过程中电势能减小答案：BC解析：逐项分析如下：选项诊断结论A 由v －t 图 ,v ↓ ,故试探电荷受向左的库仑力 ,因此Q 2带负电 × B同上 √ C由于静电力(库仑力)做负功 ,故其电势能增大 √ D 同选项C ×6.(沈阳市东北育才学校2021～2021学年高二检测)如下图 ,真空中有一个固定的点电荷 ,电荷量为＋Q .图中的虚线表示该点电荷形成的电场中的四个等势面 .有两个一价离子M 、N (不计重力 ,也不计它们之间的电场力)先后从a 点以相同的速率v 0射入该电场 ,运动轨迹分别为曲线apb 和aqc ,其中p 、q 分别是它们离固定点电荷最|近的位置 .以上说法中正确的选项是( )A ．M 一定是正离子 ,N 一定是负离子B ．M 在p 点的速率一定大于N 在q 点的速率C ．M 在b 点的速率一定大于N 在c 点的速率D ．M 从p →b 过程电势能的增量一定小于N 从a →q 电势能的增量答案：BD解析：根据轨迹向合外力的方向弯曲可知 ,M 一定是负离子 ,N 一定是正离子 ,A 错误；M 离子从a 到p 静电力做正功 ,动能增加 ,N 离子从a 到q 静电力做负功 ,动能减少 ,而初速度相等 ,故M 在p 点的速率一定大于N 在q 点的速率 ,B 正确；abc 在同一等势面上 ,离子由a 到b 和由a 到c 电场力都不做功 ,故M 在b 点的速率等于N 在c 点的速率 ,C 错误；由等势面可知φq >φp ,所以M 从p →b 过程电势能的增量小于N 从a →q 电势能的增量 ,故D 正确 .二、非选择题7.(吉林市第|一中学2021～2021学年高二上学期检测)如下图 ,倾角为θ的斜面处于竖直向下的匀强电场中 ,在斜面上某点以初速度v 0水平抛出一个质量为m 的带正电小球 ,小球受到的电场力与重力相等 ,地球外表重力加速度为g ,设斜面足够长 ,求：(1)小球经多长时间落到斜面上；(2)从水平抛出至|落到斜面的过程中 ,小球的电势能减少了多少 ?答案：(1)v 0tan θg(2)电势能减小了m v 20tan 2θ 解析：(1)小球在运动过程中Eq ＋mg ＝maEq ＝mg ,得a ＝2gy ＝12at 2 x ＝v 0t又y x＝tan θ 得t ＝v 0tan θg(2)y ＝12at 2＝12×2g ×(v 0tan θg )2＝v 20tan 2θg电场力做正功 ,电势能减小 ,那么有：ΔE ＝－W 电＝－Eqy ＝－mgy ＝－m v 20tan 2θ。
选修3-1 1.4电势能和电势
B.当两负点电荷相互靠近时，它们的电势能增大
C.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能 减小 D.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能 增大。
２、一个电荷只在电场力作用下从电场中的A点移到B点时， CD ) 电场力做了5×10－6J的功，那么 ( A．电荷在B处时将具有5×10－6J 的电势能 B．电荷在B处将具有5×10－6J 的动能 C．电荷的电势能减少了5×10－6J D．电荷的动能增加了5×10－6J
静电力作功，电势能改变
静电力做正功，电势能就减少 静电力做负功，电势能就增加
重力做正功，重力势能就减少 重力做负功，重力势能就增加
W重 = EP初-EP末
W电 = EP初-EP末
1、定义： 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量 的比值，叫做这一点的电势。
EP 2、定义式： q
电势能 重力势能
EPB=3× 10-5 J EPC=1.8× 10-5 J
（3）如果规定B点的电势能为零，则该电荷在A点和C点的电 势能分别为多少？ EPA= -3× 10-5 J EPC=-1.2× 10-5 J
4、如图所示,在等量正点电荷形成的电场中,它们连线的 中垂面ab上, 有一电子,从静止开始由a运动到b的过程中(a、b 相对O对称),下列说法正确的是( C ) A.电子的电势能始终增多 B.电子的电势能始终减少 + C.电子的电势能先减少后增加 O
３、将带电量为6×10-6C的负电荷从电场中的A点移到B点，克 服电场力做了3×10-5J的功，再从B移到C，电场力做了 1.2×10-5J的功，则 （1）电荷从A移到B，再从B移到C的过程中电势能共改变了多 少？ 增加了1.8× 10-5J.
（2）如果规定A点的电势能为零，则该电荷在B点和C点的电 势能分别为多少？
人教版物理选修3-1第一章第四、五节电势差练习题(附答案)
电势差练习一、选择题：1、在静电场中，下列说法正确的是（ ） A 、电场强度为零的点，电势一定为零B 、电场强度处处相同的区域内，电势也一定处处相同C 、电势降低的方向，一定是电场强度的方向D 、匀强电场中的等势面是一簇彼此平行的平面2、a 、b 为电场中的两点，且a 点电势高于b 点电势，则可知（ ） A 、把负电荷从a 点移到b 点电场力做负功，电势能增加 B 、把正电荷从a 点移到b 点电场力做正功，电势能减少C 、无论移动的是正电荷还是负电荷，电荷的电势能都要减少D 、无论是否有电荷移动，a 点的电势能总是大于b 点的电势能3、一负电荷仅受电场力的作用，从电场中的A 点运动到B 点，在此过程中该电荷做初速度为零的匀加速直线运动，则A 、B 两点电场强度A B E E 、及该电荷在A 、B 两点的电势能pA pB E E 、之间的关系为（ ）A B A B pA pB pA pB A E E B E E C E E D E E ==、、＜、、＞4、如图(1)是某一点电荷形成的电场中的一条电场线，A 、B 是电场线上的两点，一负电荷q 仅在电场力作用下以初速度v 0从A 运动到B 过程中的速度图线如图(2)所示，则以下说法中正确的是( )A 、A 、B 两点的电场强度是A B E E < B 、A 、B 两点的电势是A B ϕϕ>C 、负电荷q 在A 、B 两点的电势能大小是pA pB E <ED 、此电场一定是负电荷形成的电场5、如图所示，平行线代表电场线，但未标明方向，一个带正电、电荷量为10－6C 的粒子在电场中仅受电场力作用，当它从A 点运动到B 点时动能减少了10－5J.已知A 点的电势为－10 V ，则以下判断正确的是( ) A 、粒子的运动轨迹如图中的虚线1所示 B 、粒子的运动轨迹如图中的虚线2所示 C 、B 点电势为零 D 、B 点电势为－20 V6、如图所示，虚线a 、b 、c 表示电场中的三个等势面与纸平面的交线，且相邻等势面之间的电势差相等.实线为一带正电粒子仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，M 、N 是这条轨迹上的两点，则下面说法中正确的是（ ）A 、三个等势面中，a 的电势最高B 、对于M 、N 两点，带电粒子通过M 点时电势能较大C 、对于M 、N 两点，带电粒子通过M 点时动能较大D 、带电粒子由M 运动到N 时，加速度增大7、如图所示的同心圆(虚线)是电场中的一簇等势线，一个电子只在电场力作用下沿着直线由A 向C 运动时的速度越来越小，B 为线段AC 的中点，则有( ) A 、电子沿AC 运动时受到的电场力越来越小 B 、电子沿AC 运动时它具有的电势能越来越大 C 、电势A B C ϕϕϕ>> D 、电势差AB BC U U ＝8、如图所示，实线为一匀强电场的电场线，一个带电粒子射入电场后，留下一条从a 到b 虚线所示的径迹，重力不计.下列判断正确的是（ ） A 、b 点电势高于a 点电势B 、粒子在a 点的动能大于在b 点的动能C 、粒子在a 点的电势能小于在b 点的电势能D 、场强方向向左9、如图，三个等势面上有a 、b 、c 、d 四点，若将一正电荷由c 经a 移到d 点，电场力做正功W 1；若由c经b 移到d 点，电场力做正功W 2，则W 1与W 2，c 、d 两点电势c ϕ、d ϕ关系为（ ） A 、12W W ＞，c d ϕϕ> B 、12W W ＜，c d ϕϕ<C 、12W W ＝，c d ϕϕ< D 、12W W ＝，c d ϕϕ>10、如图所示，平行直线表示电场线，但未标方向，带电为0―21C +的微粒在电场中只受电场力作用，由A 点移到B 点，动能损失0.1 J.若A 点电势为―10 V ，则下列判断正确的是（ ）①B 点的电势为10 V ②电场线方向从右向左③微粒的运动轨迹可能是轨迹1 ④微粒的运动轨迹可能是轨迹2A 、①③B 、②④C 、②③D 、①④二、解答题：1、在竖直平面内有水平向右，场强为4E 110N /C =⨯的匀强电场.