云南省昭通市水富市云天化中学物理第十章 静电场中的能量专题试卷

云南省昭通市水富市云天化中学物理第十章静电场中的能量专题试卷一、第十章静电场中的能量选择题易错题培优（难）1．空间存在一静电场，电场中的电势φ随x (x轴上的位置坐标)的变化规律如图所示，下列说法正确的是( )A．x = 4 m处的电场强度可能为零B．x = 4 m处电场方向一定沿x轴正方向C．沿x轴正方向，电场强度先增大后减小D．电荷量为e的负电荷沿x轴从0点移动到6 m处，电势能增大8 eV【答案】D【解析】【分析】【详解】φ 图象的斜率等于电场强度，知x=4 m处的电场强度不为零，选项A错误；B、A、由x从0到x=4 m处电势不断降低，但x=4 m点的电场方向不一定沿x轴正方向，选项B错误；C、由斜率看出，沿x轴正方向，图象的斜率先减小后增大，则电场强度先减小后增大，选项C错误；D、沿x轴正方向电势降低，某负电荷沿x轴正方向移动，电场力做负功，从O点移动到6m的过程电势能增大8 eV，选项D正确．故选D．【点睛】本题首先要读懂图象，知道φ-x图象切线的斜率等于电场强度，场强的正负反映场强的方向，大小反映出电场的强弱．2．在电场方向水平向右的匀强电场中，一带电小球从A 点竖直向上抛出，其运动的轨迹如图所示，小球运动的轨迹上A、B两点在同一水平线上，M为轨迹的最高点，小球抛出时的动能为8.0J，在M点的动能为6.0J，不计空气的阻力，则（）A．从A点运动到M点电势能增加 2JB．小球水平位移x1与x2的比值 1：4C．小球落到B点时的动能 24JD ．小球从A 点运动到B 点的过程中动能有可能小于 6J【答案】D【解析】【分析】【详解】将小球的运动沿水平和竖直方向正交分解，水平分运动为初速度为零的匀加速直线运动，竖直分运动为匀变速直线运动；A ．从A 点运动到M 点过程中，电场力做正功，电势能减小，故A 错误；B ．对于初速度为零的匀加速直线运动，在连续相等的时间间隔内位移之比为1：3，故B 错误；C ．设物体在B 动能为E kB ，水平分速度为V Bx ，竖直分速度为V By 。

由竖直方向运动对称性知12mV By 2=8J 对于水平分运动Fx 1=12mV Mx 2-12mV AX 2 F （x 1+x 2）=12mV Bx 2-12mV AX 2 x 1：x 2=1：3解得：Fx 1=6J ；F （x 1+x 2）=24J故E kB =12m （V By 2+V Bx 2）=32J 故C 错误；D ．由于合运动与分运动具有等时性，设小球所受的电场力为F ，重力为G ，则有：Fx 1=6J 2262 J 1F t m⋅⋅= Gh =8J221 8J 2G t m⋅⋅= 所以：F G = 由右图可得：tan F Gθ=所以3sin 7θ= 则小球从 A 运动到B 的过程中速度最小时速度一定与等效G ’垂直，即图中的 P 点，故2201124sin J 6J 227kmin min E mv m v θ===（）＜ 故D 正确。

故选D 。

3．如图所示，匀强电场中有一个以O 为圆心、半径为R 的圆，电场方向与圆所在平面平行，圆上有三点A 、B 、C ，其中A 与C 的连线为直径，∠A ＝30°。

有两个完全相同的带正电粒子，带电量均为q （q ＞0），以相同的初动能E k 从A 点先后沿不同方向抛出，它们分别运动到B 、C 两点。

若粒子运动到B 、C 两点时的动能分别为E kB ＝2E k 、E kC ＝3E k ，不计粒子的重力和粒子间的相互作用，则匀强电场的场强大小为A ．k E qRB ．2k E qRC ．3 3k E qRD ．23 3kE qR【答案】D【解析】【分析】【详解】从A 点到B 点应用动能定理有：2-AB k k k qU E E E ==从A 点到C 点应用动能定理有：32-AC k k k qU E E E ==所以2AC AB U U =做出等势面和电场线如图所示：则从A 点到B 点应用动能定理有：,3k k R qEd qE AD E qEE ===即 解得23 k E E =。

