全国通用 版高考物理一轮复习课时作业21电场能的性质.docx
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全国通用版高考物理一轮复习课时作业21电场能的性质
课时作业(二十一) 电场能的性质
A组·基础巩固题
1.边长为1cm的正三角形ABC处于匀强电场中,电场方向平行于三角形所在平面。
将电子由A点移动到B点,电场力做功4eV;将电子由A点移动到C点,电场力做功2eV。
电场强度大小为( )
A.200V/mB.300V/m
C.200V/mD.400V/m
解析 A、B两点间电势差UAB=-4V,同理UAC=-2V,所以C点与AB中点的电势相等,可知电场线平行于BA,由B指向A,E==400V/m,D项正确。
答案 D
2.如图所示,实线表示某静电场的电场线,虚线表示该电场的等势面。
下列判断正确的是( )
A.1、2两点的场强相等
B.1、3两点的场强相等
C.1、2两点的电势相等
D.2、3两点的电势相等
解析 根据电场线的疏密程度判断场强大小,电场线越密,场强越强,则E1>E2,E1>E3,所以A、B两项错误;沿电场线方向电势降低,φ1>φ2,同一等势面上的电势相等,φ2=φ3,C项错误,D项正确。
答案 D
3.一带负电的粒子只在电场力作用下沿x轴正向运动,其动能Ek随位移x变化的关系图象如图所示,则下列说法正确的是( )
A.x1处电场强度最小,但不为零
B.粒子在0~x1段做匀加速运动,x2~x3段做匀减速运动
C.0~x1之间一定有一处电场强度大小与x2处相同
D.在0、x1、x2、x3处电势的关系为φ0>φ1>φ2>φ3
解析 带负电的粒子只在电场力作用下沿x轴正向运动,说明x轴上电场线的方向与x轴平行,所以Ek-x图象的斜率实际上就是电场力,由此易知,C项正确。
答案 C
4.(2019·汉中月考)在维护和检修高压供电线路时,为了不影响城市用电,电工经常要在高压线上带电作业。
为了保障电工的安全,电工全身要穿上用金属丝线编织的衣服(如图甲)。
图乙中电工站在高压直流输电线的A供电线上作业,其头顶上方有B供电线,B供电线的电势高于A供电线的电势。
虚线表示电工周围某一截面上的等势面,c、d、e、f是不同等势面上的四个点,以下说法正确的是( )
甲 乙
A.在c、d、e、f四点中,c点的电场最强
B.在c、d、e、f四点中,f点的电势最高
C.若将某电子由c移到f,其电势能将增大
D.将电子在d点由静止释放,它会向e点所在等势面运动
解析 在c、d、e、f四点中,f点所处的等差等势面密集,故电场线也密集,场强较大,A项错误;因B供电线的电势高于A供电线的电势,故c等势面电势最高,B项错误;f点电势最低,故若将某电子由c移到f,其电势能将增大,C项正确;电场方向由c等势面指向f等势面,故将某电子在d点由静止释放,它会向c点所在等势面运动,D项错误。
答案 C
5.(多选)真空中有一带负电的点电荷仅在库仑力作用下绕固定的点电荷+Q运动,其轨迹为椭圆,如图所示。
已知a、b、c、d为椭圆的四个顶点,+Q处在椭圆的一个焦点上,则下列说法正确的是( )
A.负电荷在a、c两点所受的电场力相同
B.负电荷在a点和c点的电势能相等
C.负电荷由b运动到d的过程中电势能增加,动能减少
D.负电荷由a经b运动到c的过程中,电势能先增加后减少
解析 在a、c两点负电荷所受电场力方向不同,A项错误;以单个点电荷为球心的球面是等势面,所以a、c两点电势相等,根据电势与电势能的关系可知,负电荷在a、c两点电势能也相等,B项正确;负电荷由b到d过程中,电场力始终做负功,电势能增加,动能减少,C项正确;负电荷由a经b到c的过程中,电场力先做正功再做负功,故电势能先减少后增加,D项错误。
答案 BC