在匀强电场中有一根长L=2m 的绝缘细线，一端固定在O 点，另一端系一质量为0.04kg 的带电小球，它静止时悬线与竖直方向成37°角，如图所示，若小球恰能绕O 点在竖直平面内做圆周运动，试求： （1）小球的带电量Q ； （2）小球动能的最小值； （3）小球机械能的最小值.（取小球在静止时的位置为电势能零点和重力势能零点，cos37°＝0.8，g=10m/s 2）2、如图所示，匀强电场中，A 、B 、C 三点构成一个直角三角形，把电荷量q=－2×10－10 C 的点电荷由A 点移动到B 点，电场力做功4.8×10－8 J ，再由B 点移到C 点电荷克服电场力做功4.8×10－8 J ，取B 点的电势为零，求A 、C 两点的电势及场强的方向.3、如图所示，在竖直平面内，光滑绝缘直杆与半径为R 的圆周交于B 、C 两点，在圆心处有一固定的正点电荷，B 点为AC 的中点，C 点位于圆周的最低点.现有一质量为m 、电荷量为－q 、套在杆上的带负电小球（可视为质点）从A 点由静止开始沿杆下滑.已知重力加速度为g ，A 点距过C 点的水平面的竖直高度为3R ，小球滑到B 点时的速度大小为2gR .求：（1）小球滑至C 点时的速度的大小； （2）A 、B 两点间的电势差；（3）若以C 点作为参考点（零电势点），试确定A 点的电势.【答案与解析】 一、选择题：1、D解析：场强和电势在数值上没有必然的联系，所以AB 选项错误；场强的方向一定是电势降低的方向，反之则不成立，C 选项错误；故只有D 选项正确. 2、AB解析：由电场力的计算公式()ab a b W q ϕϕ=-及ab pa pb W E E =-知，选项A 、B 正确，CD 错误.3、AD解析：电荷在静电场中做匀加速运动，必受恒力作用，必是在匀强电场中运动，故A 正确；由能量守恒，动能大的地方电荷的电势能小，所以PA PB E E ＞，选项D 正确. 4、ABD解析：由v t －图知，负电荷q 做加速度增大的减速运动，故所受电场力变大，电场强度变大，B A E E >，A 对，又因电场力的方向在(1)图中向左，故电场线的方向为A →B ，则A B ϕϕ>，B 正确．又p E q ϕ＝，对负电荷q ，pA pB E <E ，C 错，根据电场线的方向和电场强度的特点知，此电场一定是负电荷形成的电场，D 对.5、AC解析：根据题意分析得：粒子只受到电场力，当它从A 点运动到B 点时动能减少了，说明它从A 点运动到B 点电场力做了负功，所以偏转的情况应该如轨迹1所示，因而选项B 错误；根据电场力做功W qU ＝，电势差W 10 V ABAB A B U qϕϕ＝＝－＝－，得0B ϕ＝，故C 正确.所以选A 、C. 6、CD解析：由于带电粒子做曲线运动，所受电场力方向必定指向轨道的凹侧，且和等势面垂直，所以，由电场线的方指向电势降低的方向，故c b a ϕϕϕ>>，选项A 错.带正电粒子若从N 点运动到M 点，场强方向与运动方向成锐角，电场力做正功，即电势能减少；若从M 点运动到N 点，场强方向与运动方向成钝角，电场力做负功，电势能增加，故选项B 错.根据能量守恒定律，电荷的动能和电势能之和不变，故粒子在M 点的动能较大，选项C 正确.由于相邻等势面之间电势差相等，因N 点等势面较密，则N M E E ＞，即N M qE qE ＞.由牛顿第二定律知，带电粒子从M 点运动到N 点时，加速度增大，选项D 正确. 7、BC解析：由题给的等势线为同心圆可知场源为位于圆心处的点电荷，越靠近点电荷，电场强度越大，所以电子沿AC 运动时受到的电场力越来越大，选项A 错；由电子只在电场力作用下由A 向C 运动时速度越来越小，可知电场力做负功，电子势能越来越大，选项B 正确；电子所受电场力方向沿CA 方向，即电场方向沿AC 方向，场源点电荷为负电荷，电势A 点最高，C 点最低，选项C 正确；由A 到C 电场强度增加，因为B 为AC 中点．所以U AB <U BC ，故D 错. 8、BC解析：如图，假设粒子从a→b ，则由曲线运动的特点，粒子速度方向和受力方向可确定.由于粒子电性未知，不能确定场强方向，也不能判断电势高低.由于电场力F 做负功，故动能减小.假设粒子从b→a ，可得出同样结论.9、D解析：01cd c a d W qU →→=：＞，因为q ＞0，所以0cd U ＞，即c d ϕϕ>.2cd c b d W qU →→=：，所以12W W =，故D 正确. 10、C解析：正电荷只在电场力作用下从A 运动到B ，动能损失0.1 J ，则电势能增加0.1 J ，A B ϕϕ<，且电场力做功为W AB =－0.1 J ，所以20.1V 10V 10AB AB A B W U q ϕϕ--=-===-，由于10V A ϕ=-，所以0B ϕ=，①错.由于正电荷从A 向B 运动时电场力做负功，所以，正电荷所受电场力方向为沿电场线向左，则电场线的方向为从右向左，②对.由于微粒只受电场力作用做曲线运动，则电场力一定指向它运动轨迹的内侧，所以，它的运动轨迹应为1，而不是2，故③对，④错.应选C.二、解答题：1、(1) 5310Q C =⨯－(2) 2min 10.52K B E mv J ==(3)1.54J 解析：（1）因为0tan 37EQ mg =，所以得到：0tan 37mg Q E=，代入数据得：5310Q C =⨯－.（2）由于重力和电场力都是恒力，所以它们的合力也是恒力.在圆上各点中，小球在平衡位置A 点时的势能（重力势能和电势能之和）最小，在平衡位置的对称点B 点，小球的势能最大，由于小球总能量不变，所以在B 点的动能最小，在B 点，小球受到的重力和电场力，其合力作为小球做圆周运动的向心力，而绳的拉力恰为零，有：22B 010.5,,0.5cos372K B mv mg F N F E mv J L =====合而所以 （3）由于总能量保持不变，即E k +E PG +E PE =恒量.所以当小球在圆上最左侧的C 点时，电势能E PE 最大，机械能最小.由B 运动到A ，002sin372KA KB W qEL J E E +==-合力＝2m gLcos 37，又KB E J ＝0.5，总能量.KA E E =25J =，由C 运动到A ，电场力做功··0.E E W F L 1sin3796J +︒＝（）＝，即电势能减少0.96J ，所以C 点的机械能为.0..25J 96J 154J -＝. 2、240V A C ϕϕ==-，电场方向垂直于AC ，指向左下方 解析：把电荷从A 点移到B 点，由ABAB W U q=得： 8104.810V 240V 210ABU --⨯==--⨯， 240V A B A ϕϕϕ-==-把电荷从B 点移到C 点，8104.810V 240V 210BC BCW U q ---⨯===-⨯ 240V B C C ϕϕϕ-=-=，则240V C ϕ=-因为A C ϕϕ=，即A 、C 在同一等势面上，根据场强与等势面垂直且由高电势处指向低电势处，可得该电场的场强方向垂直于AC ，指向左上方.3、（1）7C v gR （2）B /(2)A U mgR q =- （3）/(2)A mgR q ϕ=-解析：（1）因为B 、C 两点电势相等，故小球从B 到C 的过程中电场力做的总功为零.由几何关系可得BC 的竖直高度BC h 3R /2=根据动能定理有 223/2/2/2C B mg R mv mv ⨯=-解得C v （2）小球从A 到B ，重力和电场力均做正功，所以由动能定理有2B B 1.5/2A mg R qU mv ⨯-=解得 B /(2)A U mgR q =-（3）B 、C 在同一等势面上，B =A C ϕϕϕ<、0C ϕ=，所以/(2)A AC AB U U mgR q ϕ===-.。
电势能和电势典型例题
1.4电势能和电势【例1】如图8-10所示，当带电体A 靠近一个绝缘导体B 时，由于静电感应，B 两端感应出等量异种电荷。
将B 的左端接地，绝缘导体B 带何种电荷？ 答案: B 导体将带负电荷【分析解答】因为导体B 处于正电荷所形成的电场中，而正电荷所形成的电场电势处处为正，所以导体B 的电势是正的，U B ＞U 地；而负电荷在电场力的作用下总是从低电势向高电势运动，B 左端接地，使地球中的负电荷（电子）沿电场线反方向进入高电势B 导体的右端与正电荷中和，所以B 导体将带负电荷。
【例2】如图8－1所示，实线是一个电场中的电场线，虚线是一个负检验电荷在这个电场中的轨迹，若电荷是从a 处运动到b 处，以下判断正确的是[ ]A ．电荷从a 到b 加速度减小B ．b 处电势能大C ．b 处电势高D ．电荷在b 处速度小答案:D【分析解答】由图8－1可知b 处的电场线比a 处的电场线密，说明b 处的场强大于a 处的场强。
根据牛顿第二定律，检验电荷在b 处的加速度大于在a 处的加速度，A 选项错。
由图8－1可知，电荷做曲线运动，必受到不等于零的合外力，即Fe≠0，且Fe 的方向应指向运动轨迹的凹向。
因为检验电荷带负电，所以电场线指向是从疏到密。