选项D 正确，A 、B 、C 错误。

4．空间某一静电场的电势φ在x 轴上分布如图所示，x 轴上两点B 、C 点电场强度在x 方向上的分量分别是E Bx 、E cx ，下列说法中正确的有A ．B 、C 两点的电场强度大小E Bx ＜E cxB ．E Bx 的方向沿x 轴正方向C ．电荷在O 点受到的电场力在x 方向上的分量最大D ．负电荷沿x 轴从B 移到C 的过程中，电场力先做正功，后做负功【答案】D【解析】【分析】本题的入手点在于如何判断E Bx 和E Cx 的大小，由图象可知在x 轴上各点的电场强度在x 方向的分量不相同，如果在x 方向上取极小的一段，可以把此段看做是匀强电场，用匀强电场的处理方法思考，从而得到结论，此方法为微元法．【详解】A 、在B 点和C 点附近分别取很小的一段d ，由题图得，B 点段对应的电势差大于C 点段对应的电势差，将电场看做匀强电场，有E dϕ∆=，可见E Bx >E Cx ，A 项错误．C 、同理可知O 点的斜率最小，即场强最小，电荷在该点受到的电场力最小，C 项错误．B 、沿电场线方向电势降低，在O 点左侧，E Bx 的方向沿x 轴负方向，在O 点右侧，E Cx 的方向沿x 轴正方向，B 项错误．D 、负电荷沿x 轴从B 移到C 的过程中，电场力先向右后向左，电场力先做正功，后做负功，D 项正确．故选D ．【点睛】挖掘出x φ-图象两大重要性质：图象的斜率反映电场强度的大小，图象中ϕ降低的方向反映场强沿x轴的方向．5．一带电粒子在电场中仅受静电力作用，做初速度为零的直线运动，取该直线为x轴，起始点O为坐标原点，其电势能E P与位移x的关系如图所示，下列图象中合理的是（）A．电场强度与位移关系B．粒子动能与位移关系C．粒子速度与位移关系D．粒子加速度与位移关系【答案】D【解析】试题分析：粒子仅受电场力作用，做初速度为零的加速直线运动；根据功能关系得到Ep﹣x图象的斜率的含义，得出电场力的变化情况；然后结合加速度的含义判断加速度随着位移的变化情况．解：粒子仅受电场力作用，做初速度为零的加速直线运动，电场力做功等于电势能的减小量，故：F=||，即Ep﹣x图象上某点的切线的斜率表示电场力；A 、Ep ﹣x 图象上某点的切线的斜率表示电场力，故电场力逐渐减小，根据E=，故电场强度也逐渐减小；故A 错误；B 、根据动能定理，有：F•△x=△Ek ，故Ek ﹣x 图线上某点切线的斜率表示电场力；由于电场力逐渐减小，与B 图矛盾，故B 错误；C 、题图v ﹣x 图象是直线，相同位移速度增加量相等，又是加速运动，故增加相等的速度需要的时间逐渐减小，故加速度逐渐增加；而电场力减小导致加速度减小；故矛盾，故C 错误；D 、粒子做加速度减小的加速运动，故D 正确；故选D ．【点评】本题切入点在于根据Ep ﹣x 图象得到电场力的变化规律，突破口在于根据牛顿第二定律得到加速度的变化规律，然后结合动能定理分析；不难．6．有一电场强度方向沿x 轴的电场，其电势ϕ随x 的分布满足0sin 0.5(V)x ϕϕπ=，如图所示。

一质量为m ，带电荷量为+q 的粒子仅在电场力作用下，以初速度v 0从原点O 处进入电场并沿x 轴正方向运动，则下列关于该粒子运动的说法中不正确．．．的是A ．粒子从x =1处运动到x =3处的过程中电势能逐渐减小B ．若v 00q m ϕ06q mϕC ．欲使粒子能够到达x =4处，则粒子从x =02q mϕ0D ．若0065q v mϕ=0.5处，但不能运动到4处 【答案】B【解析】【分析】 仅有电场力做功，电势能和动能相互转化；根据正电荷在电势高处电势能大，在电势低处电势能小，判断电势能的变化。

粒子如能运动到1处，就能到达4处。

粒子运动到1处电势能最大，动能最小，由能量守恒定律求解最小速度。

【详解】A ．从1到3处电势逐渐减小，正电荷电势能逐渐减小，故A 正确；B ．粒子在运动过程中，仅有电场力做功，说明电势能和动能相互转化，粒子在1处电势能最大，动能最小，从0到1的过程中，应用能量守恒定律： 220011(0)22mv q mv ϕ=-+ 解得：02q v mϕ=，故B 错误； C ．根据上述分析，电势能和动能相互转化，粒子能运动到1处就一定能到达4处，所以粒子从0到1处根据能量守恒定律：20112q mv ϕ= 解得：012q v mϕ=，故C 正确； D ．根据0sin 0.5(V)x ϕϕπ=粒子在0.5处的电势为102(V)ϕϕ=，从0到0.5处根据能量守恒定律：22020211(0)22q mv mv ϕ-+= 可知：022q v mϕ0<<，所以粒子能到达0.5处，但不能运动到4处，故D 正确。