6.如图所示,固定的光滑绝缘斜面的底端固定着一个带正电的小物块P,将另一个带电小物块Q在斜面的某位置由静止释放,它将沿斜面向上运动。
设斜面足够长,则在Q向上运动过程中( )
A.物块P、Q的电势能和动能之和先增大后减小
B.物块P、Q的重力势能和电势能之和先减小后增大
C.物块P、Q的重力势能和电势能之和先增大后减小
D.物块P、Q的重力势能和动能之和先增大后减小
解析 物体Q在沿斜面方向上受向上的电场力和重力沿斜面向下的分力作用,当物体向上滑动时,随电场力的减小,加速度先逐渐减小,然后反向增加,即速度先增加后减小;因系统只有重力和电场力做功,则系统的电势能、重力势能和动能守恒,即Ep电+Ep重+Ek=常数,则在Q向上运动过程中,随重力势能的增加,物块P、Q的电势能和动能之和逐渐减小,A项错误;在Q向上运动过程中动能先增大后减小,故物块P、Q的重力势能和电势能之和先减小后增大,B项正确,C项错误;在Q向上运动过程中,电势能逐渐减小,故物块P、Q的重力势能和动能之和逐渐增大,D项错误。
答案 B
7.(多选)如图甲所示,在绝缘水平面上方的MM′和PP′范围内有方向水平向右的电场,电场强度大小沿电场线方向的变化关系如图乙所示。
一质量为m、带电荷量为+q的小物块(可视为点电荷)从水平面上的A点以初速度v0向右运动,到达B点时速度恰好为零。
若滑块与水平面之间的动摩擦因数为μ,A、B两点间的距离为l,重力加速度为g。
则以下判断正确的是( )
甲 乙
A.小物块在运动过程中所受到的电场力一直小于滑动摩擦力
B.此过程中产生的内能大于mv
C.A、B两点间的电势差为
D.小物块在运动过程中的中间时刻,速度大小等于
解析
滑块所受的电场力水平向右,摩擦力水平向左,由图象知,电场强度逐渐增大,电场力逐渐增大,滑块做减速运动,可知电场力一直小于滑动摩擦力,A项正确;根据能
量守恒知,电势能减小、动能减小,全部转化为内能,则产生的内能大于mv,B项正确;根据动能定理得qU-μmgl=0-mv,解得,A、B点间的电势差U=,C项正确;因为电场力逐渐增大,所以小滑块做加速度逐渐减小的减速运动,根据速度—时间图线可知,若为匀变速直线运动,中间时刻的瞬时速度等于,从图中可知,中间时刻的瞬时速度小于,D项错误。
答案 ABC
8.(多选)如图所示,A、B、C、D四点构成一边长为L的正方形。
对角线AC竖直,在A点固定一电荷量为-Q的点电荷,规定电场中B点的电势为零。
现将几个质量均为m、电荷量均为-q的带电小球从D点以大小均为v0的速度向各个方向抛出,已知重力加速度大小为g,下列说法正确的是( )
A.通过B点的小球过B点时的速度大小为v0
B.通过C点的小球在C点时的电势能比通过B点的小球在B点时的电势能大
C.通过C点的小球在C点时受到的库仑力是通过B点的小球在B点时受到的库仑力的2倍
D.若通过C点的小球在C点时的速度大小为v,则C点的电势为(v2-v-gL)
解析 B、D两点在同一等势面上,在同一高度,所以电场力和重力做功均为零,由动能定理可知,小球通过B点时的速度大小为v0,A项正确;小球从D到C电场力做正功,电势能减少,且小球在B、D两点电势能相等,所以小球在C点的电势能比在B点的电势能小,B项错误;根据库仑定律得小球在B点受到的库仑力是在C点受到的库仑力的2倍,C项错误;从D到C应用动能定理得mg·L-qUDC=mv2-mv,且UDC=UBC=0-φC,解得φC=(v2-v-gL),D项正确。
答案 AD
B组·能力提升题
9.(2019·成都石室中学)(多选)如图所示,质量为m、半径为R的圆形光滑绝缘轨道放在水平地面上固定的M、N两竖直墙壁间,圆形轨道与墙壁间摩擦忽略不计,在轨道所在平面加一竖直向上的场强为E的匀强电场。
P、Q两点分别为轨道的最低点和最高点。
在P点有一质量为m,电荷量为q的带正电的小球,现给小球一水平初速度v0,使小球在竖直平面内做圆周运动。