再利用“电场线方向为电势降低最快的方向”判断a ，b 处电势高低关系是U a ＞U b ，C 选项不正确。
根据检验电荷的位移与所受电场力的夹角大于90°，可知电场力对检验电荷做负功。
功是能量变化的量度，可判断由a→b 电势能增加，B 选项正确；又因电场力做功与路径无关，系统的能量守恒，电势能增加则动能减小，即速度减小，D 选项正确。
【例3】将一电量为6210q c -=⨯的点电荷从电场外一点P 移至电场中某点A, 电场力做功 5410J -⨯,求A 点的电势.答案:－20V解：设设场外一点P 的电势为0p ϕ=从P 到A,电场力做的功PP PA PA W E E E =-=-5410PA E W J -=-=-⨯5641020210PA A E V V q ϕ--⨯==-=-⨯【例4】在静电场中，下列说法中错误的是：（ ）A 、 电场强度为零的点，电势也一定为零B 、 电场强度处处相等的区域内，电势也一定处处相等C 、 只在电场力作用下，正电荷一定从电势高的地方向电势低的地方移动D 、 沿着电场线方向电势一定越来越低答案:A 、B 、C【解析】电场强度和电势是从不同的角度描述电场性质的两个物理量，前者从力的角度，后者从能量的角度，两者之间没有直接的对于关系。
2020-2021学年人教版物理选修3-1习题：第1章 4 电势能和电势(含解析)
第一章 4[练案4]基础夯实一、选择题(1～4题为单选题，5、6题为多选题)1．(2019·广东省湛江市高二上学期期末)下列有关电场线、电势能、电势的说法中正确的是(B)A．正电荷沿电场线的方向运动电势能越来越大B．沿电场线的方向电势越来越低C．电荷在电势越高的地方电势能越大D．电势能越大的地方电场线越密解析：沿电场线的方向电势降低，正电荷沿电场线的方向运动电势能越来越小，而负电荷沿电场线的方向运动电势能越来越大，故A错误；根据电场线的物理意义知，沿电场线的方向电势越来越低，故B正确；正电荷在电势越高的地方电势能越大，负电荷在电势越高的地方电势能越小，故C错误；电势能与电场线的疏密没有直接关系，故D错误。
2．在如图所示的四种电场中，分别标记有a、b两点。
其中a、b两点的电势相等，电场强度相同的是(B)A．甲图中与点电荷等距的a、b两点B．乙图中两等量异号电荷连线的中垂线上与连线等距的a、b两点C．丙图中两等量同号电荷连线的中垂线上与连线等距的a、b两点D．丁图中匀强电场中的a、b两点解析：甲图中场强大小相同，方向不同，电势φa＝φb。
乙图中场强大小、方向皆相同，电势φa＝φb。
丙图中场强大小相同，方向相反，电势φa＝φb。
丁图中场强大小，方向皆相同，电势φa<φb。
3．某静电场的电场线分布如图，图中P、Q两点的电场强度的大小分别为E P和E Q，电势分别为φP和φQ，则(D)A．E P＞E Q，φP＜φQ B．E P＜E Q，φP＞φQC．E P＜E Q，φP＜φQ D．E P＞E Q，φP＞φQ解析：由图P点电场线密，电场强度大，则E P＞E Q。
沿电场线的方向电势降低，则有φP ＞φQ。
故D正确，故选D。
4．(2019·海南省文昌中学高二上学期期末)如图所示，虚线AB和CD分别为椭圆的长轴和短轴，相交于O点，两个等量异号点电荷分别处于椭圆的两个焦点M、N上，下列说法中正确的是(C)A．C点的电势高于D点的电势B．O点的电场强度为零C．A、B两点的电场强度相同D．将负电荷从C移到D的过程中，电势能增加解析：根据等量异种电荷电场线、等势面分布特点知，OCD在同一条等势线上，所以D 点电势等于C点电势。
高二物理选修3-1(理科生)_《电势能和电势》知识要点和常见题型
第四节电势能和电势【知识要点】要点一判断电势高低的方法电场具有力的性质和能的性质，描述电场的物理量有电势、电势能、静电力、静电力做功等，为了更好地描述电场，还有电场线、等势面等概念，可以从多个角度判断电势高低．1．在正电荷产生的电场中，离电荷越近电势越高，在负电荷产生的电场中，离电荷越近，电势越低．2．电势的正负．若以无穷远处电势为零，则正点电荷周围各点电势为正，负点电荷周围各点电势为负．3．利用电场线判断电势高低．沿电场线的方向电势越来越低．4．根据只在静电力作用下电荷的移动情况来判断．只在静电力作用下，电荷由静止开始移动，正电荷总是由电势高的点移向电势低的点；负电荷总是由电势低的点移向电势高的点．但它们都是由电势能高的点移向电势能低的点．要点二理解等势面及其与电场线的关系1．电场线总是与等势面垂直的(因为如果电场线与等势面不垂直，电场在等势面上就有分量，在等势面上移动电荷，静电力就会做功)，因此，电荷沿电场线移动，静电力必定做功，而电荷沿等势面移动，静电力必定不做功．2．在同一电场中，等差等势面的疏密也反映了电场的强弱，等势面密处，电场线密，电场也强，反之则弱．3．已知等势面，可以画出电场线；已知电场线，也可以画出等势面．4．电场线反映了电场的分布情况，它是一簇带箭头的不闭合的有向曲线，而等势面是一系列的电势相等的点构成的面，可以是封闭的，也可以是不封闭的．要点三等势面的特点和应用1．特点(1)在同一等势面内任意两点间移动电荷时，静电力不做功．(2)在空间没有电荷的地方两等势面不相交．(3)电场线总是和等势面垂直，且从电势较高的等势面指向电势较低的等势面．(4)在电场线密集的地方，等差等势面密集．在电场线稀疏的地方，等差等势面稀疏．(5)等势面是虚拟的，为描述电场的性质而假想的面．2．应用(1)由等势面可以判断电场中各点电势的高低及差别．(2)由等势面可以判断电荷在电场中移动时静电力做功的情况．(3)由于等势面和电场线垂直，已知等势面的形状分布，可以绘制电场线，从而确定电场大体分布．(4)由等差等势面的疏密，可以定性地确定某点场强的大小.【问题探究】1.重力做功和静电力做功的异同点如何？相关因素电场中某一点的电势φ的大小，只跟电场本身有关，跟检验电荷q无关电势能大小是由点电荷q和该点电势φ共同决定的大小正负电势沿电场线逐渐下降，取定零电势点后，某点的电势高于零者，为正值；某点的电势低于零者，为负值正点电荷(＋q)：电势能的正负跟电势的正负相同．负点电荷(－q)：电势能的正负跟电势的正负相反单位伏特V焦耳J联系φ＝E pqE p＝qφ3.常见电场等势面和电场线的图示应该怎样画？(1)点电荷电场：等势面是以点电荷为球心的一簇球面，越向外越稀疏，如图1－4－5所示．图1－4－5(2)等量异种点电荷的电场：是两簇对称曲面，两点电荷连线的中垂面是一个等势面．如图1－4－6所示．在从正电荷到负电荷的连线上电势逐渐降低，φA>φA′；在中垂线上φB＝φB′.图1－4－6(3)等量同种点电荷的电场：是两簇对称曲面，如图1－4－7所示，在AA′线上O点电势最低；在中垂线上O点电势最高，向两侧电势逐渐降低，A、A′和B、B′对称等势．图1－4－7【例题分析】一、电势能【例1】下列关于电荷的电势能的说法正确的是()A．电荷在电场强度大的地方，电势能一定大B．电荷在电场强度为零的地方，电势能一定为零C．只在静电力的作用下，电荷的电势能一定减少D．只在静电力的作用下，电荷的电势能可能增加，也可能减少答案 D解析电荷的电势能与电场强度无直接关系，A、B错误；如果电荷的初速度为零，电荷只在静电力的作用下，做加速运动，电荷的电势能转化为动能，电势能减少，但如果电荷的初速度不为零，电荷可能在静电力的作用下，先做减速运动，这样静电力对电荷做负功，电荷的动能转化为电势能，电势能增加，所以C错误，D正确．二、判断电势的高低【例2】在静电场中，把一个电荷量为q＝2.0×10－5C的负电荷由M点移到N点，静电力做功6.0×10－4 J，由N点移到P点，静电力做负功1.0×10－3 J，则M、N、P三点电势高低关系是________．答案φN>φM>φP解析首先画一条电场线,如上图所示.在中间位置附近画一点作为M点.因为由M→N静电力做正功,而负电荷所受静电力与场强方向相反，则可确定N点在M点左侧．由N→P静电力做负功，即沿着电场线移动，又因1.0×10－3 J>6.0×10－4 J，所以肯定移过了M点，即P点位于M点右侧．这样，M、N、P三点电势的高低关系是φN>φM>φP.【对点练习】1.有一电场的电场线如图1－4－9所示，图1－4－9电场中A、B两点电场强度的大小和电势分别用E A、E B和φA、φB表示，则() A．E A>E B，φA>φBB．E A>E B，φA<φBC．E A<E B，φA>φBD．E A<E B，φA<φB2．有关电场，下列说法正确的是()A．某点的电场强度大，该点的电势一定高B．某点的电势高，检验电荷在该点的电势能一定大C．某点的场强为零，检验电荷在该点的电势能一定为零D．某点的电势为零，检验电荷在该点的电势能一定为零3．将一个电荷量为－2×10－8 C的点电荷，从零电势点S移到M点要克服静电力做功4×10－8 J，则M点电势φM＝________ V．