【点睛】 根据电势ϕ随x 的分布图线和粒子的电性，结合能量守恒定律判断电势能和动能的变化。

7．如图所示，在真空中A 、B 两点分别固定等量异种点电荷-Q 和+Q ，O 是A 、B 连线的中点，acbd 是以O 为中心的正方形，m 、n 、p 分别为ad 、db 、bc 的中点，下列说法正确的是A ．m 、n 两点的电场强度相同B ．电势的高低关系n p ϕϕ=C ．正电荷由a 运动到b ，其电势能增加D ．负电荷由a 运动到c ，电场力做负功【答案】BC【解析】【详解】A ．由等量异种电荷的电场的特点知，m 、n 两点的电场的方向不同，故A 错误；B ．n 、p 两点关于A 、B 连线上下对称，电势相等，故B 正确；C ．正电荷由a 运动到b ，电场力做负功，电势能增大，故C 正确；D ．负电荷由a 运动到c ，电场力做正功，故D 错误。

8．在绝缘光滑的水平面上相距为6L 的A 、B 两处分别固定正电荷Q A 、Q B ，两电荷的位置坐标如图甲所示。

若在A 、B 间不同位置放置一个电量为+q 的带电滑块C （可视为质点），滑块的电势能随x 变化关系如图乙所示，图中x =L 点为图线的最低点。

现让滑块从x =2L 处由静止释放，下列有关说法正确的是（ ）A ．小球在x L =处的速度最大B ．小球一定可以到达2x L =-点处C ．x =0和x =2L 处场强大小相等D ．固定在AB 处的电荷的电量之比为Q A ：Q B ＝4：1【答案】AD【解析】【分析】【详解】A ．滑块C 受重力、支持力和电场力，其重力和支持力在竖直方向相抵消，滑块C 受的合外力为电场力，再由电荷在电场中电场力做正功，电荷的电势能减小，动能增加，由图可知在x L =处电势能最小，则滑块在x L =处的动能最大，A 正确；B ．由图可知，2x L =-处的电势能大于x =2L 处的电势能，又因滑块由静止释放，滑块不能到达2x L =-处，B 错误；C ．电荷在x L =处电势能最小，即正电荷Q A 、Q B 在x L =处的电场强度等大反向，即x L =的电场强度为零，有()()2242AB kQ kQ L L =解得 :4:1A B Q Q =所以x =0和x =2L 处场强大小分别为()()0222333A B B kQ kQ kQ E L L L =-= ,()222221255A B B L kQ kQ kQ E LL L =-=- C 错误，D 正确；故选AD ．9．真空中，点电荷的电场中某点的电势kQrϕ=，其中r为该点到点电荷的距离；在x轴上沿正方向依次放两个点电荷Q1和Q2；x轴正半轴上各点的电势φ随x的变化关系如图所示；纵轴为图线的一条渐近线，x0和x1为已知，则A．不能确定两点荷的电性B．不能确定两个电荷电量的比值C．能确定两点荷的位置坐标D．能确定x轴上电场强度最小处的位置坐标【答案】CD【解析】【分析】【详解】A．若取无穷远处电势为零，正电荷空间各点电势为正，负电荷空间各点电势为负，而有图象可知0x x=处电势为零，也就是空间中存在的两个点电荷肯定是一正一负，A错误；BCD．根据图线，离O点很近时，0ϕ>，且随x减小趋向于无穷大，故正电荷应该在坐标原点O处，设其电荷量为1Q，当x由0增大时，电势并没有出现无穷大，即没有经过负的点电荷，说明负电荷必定在O点左侧某a处，且设其电荷量为2Q，则21Q Q>，又根据图线0x x=处电势为零，有1200Q Qk kx x a=+，又由图线斜率可知，在1x处场强最小，为零，且有122211()Q Qk kx x a=+，由这两个方程可解出a及12QQ，故两个电荷位置坐标及电荷量的比值可求出，B错误，CD 正确；故选CD 。