不计空气阻力,重力加速度为g,则下列说法正确的是( )
A.从P到Q点的过程中,小球的机械能一定减少
B.小球通过P点时对轨道可能没有压力
C.若mg>qE,要使小球能通过Q点且保证圆形轨道不脱离地面,速度v0应满足的关系是≤v0<
D.小球通过P点时的速率一定大于通过Q点时的速率
解析 小球从P到Q点的过程中,电场力做正功,故机械能增加,故A项错误;通过受力分析,当电场力和重力刚好提供所需向心力时,对轨道无压力,故B项正确;当mg>qE时,由动能定理得:
2EqR-2mgR=mv-mv,小球恰能通过Q点时,mg-Eq=m,计算得出:
vP=;所以要使小球能通过Q点,需有:
v0≥;设小球通过Q点时,轨道对小球的压力为FN,小球对轨道的压力为F′N,由牛顿第三定律有:
FN=F′N,若圆形轨道不脱离地面,则:
F′N mg-Eq+FN=m,又由动能定理得: 2EqR-2mgR=mv′-mv′,解得: v′P=,所以得≤v0<,故C项正确;当qE>mg时,由动能定理2EqR-2mgR=mv-mv,得: vQ大于vP,故D项错误。 答案 BC 10.如图所示,P点固定一个带正电荷的小球,光滑杆上套有一个带负电的质量为m的小环(可视为点电荷),A、P在同一水平面上,且相距为L,当环从A位置静止开始下滑到C位置时速度恰好为零,B点是AC的中点,已知AC间的距离为h,则( ) A.在C位置时小环受到的库仑力为mg B.从A到C,小环的机械能先增大后减少 C.从A到B和从B到C,小环克服库仑力做的功,后者较大 D.从A到C,小环克服库仑力做功的功率一直增大 解析 在C位置时小环受到的库仑力F,则有=,F=,A项错误;带正电荷的小球对带负电的质量为m的小环做负功,小环的机械能减少,B项错误;设小环在B点时动能为Ek,从A到B过程有mg-WAB=Ek,从B到C过程有mg-WBC=-Ek,解得WAB=mg-Ek,WBC=mg+Ek,比较可知WAB 答案 C 11.一带正电的粒子仅在电场力作用下从A点经B、C运动到D点,其v-t图象如图所示。 分析图象后,下列说法正确的是( ) A.A处的电场强度大于C处的电场强度 B.B、D两点的电场强度和电势一定都为零 C.粒子在A处的电势能大于在C处的电势能 D.A、C两点的电势差大于B、D两点间的电势差 解析 因为v-t图线的斜率等于物体的加速度,故在A处的加速度大于C处的加速度,A处的电场强度大于C处的电场强度,A项正确;B、D两点切线的斜率为零,故两点的加速度为零,场强为零,但是电势不一定都为零,B项错误;粒子在A处的速度大于C处的速度,则在A处的动能大于C处的动能,在A处的电势能小于在C处的电势能,C项错误;根据动能定理qUAC=mv-mv,qUBD=mv-mv,由图线可知mv-mv>mv-mv,则A、C两点的电势差小于B、D两点间的电势差,D项错误。 答案 A 12.如图所示,一匀强电场的电场线与圆O所在平面平行,AB为圆的一条直径,C为圆周上一点,圆的半径为R,∠AOC=60°,在A点有一粒子源,能向圆O所在平面内各个方向以动能Ek发射同种带电粒子,粒子质量为m,电荷量为q,由观察可知经过B、C的粒子动能分别为5Ek和3Ek,则( ) A.匀强电场的电场强度为 B.匀强电场的电场强度为 C.匀强电场的方向垂直OC D.匀强电场的方向与AC平行 解析 在匀强电场中,沿任意方向相等距离电势差相等,由题意可知A到B电场力做功4Ek,则由A到O电场力做功2Ek,由A到C电场力做功2Ek,即O、C为等势点,连接OC为等势线,则电场线垂直OC,根据几何关系可得匀强电场的电场强度为,A、B、D三项错误,C项正确。 答案 C 13.如图所示,一矩形绝缘木板放在光滑水平面上,另一质量为m、带电量为q的小物块沿
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