若将该电荷从M点移到N点，静电力做功14×10－8 J，则N点电势φN＝________ V，MN两点间的电势差U MN ＝________ V.4．如图1－4－10所示．图1－4－10(1)在图甲中，若规定E p A＝0，则E p B________0(填“>”“＝”或“<”)．(2)试分析静电力做功情况及相应的电势能变化情况．【常见题型】题型一静电力做功和电势能变化之间的关系如图1所示，图1把电荷量为－5×10－9C的电荷，从电场中的A点移到B点，其电势能__________(选填“增加”、“减少”或“不变”)；若A点的电势U A＝15 V，B点的电势U B＝10 V，则此过程中静电力做的功为________ J.[思维步步高] 电势能变化和静电力做功有什么关系？负电荷从A点移动到B，静电力做正功还是负功？静电力做功和电势能的变化在数值上有什么关系？[解析]将电荷从电场中的A点移到B点，静电力做负功，其电势能增加；A点的电势能为E p A＝qU A，B点的电势能为E p B＝qU B，静电力做功等于电势能变化量的相反数，即W＝E p A－E p B＝－2.5×10－8 J.[答案]增加－2.5×10－8 J[拓展探究]如果把该电荷从B点移动到A点，电势能怎么变化？静电力做功的数值是多少？如果是一个正电荷从B点移动到A点，正电荷的带电荷量是5×10－9 C，电势能怎么变化？静电力做功如何？[答案]减少 2.5×10－8 J增加－2.5×10－8 J[解析]如果把该电荷从B点移动到A点，静电力做正功，电势能减少．静电力做功为2.5×10－8 J；如果电荷的带电性质为正电荷，从B点移动到A点，静电力做负功，电势能增加了，静电力做负功，数值为－2.5×10－8 J.[方法点拨]电场中的功能关系：①静电力做功是电荷电势能变化的量度，具体来讲，静电力对电荷做正功时，电荷的电势能减少；静电力对电荷做负功时，电荷的电势能增加，并且，电势能增加或减少的数值等于静电力做功的数值．②电荷仅受静电力作用时，电荷的电势能与动能之和守恒．③电荷仅受静电力和重力作用时，电荷的电势能与机械能之和守恒.题型二电场中的功能关系质子和中子是由更基本的粒子即所谓“夸克”组成的．两个强作用电荷相反(类似于正负电荷)的夸克在距离很近时几乎没有相互作用(称为“渐近自由”)；在距离较远时，它们之间就会出现很强的引力(导致所谓“夸克禁闭”)．作为一个简单的模型，设这样的两夸克之间的相互作用力F 与它们之间的距离r 的关系为F ＝⎩⎨⎧ 0，0<r <r 1，－F 0，r 1≤r ≤r 2，0，r >r 2.式中F 0为大于零的常量，负号表示引力．用U 表示夸克间的势能，令U 0＝F 0(r 2－r 1)，取无穷远为零势能点．下列U －r 图示中正确的是( )[思维步步高] 零势能面的规定有何用处？无穷远处的势能和r ＝r 2处的势能是否相同？当r <r 1之后势能怎么变化？[解析] 从无穷远处电势为零开始到r ＝r 2位置，势能恒定为零，在r ＝r 2到r ＝r 1过程中，恒定引力做正功，势能逐渐均匀减小，即势能为负值且越来越小，此过程图象为A 、B 选项中所示；r <r 1之后势能不变，恒定为－U 0，由引力做功等于势能减少量，故U 0＝F 0(r 2－r 1)．[答案] B[拓展探究]空间存在竖直向上的匀强电场，图2质量为m 的带正电的微粒水平射入电场中，微粒的运动轨迹如图2所示，在相等的时间间隔内( )A．重力做的功相等B．静电力做的功相等C．静电力做的功大于重力做的功D．静电力做的功小于重力做的功[答案] C[解析]根据微粒的运动轨迹可知静电力大于重力，故选项C正确．由于微粒做曲线运动，故在相等时间间隔内，微粒的位移不相等，故选项A、B错误．[方法点拨]电势能大小的判断方法：①利用E p＝qφ来进行判断，电势能的正负号是表示大小的，在应用时把电荷量和电势都带上正负号进行分析判断．②利用做功的正负来判断，不管正电荷还是负电荷，静电力对电荷做正功，电势能减少；静电力对电荷做负功，电势能增加.【课后作业】一、选择题1．一点电荷仅受静电力作用，由A点无初速释放，先后经过电场中的B点和C点．点电荷在A、B、C三点的电势能分别用E A、E B、E C表示，则E A、E B 和E C间的关系可能是()A．E A>E B>E C B．E A<E B<E CC．E A<E C<E B D．E A>E C>E B2．如图3所示电场中A、B两点，图3则下列说法正确的是()A．电势φA>φB，场强E A>E BB．电势φA>φB，场强E A<E BC．将电荷＋q从A点移到B点静电力做了正功D．将电荷－q分别放在A、B两点时具有的电势能E p A>E p B3．如图4所示，图4某区域电场线左右对称分布，M、N为对称线上的两点．下列说法正确的是()A．M点电势一定高于N点电势B．M点场强一定大于N点场强C．正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能D．将电子从M点移动到N点，静电力做正功4．两个带异种电荷的物体间的距离增大一些时()A．静电力做正功，电势能增加B．静电力做负功，电势能增加C．静电力做负功，电势能减少D．静电力做正功，电势能减少5．如图5所示，图5O为两个等量异种电荷连线的中点，P为连线中垂线上的一点，比较O、P 两点的电势和场强大小()A．φO＝φP，E O>E PB．φO＝φP，E O＝E PC．φO>φP，E O＝E PD．φO＝φP，E O<E P6．在图6中虚线表示某一电场的等势面，图6现在用外力将负点电荷q从a点沿直线aOb匀速移动到b，图中cd为O点等势面的切线，则当电荷通过O点时外力的方向()A．平行于abB．平行于cdC．垂直于abD．垂直于cd7．如图7所示，图7固定在Q点的正点电荷的电场中有M、N两点，已知MQ<NQ.下列叙述正确的是()A．若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点，则静电力对该电荷做功，电势能减少B．若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点，则该电荷克服静电力做功，电势能增加C．若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点，则静电力对该电荷做功，电势能减少D．若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点，再从N点沿不同路径移回到M点；则该电荷克服静电力做的功等于静电力对该电荷所做的功，电势能不变二、计算论述题8．如图8所示，图8平行板电容器两极板间有场强为E的匀强电场，且带正电的极板接地．一质量为m、电荷量为＋q的带电粒子(不计重力)从x轴上坐标为x0处静止释放．(1)求该粒子在x0处的电势能E p x0.(2)试从牛顿第二定律出发，证明该带电粒子在极板间运动过程中，其动能与电势能之和保持不变．9.图9一根对称的“∧”型玻璃管置于竖直平面内，管所在的空间有竖直向上的匀强电场E.质量为m、带电荷量为＋q的小球在管内从A点由静止开始沿管向上运动，且与管壁的动摩擦因数为μ，管AB长为l，小球在B端与管作用没有能量损失，管与水平面夹角为θ，如图9所示．求从A开始，小球运动的总路程是多少？10．如图10所示，图10一绝缘细圆环半径为r，其环面固定在水平面上，场强为E的匀强电场与圆环平面平行，环上穿有一电荷量＋q，质量为m的小球，可沿圆环做无摩擦的圆周运动，若小球经A点时速度v A的方向恰与电场垂直，且圆环与小球间沿水平方向无力的作用．(1)求小环运动到A点的速度v A是多少？(2)当小球运动到与A点对称的B点时，小球对圆环在水平方向的作用力F B 是多少？参考答案 【对点练习】1.答案 D2.答案 D3.答案 －2 5 －7解析 本题可以根据电势差和电势的定义式解决． 由W SM ＝qU SM 得U SM ＝W SM q ＝－4×10－8－2×10－8V ＝2 V而U SM ＝φS －φM ，所以φM ＝φS －U SM ＝(0－2) V ＝－2 V 由W MN ＝qU MN 得U MN ＝W MN q ＝14×10－8－2×10－8 V ＝－7 V而U MN ＝φM －φN ，所以φN ＝φM －U MN ＝[－2－(－7)] V ＝5 V4.答案 (1)< (2)见解析解析(1)A→B 移动正电荷，W AB >0，故E p A >E p B ，若E p A ＝0，则E p B <0. (2)甲中从A→B 移动负电荷，W AB <0，E p A <E p B 乙中从B→A 移动负电荷，W AB >0，E p A <E p B . 【课后作业】 一、选择题1.答案 AD解析 点电荷在仅受静电力作用的情况下，动能和电势能相互转化，动能最小时，电势能最大，故E A ≥E B ，E A ≥E C ，A 、D 正确．2.答案 BC解析 场强是描述静电力的性质的物理量；电势是描述电场能的性质的物理量，二者无必然的联系．场强大的地方电势不一定大，电势大的地方，场强不一定大，另根据公式E p ＝φq 知，负电荷在电势低的地方电势能反而大．3.答案 AC解析 由图示电场线的分布示意图可知，MN 所在直线的电场线方向由M 指向N ，则M 点电势一定高于N 点电势；由于N 点所在处电场线分布密，所以N 点场强大于M 点场强；正电荷在电势高处电势能大，故在M 点电势能大于在N点电势能；电子从M点移动到N点，静电力做负功．综上所述，A、C选项正确．4.答案 B解析异种电荷之间是引力，距离增大时，引力做负功，电势能增加．5.答案 A6.答案 D7.答案AD解析由点电荷产生的电场的特点可知，M点的电势高，N点的电势低，所以正电荷从M点到N点，静电力做正功，电势能减少，故A对，B错；负电荷由M点到N点，克服静电力做功，电势能增加，故C错；静电力做功与路径无关，负点电荷又回到M点，则整个过程中静电力不做功，电势能不变，故D对．二、计算论述题8.答案(1)－qEx0(2)见解析解析(1)粒子由x0到O处静电力做的功为：W电＝－qEx0①W电＝－(0－E p x0)②联立①②得：E p x0＝－qEx0(2)在x轴上任取两点x1、x2，速度分别为v1、v2.F＝qE＝mav22－v21＝2a(x2－x1)联立得12mv 22－12mv21＝qE(x2－x1)所以12mv22＋(－qEx2)＝12mv21＋(－qEx1)即E k2＋E p2＝E k1＋E p1故在其运动过程中，其动能和势能之和保持不变．9.答案l tan θμ解析由题意知小球所受合力沿玻璃管斜向上，即qE sin θ>mg sin θ＋F f ，小球所受管壁弹力垂直管壁向下，作出受力分析如右图所示．小球最终静止在“∧”形顶端，设小球运动的总路程为x ，由动能定理知：qEl sin θ－mgl sin θ－μ(qE cos θ－mg cos θ)x ＝0，解得x ＝l tan θμ.10.答案 (1)qErm (2)6qE解析 (1)小球在A 点时所受的静电力充当向心力，由牛顿第二定律得：qE ＝mv 2A r解得v A ＝ qEr m(2)在B 点小球受力如右图所示，小球由A 运动到B 的过程中，根据动能定理qE·2r=221122B A mu mu -在B 点，FB 、qE 的合力充当向心力：2B B u F qE m r-=,得6B F qE =。
人教版高中物理选修3-1第一章第4节电势能和电势(含解析)
高中物理学习材料（灿若寒星**整理制作）电势能和电势一课一练一、单项选择题1.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＜φ3B．W1＝W2，φ1＞φ2＞φ3C．W1＞W2，φ1＜φ2＜φ3D．W1＜W2，φ1＞φ2＞φ3解析：选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.2．设电荷只受电场力的作用，则下列说法正确的是()A．负电荷只能朝着电势能减小的地方运动B．正电荷只能朝着电势低的地方运动C．初速度为零的负电荷一定朝着电势能增大的地方运动D．初速度为零的正电荷一定朝着电势降低的地方运动解析：选D.电荷初速度为零时，运动方向由所受静电力的方向决定，负电荷大体是逆着电场强度的方向运动，静电力做正功，电势能减小，正电荷顺着电场强度的方向运动，沿着运动的方向，电势降低，C错误、D正确．电荷初速度不为零时，运动方向由初速度方向和所受静电力的方向决定，可能做加速运动，也可能做减速运动，可能朝电势低的地方运动，也可能朝电势高的地方运动，A、B错误．故选D.3.(2014·长沙模拟)一点电荷仅受电场力作用，由A点无初速度释放，沿直线先后经过电场中的B点和C点．如图所示，点电荷在A、B、C三点的电势能分别用E A、E B和E C表示，则E A、E B、E C间的关系可能是() A．E A>E B>E C或E A>E C>E BB．E A<E B<E C或E A<E C<E BC．E A<E C<E B或E A>E B>E CD．E A>E C>E B或E A<E B<E C解析：选A.若电场力一直做正功，则电势能减少；若电场力先做正功再做负功，则电势能先减少后增加，故选A.4.如图所示，在矩形ABCD 的AD 边和BC 边的中点M 和N 处各放一个点电荷，它们带等量异种电荷．E 、F 分别是AB 边和CD 边的中点，P 、Q 两点在MN 的连线上，且MP ＝QN ，则电场强度和电势都相同的两点是( )A ．E 和FB ．P 和QC ．A 和BD ．C 和D解析：选A.由等量异种点电荷形成的电场特点知E 、F 两点的电场强度和电势都相同；P 、Q 两点的电场强度相同，但P 点的电势比Q 点的高；A 、B 两点的电场强度的大小相等，但方向不同，若无穷远处电势为0，则A 点的电势为正，B 点的电势为负，A 点的电势高于B 点，同理D 、C 两点的场强和电势也不同．故选A.5．(2014·山东潍坊模拟)如图所示，在足够大的光滑绝缘水平面内有一带正电的点电荷a (图中未画出)，与a 带同种电荷的质点b 仅在a 的库仑力作用下，以初速度v 0(沿MP 方向)由M 点运动到N 点，到N 点时速度大小为v ，且v <v 0，则下列说法错误的是( )A ．a 电荷一定在虚线MP 下方B ．b 电荷在M 点、N 点的加速度大小可能相等C ．b 电荷在M 点的电势能小于在N 点的电势能D ．b 电荷从M 点到N 点的过程中，a 电荷对其做的总功为负值解析：选B.合外力应指向轨道凹侧，因为带同种电荷，a 电荷一定在虚线MP 下方，故A 对；由v <v 0可知，电荷b 从M 到N 电场力对其做负功，选项C 、D 对，故N 点距点电荷a 近，b 电荷在M 点的加速度小于在N 点的，故B 错．6.如图所示，P 、Q 是两个电荷量相等的正的点电荷，它们连线的中点是O ，A 、B 是中垂线上的两点，OA <OB ，用E A 、E B 、φA 、φB 分别表示A 、B 两点的场强和电势，则( ) A ．E A 一定大于E B ，φA 一定大于φB B ．E A 不一定大于E B ，φA 一定大于φB C ．E A 一定大于E B ，φA 不一定大于φB D ．E A 不一定大于E B ，φA 不一定大于φB解析：选B.在两个点电荷P 、Q 产生的电场中，某一点的场强等于P 、Q 分别在该点产生的场强的矢量和，由点电荷场强计算公式E ＝kQr2知两点电荷连线中点O 和无穷远处的场强均为零，而A 、B 处场强是两正点电荷分别在该点产生的电场强度的矢量和，所以从O 点起沿中垂线到无穷远处场强先增大后减小，因A 、B 具体位置不确定，所以其场强大小关系不确定．假设一正点电荷从O 点移动到B 点，其受力方向始终沿OB 方向，所以φA >φB ，综上所述，选项B 正确．7.如图所示，实线表示电场线，虚线表示只受电场力作用的带正电粒子的运动轨迹，粒子先经过M 点，再经过N 点，可以判定( )A ．M 点的电势小于N 点的电势B ．粒子在M 点的电势能小于在N 点的电势能C ．粒子在M 点的速度大于在N 点的速度D ．粒子在M 点的加速度小于在N 点的加速度解析：选D.沿电场线方向电势降落，所以A 错；由M 到N 电场力做正功，电势能减小，动能增加，所以B 、C 错；电场线越密的地方电场强度越大，同一粒子所受电场力越大，由a ＝qEm，加速度越大，故D 对．☆8.如图所示，虚线为某点电荷电场的等势面，现有两个比荷(即电荷量与质量之比)相同的带电粒子(不计重力)以相同的速率从同一等势面的a 点进入电场后沿不同的轨迹1和2运动，则可判断( )A ．两个粒子电性相同B ．经过b 、d 两点时，两粒子的加速度相同C ．经过b 、d 两点时，两粒子的速率相同D ．经过c 、e 两点时，两粒子的速率相同解析：选D.因轨迹是曲线，类比匀速圆周运动，合力指向圆心，可知粒子1受斥力，粒子2受引力，两个粒子的电性不同，A 错误．设带电粒子距点电荷的距离为r ，点电荷带电荷量为Q ，则粒子运动的加速度大小为a ＝Fm＝Eq m ＝kQ r 2·qm.由已知条件有：在b 、d 两点时，两者加速度大小相同，方向不同，B 错误．粒子1受斥力，从a 到b 过程中，电场力和运动方向成钝角，做负功，动能减小；粒子2受引力，从a 到d 过程中，电场力和运动方向始终成锐角，做正功，动能增加；又两粒子初速度大小相同，则两粒子经过b 、d 两点时的速率不相同，C 错误．a 、c 、e 三点在同一等势面上，则从a 分别到c 、e 时，动能相同，速率相同，D 正确．故选D.☆9.在空间中的A 、B 两点固定着一对等量同种电荷，如图所示，有一带电微粒在它们产生的电场中运动，设带电微粒在运动过程中只受到电场力的作用，则带电微粒所做的运动可能是( )A ．匀变速直线运动或往复运动B ．匀速圆周运动或抛物线运动C ．抛物线运动或往复运动D ．往复运动或匀速圆周运动解析：选D.很多同学分析时只局限于在纸平面内思考，考虑到电场分布的空间性及对称性，在以A 、B 连线的中点O 为圆，垂直于A 、B 的连线的方向上，如果给带电粒子适当大小的沿切线方向的速度，带电粒子是完全可能做匀速圆周运动的．故选D.二、非选择题 10.(2014·浙江金华一中高二测试)如图所示，在场强为E 的水平匀强电场中，一根长为l 的绝缘杆，两端分别固定着带有电荷量＋q 和－q 的小球(大小不计)．现让绝缘杆绕中点O 逆时针转动α角，求转动中带电小球克服电场力所做的功．解析：每个带电小球的初、末位置沿电场线方向的距离均为d ＝l2(1－cos α) 每个带电小球克服电场力做功W ＝Fd ＝qE l2(1－cos α)故两个带电小球克服电场力做功 W ′＝2W ＝qEl (1－cos α)． 答案：qEl (1－cos α)11．(2014·宁德一中高二检测)将一个电荷量为1.0×10－8 C 的负电荷，从无穷远处移到电场中的A 点，克服电场力做功2.0×10－8 J ，现将该电荷从A 点移到B 点，电场力做功1.0×10－8J ．试求电场中A 、B 两点的电势．(取无穷远处为零电势能点)解析：E p A ＝2.0×10－8 JφA ＝E p Aq＝－2 V又E p A －E p B ＝1.0×10－8 J故E p B ＝1.0×10－8 J ，φB ＝E p B q＝－1 V .答案：－2 V －1 V☆12.如图所示，光滑绝缘杆竖直放置，它与以正点电荷Q 为圆心的某一圆周交于B 、C 两点，质量为m 、带电荷量为－q 的有孔小球从杆上的A 点无初速度下滑，已知q ≪Q ，AB ＝h ，小球滑到B 点时速度大小为3gh ，则小球从A 运动到B 的过程中，电场力做多少功？若取A 点电势为零，C 点电势是多大？解析：在A →B 过程中由动能定理得：mgh ＋W 电＝12m v 2解得：W 电＝12mghW 电＝E p A －E p B ＝－E p BφC ＝φB ＝－W 电－q＝mgh2q .答案：12mgh mgh 2q。
人教版高二物理选修3-1第一章第4节电势能和电势
§1.4 电势能和电势【学习目标】1.知道静电力做功的特点，掌握静电力做功与电势能变化的关系.2.理解电势能、电势的概念，能根据电场线判断电势高低.3.知道什么是等势面，并能理解等势面的特点．【阅读要求及检测】阅读课本P15-19回答下列问题：1．怎样计算电场力的功？2．什么是电势能？电场力做功与电势能的变化之间关系如何？3．什么是电势？电势的零点如何选取？等势面特点？【要点精讲与典型例题】1.电场力的功与路径无关,只与初末位置有关,注意功的正负,与重力做功对比理解2.电势能ＷAB=EPA- EPB①定义：电荷在电场中所具有的与电荷位置有关的势能。
②势能零点：规定无穷远处或大地为势能零点。
③电场力做功与电势能的变化：电场力做正功电势能减少，电场力做负功电势能增加。
=EP/q3.电势定义：电场中某点到该参考点的电势差就等于该点的电势。
由电势差的定义可知：电场中某点的电势，等于单位正电荷由该点移动到参考点（零电势点）时电场力所做得功。
4.等势面(1)等势面的特点及应用①在等势面上移动电荷时静电力不做功，电荷的电势能不变．②电场线跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面，由此可以绘制电场线，从而可以确定电场的大体分布．③等差等势面密的地方，电场强度较强；等差等势面疏的地方，电场强度较弱，由等差等势面的疏密可以定性确定场强大小．④任意两个等势面都不相交．(2)正负点电荷、两个同号/异号点电荷、匀强电场的等势面分布：①点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇球面．②等量异号点电荷的等势面：点电荷的连线上，从正电荷到负电荷电势越来越低，中垂线是一条等势线．③等量同号点电荷的等势面：等量正点电荷连线的中点电势最低，两点电荷连线的中垂线上该点的电势最高，从中点沿中垂线向两侧，电势越来越低．等量负点电荷连线的中点电势最高，两点电荷连线的中垂线上该点的电势最低．从中点沿中垂线向两侧，电势越来越高．④匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面．【典型例题】【例1】在点电荷 Q形成的电场中有一点A，当一个－q的检验电荷从电场的无限远处被移到电场中的A点时，电场力做的功为W，则检验电荷在A点的电势能_________,电场中A点的电势分别为______________【例2】将一正电荷从无穷远处移入电场中M点，电势能减少了8.0×10－9 J，若将另一等量的负电荷从无穷远处移入电场中的N点，电势能增加了9.0×10－9 J，则下列判断中正确的是( )A．φM＜φN＜0 B．φN＞φM＞0C．φN＜φM＜0 D．φM＞φN＞0【例3】试比较所示的各情况下，a、b两点的场强的关系和电势的关系判断正确的是（）A．平行金属板带等量异种电荷时，极板之间的a、b两点场强和电势都相等B．处于静电平衡状态下导体内部的任意两点a、b场强和电势都相等C．离点电荷等距离的任意两点a、b场强不同，电势相等D．两个等量异号的电荷，在其连线的中垂线上关于连线对称的a、b两点场强和电势都相等【例4】空间中P、Q两点处各固定一个点电荷，其中P点处为正电荷，P、Q两点附近电场的等势面分布如图所示，a、b、c、d为电场中的4个点．则( )A．P、Q两点处的电荷等量同号 B．a点和b点的电场强度相同C．c点的电势低于d点的电势 D．负电荷从a到c，电势能减少【自主练习题】1．若带正电荷的小球只受到电场力作用，则它在任意一段时间内（）A．一定沿电力线由高电势处向低电势处运动B．一定沿电力线由低电势处向高电势处运动C．不一定沿电力线运动,但一定由高电势处向低电势处运动D．不一定沿电力线运动,也不一定由高电势处向低电势处运动2．(多选)如图所示的电场中有A、B两点，下列判断正确的是 ( )A．电势φA<φB，场强EA>EBB．电势φA>φB，场强EA<EBC．将电荷量为q的正电荷从A点移到B点，电场力做正功，电势能减少D．将电荷量为q的负电荷分别放在A、B两点，电荷具有的电势能EpA＞EPb3．一个电荷只在电场力作用下从电场中的A点移到B点时，电场力做了5×10－6 J的正功，那么( )A．电荷在B处时将具有5×10－6 J的电势能B．电荷在B处时将具有5×10－6 J的动能C．电荷的电势能增加了5×10－6 JD．电荷的动能增加了5×10－6 J4.(多选)图甲是等量异号点电荷的电场线分布图，144乙是等量同号点电荷的电场线分布图．AOB是两点电荷的连线的垂直平分线，O是连线的中点．现把正试探电荷分别在甲、乙两图中，从O点沿OA移动到无限远处，下列关于该过程中静电力做功和电势能变化情况的说法正确的是 ( )A．在甲图中，静电力做正功，电势能减小B．在甲图中，静电力不做功，电势能不变C．在乙图中，静电力做正功，电势能减小D．在乙图中，静电力不做功，电势能不变5. 右图中虚线所示为静电场中的等势面1、2、3、4，相邻的等势面之间的电势差相等，其中等势面3的电势为0．一带正电的点电荷在静电力的作用下运动，经过a 、b 点时的动能分别为26eV 和5eV ．当这一点电荷运动到某一位置，其电势能变为－8eV ，它的动能应为A ．8eVB ．13eVC ．20 eVD ．34 eV6.如图所示为点电荷产生的电场，一检验电荷从A 点分别移到B 、C 、D 、E 各点，B 、C 、D 、E 在以Q 为圆心的圆周上，则电场力做功A ．从A 到B 做功最大 B ．从A 到C 做功最大C ．从A 到E 做功最大D ．做功一样大7.某电场的电场线如图所示，电场中有A 、B 、C 三点，已知一个负电荷从A 点移到B 点时，电场力做正功．(1)在图中用箭头标出电场线的方向，并大致画出过A 、B 、C 三点的等势面．(2)在A 、B 、C 三点中，场强最大的点是__________，电势最高的点是__________．【点评及总结】1.用W=qU 计算时各量也可以采用绝对值运算，功的正负可根据电场力方向与电荷移动方向的关系来确定。
高中物理选修3-1经典习题(附答案)
一、选择题（每空3 分，共24 分）1、如图所示，实线为一簇电场线，虚线是间距相等的等势面，一带电粒子沿着电场线方向运动，当它位于等势面φ1上时，其动能为18eV，当它运动到等势面φ3上时，动能恰好等于零，设φ2=0，则，当粒子的动能为6eV时，其电势能为（）A．12eV B．2eV C．3eV D．02、如图所示，将带正电的甲球放在不带电的乙球左侧，两球在空间形成了稳定的静电场，实线为电场线，虚线为等势线。
A、B两点与两球球心连线位于同一直线上，C、D两点关于直线AB对称，则( )A．A点和B点的电势相同B．C点和D点的电场强度相同C．正电荷从A点移至B点，电场力做正功D．负电荷从C点移至D点，电势能增大3、如图所示，有四个等量异种电荷，放在正方形的四个顶点处。
A、B、C、D为正方形四个边的中点，O为正方形的中心，下列说法中正确的是( )A．A、B、C、D四个点的电场强度相同B．O点电场强度等于零D．将一带正电的试探电荷匀速从A点沿直线移动到C点，试探电荷具有的电势能增大4、如图所示的同心圆是电场中的一簇等势线，一个电子只在电场力作用下沿着直线由A→C运动时的速度越来越小，B为线段AC的中点，则下列说法正确的是( )A．电子沿AC方向运动时受到的电场力越来越小B．电子沿AC方向运动时它具有的电势能越来越大C．电势差UAB＝UBCD．电势φA<φB<φC5、如图所示，直线MN是某电场中的一条电场线(方向未画出)。
虚线是一带电的粒子只在电场力的作用下，由a到b 的运动轨迹，轨迹为一抛物线。
下列判断正确的是( )A．电场线MN的方向一定是由N指向MB．带电粒子由a运动到b的过程中动能一定逐渐减小C．带电粒子在a点的电势能一定大于在b点的电势能D．带电粒子在a点的加速度一定大于在b点的加速度6、如图，a、b、c、d是匀强电场中的四个点，它们正好是一个梯形的四个顶点，电场线与梯形所在的平面平行．ab 平行cd，且cd边长为ab边长的三倍，已知a点的电势是2 V，b点的电势是6 V，c点的电势是20 V．由此可知，d 点的电势为C．8 V D．12 V7、如图为某电场的电场线，A、B两点的电势分别为、，正点电荷在A、B两点的电势能分别为E PA、E PB，则有A．＜，E PA＞E PBB．＜，E PA＜E PBC．＞，E PA＜E PBD．＞，E PA＞E PB8、以下说法正确的是（）A.首先提出场的概念的物理学家是库仑B.电势降低的方向就是电场线的方向C.电场实际并不存在，而是人们假想出的D.点电荷实际不存在，是理想化模型二、多项选择（每空5 分，共30分）9、如图所示实线为等量异号点电荷周围的电场线，虚线为以一点电荷为中心的圆，M点是两点电荷连线的中点．若将一试探正点电荷从虚线上N点移动到M点，则A．电荷所受电场力大小不变B．电荷所受电场力逐渐增大C．电荷电势能逐渐减小D．电荷电势能保持不变10、两个带等量正电的点电荷，固定在图中P、Q两点，MN为PQ连线的中垂线，交PQ于O点，A点为MN上的一点。
高中物理选修3-1知识点及典型例题
电荷及其守恒定律一、学习目标1.知道两种电荷及其相互作用，知道电量的概念。
2.知道摩擦起电和感应起电并不是创造了电荷，而是使物体中的正负电荷分开。
3.知道电荷守恒定律。
4.知道什么是元电荷。
二、知识点说明1、电荷守恒定律和元电荷1.两种电荷：(1)正电荷：丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷；(2)负电荷：毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷。
2.电荷间的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
3.使物体带电方法：(1)摩擦起电；(2)接触带电；(3)感应起电。
4.摩擦起电：(1)本质：电荷的转移；(2)原因：原子核对核外电子的束缚能力不同。
(3)结果：两个相互摩擦的物理带上了等量异种电荷。
5.自由电子：金属中，最外层电子脱离原子核束缚在金属中自由活动的电子，失去电子的原子变成为了带正电的离子。
6.静电感应：把电荷移近不带电的异体，可以使导体带电的现象。
利用静电感应使物体带电，叫做感应起电。
当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带异号电荷，远离带电体的一端带同号电荷。
7.电荷守恒定律：电荷既不会产生，也不会消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移过程中，电荷的总量保持不变。
(一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变)8.元电荷：(1)最小的电荷量，用e表示，，单位：库仑，简称库，符号用C表示。
正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值。
(2)比荷：电子的电荷量e与电子的质量之比，。
注意：所有带电体的电荷量或者等于e，或者等于e的整数倍。
就是说，电荷量是不能连续变化的物理量。
9.验电器：(1)作用：检验物体是否带电。
(2)原理：同种电荷相互排斥。
三、典型例题例1关于摩擦起电和感应起电的实质，下列说法正确的是：（）A.摩擦起电现象说明了机械能可以转化为电能，也说明通过做功可以创造电荷B.摩擦起电说明电荷可以从一个物体转移到另一个物体C.感应起电说明电荷可以从物体的一个部分转移到物体另一个部分D.感应起电说明电荷从带电的物体转移到原来不带电的物体上去了解析:摩擦起电的实质是：当两个物体相互摩擦时，一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体，于是原来电中性的物体由于得到电子而带上负电，失去电子的物体带上正电。
高中物理第一章静电场第4节电势能和电势作业3(含解析)新人教版选修31
电势能和电势1．(多选)下列关于电势高低的判断，正确的是( )A．负电荷从A移到B时，外力做正功，A点的电势一定较高B．负电荷从A移到B时，电势能增加，A点的电势一定较低C．正电荷从A移到B时，电势能增加，A点的电势一定较低D．正电荷只在电场力作用下从静止开始，由A移到B，A点的电势一定较高【解析】根据电场力做功和电势能变化的关系，不管是正电荷做功还是负电荷做功，只要做正功电势能就减少；只要做负功电势能就增加．正、负电荷在电势高低不同的位置具有的电势能不同，正电荷在电势高处具有的电势能多；负电荷在电势低处具有的电势能多．所以C、D正确．【答案】CD2．(多选)如图1－4－11所示为点电荷a、b所形成的电场线分布，以下说法正确的是( )图1－4－11A．a、b为异种电荷B．a、b为同种电荷C．A点场强大于B点场强D．A点电势高于B点电势【解析】本题考查点电荷的电场线特点．电场线从正电荷或无穷远出发，终止于负电荷或者无穷远，所以a应为正电荷b为负电荷，故A选项正确．电场线越密集，场强越大，故C选项错误．沿电场线方向电势逐渐降低，故D选项正确．【答案】AD3．(多选)一带电粒子沿着图1－4－12中曲线JK穿过一匀强电场，a、b、c、d为该电场的电势面，其中φa＜φb＜φc＜φd，若不计粒子受的重力，可以确定( )图1－4－12A．该粒子带正电B．该粒子带负电C．从J到K粒子的电势能增加D．粒子从J到K运动过程中的动能与电势能之和不变【解析】此题已知电场中的一簇等势面，并且知道各等势面电势的高低，可知电场线与等势面垂直，且指向左．由粒子运动的轨迹知，粒子所受电场力的方向与电场线方向相反，所以粒子带负电，A错，B正确；粒子从J到K运动过程中，电场力做正功，所以电势能减小，C错；只有电场力做功，动能与电势能之和保持不变，D对．【答案】BD4．(多选)如图1－4－13所示，固定在Q点的正点电荷的电场中有M、N两点，已知MQ ＜NQ.下列叙述正确的是( )图1－4－13A．若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点，则静电力对该电荷做功，电势能减少B．若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点，则该电荷克服静电力做功，电势能增加C．若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点，则静电力对该电荷做功，电势能减少D．若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点，再从N点沿不同路径移回到M点，则该电荷克服静电力做的功等于静电力对该电荷所做的功，电势能不变【解析】由点电荷产生的电场的特点可知，M点的电势高，N点的电势低，所以正电荷从M点到N点，静电力做正功，电势能减小，故A对，B错；负电荷由M点到N点，克服静电力做功，电势能增加，故C错；静电力做功与路径无关，负点电荷又回到M点，则整个过程中静电力不做功，电势能不变，故D对．【答案】AD5．关于等势面的说法，正确的是( )A．电荷在等势面上移动时，由于不受电场力作用，所以说电场力不做功B．在同一个等势面上各点的场强大小相等C．两个不等电势的等势面可能相交D．若相邻两等势面的电势差相等，则等势面的疏密程度能反映场强的大小【解析】等势面由电势相等的点组成，等势面附近的电场线跟等势面垂直，因此电荷在等势面上移动时，电场力不做功，但并不是不受电场力的作用，A错．等势面上各点场强大小不一定相等，等势面不可能相交，B、C错．等差等势面的疏密反映场强的大小，D对．【答案】 D6．(2015·福州高二检测)如图1－4－14所示，在点电荷Q形成的电场中，已知a、b，两点在同一等势面上，c、d两点在另一等势面上．甲、乙两个带电粒子的运动轨迹分别为accb和adb曲线，已知乙粒子带正电．那么下列判断正确的是( )图1－4－14A．甲粒子在b点的电势能比在c点小B．乙粒子在d点速度最大C．a、b两点电场强度相同D．d点电势比b点电势高【解析】根据乙粒子的运动轨迹及乙粒子带正电的条件，可知点电荷Q带正电，而甲粒子带负电，甲粒子从b向c运动过程中，电场力做正功，甲粒子的电势能减小，因此，E p b>E p c，选项A错误；对于乙粒子，若从b向d运动，电场力对粒子做负功，粒子的电势能增加，则E p b<E p d，故φb<φd，选项D正确；根据动能定理，电场力对乙粒子做负功，粒子的动能减小，E k b>E k d，则v b>v d，选项B错误；根据正点电荷电场的特点可知，a、b两点电场强度的大小相等，但方向不同，选项C错误．【答案】 D7．在静电场中，将一正电荷从a点移到b点，电场力做了负功，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小【解析】电场力做负功，该电荷电势能增加．正电荷在电势高处电势能较大，C正确．电场力做负功同时电荷可能还受其他力作用，总功不一定为负．由动能定理可知，动能不一定减小，D错．电势高低与场强大小无必然联系，A错．b点电势高于a点，但a、b可能不在同一条电场线上，B错．【答案】 C8．如图1－4－15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v M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v N折回N点，则( )图1－4－15A．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】 B[超越自我·提升练]9．如图1－4－16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，OA<OB，用E A、E B和φA、φB分别表示A、B两点的电场强度和电势，则( )图1－4－16A．E A一定大于E B，φA一定大于φBB．E A不一定大于E B，φA一定大于φBC．E A一定大于E B，φA不一定大于φBD．E A不一定大于E B，φA不一定大于φB【解析】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E A不一定大于E B.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φA一定大于φB.【答案】 B10．(多选)如图1－4－17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( )图1－4－17A ．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】 AC11．一匀强电场，场强方向是水平的(如图1－4－18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v 0，在静电力与重力的作用下，恰能沿与场强的反方向成θ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．图1－4－18【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mg ＝Eq tan θ由此可知，小球做匀减速直线运动的加速度大小为a ＝F 合m ＝mg m sin θ＝g sin θ设从O 点到最高点的路程为s ，有v 20＝2as运动的水平距离为l ＝s cos θ由上面公式可得静电力做功W ＝－Eql ＝－12mv 20cos 2 θ 电势能之差ΔE p ＝－W ＝12mv 20cos 2 θ 【答案】 12mv 20cos 2 θ 12．如图1－4－19所示，在场强E ＝104 N/C 的水平匀强电场中，有一根长l ＝15 cm 的细线，一端固定在O 点，另一端系一个质量m ＝3 g 、电荷量q ＝2×10－6 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/s 2.求：图1－4－19(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)ΔE p ＝－mgl ＝－4.5×10－3JΔE p 电＝Eql ＝3×10－3 J(2)E p ＝3×10－3 JE p ＝φB q ，φB ＝3×10－32×10－6 V ＝1.5×103 V (3)A →B 由动能定理得：mgl －Eql ＝12mv 2B 所以v B ＝1 m/s ，在B 点对小球F T －mg ＝mv 2B l ，F T ＝5×10－2 N 【答案】 (1)重力势能减少4.5×10－3 J 电势能增加3×10－3 J(2)3×10－3 J 1.5×103 V(3)1 m/s 5×10－2 N。
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电势能和电势
【例1】如图8-10所示，当带电体A靠近一个绝缘导体B时，由于静电感应，B两端感应出等量异种电荷。
将B的左端接地，绝缘导体B带何种电荷？
答案: B导体将带负电荷
【分析解答】
因为导体B处于正电荷所形成的电场中，而正电荷所形成的电场电势处处为正，所以导体B的电势是正的，U B＞U
；而负电荷在电场力的作用下总是从低电势
地
向高电势运动，B左端接地，使地球中的负电荷（电子）沿电场线反方向进入高电势B导体的右端与正电荷中和，所以B导体将带负电荷。
【例2】如图8－1所示，实线是一个电场中的电场线，虚线是一个负检验电荷在这个电场中的轨迹，若电荷是从a处运动到b处，以下判断正确的是[ ] A．电荷从a到b加速度减小
B．b处电势能大
C．b处电势高
D．电荷在b处速度小
答案:D
【分析解答】由图8－1可知b处的电场线比a处的电场线密，说明b处的场强大于a处的场强。
根据牛顿第二定律，检验电荷在b处的加速度大于在a处的加速度，A选项错。
由图8－1可知，电荷做曲线运动，必受到不等于零的合外力，即Fe≠0，且Fe 的方向应指向运动轨迹的凹向。
因为检验电荷带负电，所以电场线指向是从疏到密。
再利用“电场线方向为电势降低最快的方向”判断a，b处电势高低关系是U a ＞U b，C选项不正确。
根据检验电荷的位移与所受电场力的夹角大于90°，可知电场力对检验电荷做负功。
功是能量变化的量度，可判断由a→b 电势能增加，B 选项正确；又因电场力做功与路径无关，系统的能量守恒，电势能增加则动能减小，即速度减小，D 选项正确。
【例3】将一电量为6210q c -=⨯的点电荷从电场外一点P 移至电场中某点A, 电
场力做功 5410J -⨯,求A 点的电势.
答案:－20V
解：设设场外一点P 的电势为0p ϕ=
从P 到A,电场力做的功PP PA PA W E E E =-=-
5410PA E W J -=-=-⨯
5
6
41020210PA A E V V q ϕ--⨯==-=-⨯
【例4】在静电场中，下列说法中错误的是：（ ）
A 、 电场强度为零的点，电势也一定为零
B 、 电场强度处处相等的区域内，电势也一定处处相等
C 、 只在电场力作用下，正电荷一定从电势高的地方向电势低的地方移动
D 、 沿着电场线方向电势一定越来越低
答案:A 、B 、C
【解析】电场强度和电势是从不同的角度描述电场性质的两个物理量，前者从力的角度，后者从能量的角度，两者之间没有直接的对于关系。
在等量同种电荷形成的电场中，它们连线的中点电场强度为零，但电势却不为零；匀强电场的场强处处相等，而沿着电场线方向电势却在不断降低；正电荷在电场中的移动方向还和它的初速度方向有关，如果初速度是逆着电场线方向的，那么它移动的开始阶段从低电势向高电势。
电场线的方向是电势的降落的方向。
综上所述：A 、B 、C 中的表述都是错误的。
【例5】如图所示，a 、b 为竖直方向上的电场线上的两点，一带电质点在a 由静。