人教版高二物理必修第三册第10章 静电场中的能量练习含答案.docx
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人教版高二物理必修第三册第10章静电场中的能量练习含答案
(新教材)人教高中物理必修第三册第10章静电场中的能量练习含答案
(新教材)必修第三册第10章静电场中的能量
1、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(如图所示)。
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差等势面,c、d、e、f是不同等势面上的四个点,以下说法正确的是( )
A.在c、d、e、f四点中,c点的电场强度最大
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.将某电子在d点由静止释放,它会向e点所在等势面运动
2、如图所示,图中实线表示一匀强电场的电场线,一带负电荷的粒子射入电场,虚线是它的运动轨迹,a、b是轨迹上的两点,若粒子所受重力不计,那么正确的判断是( )
A.电场线方向向下
B.粒子一定从a点运动到b点
C.a点电势比b点电势高
D.粒子在a点的电势能大于在b点的电势能
3、(双选)在静电场中,将一电子从A点移至B点,静电力做功5eV,则下列结论正确的是( )
A.A、B两点间的电势差是5V
B.A、B两点间的电势差是-5V
C.电子的电势能增加了5eV
D.电子的电势能减少了5eV
4、如图所示,充电的平行板电容器两板间形成匀强电场,以A点为坐标原点,AB方向为位移x的正方向,能正确反映电势φ随位移x变化的图像是( )
5、传感器在各种领域中有着广泛应用,是自动控制设备中不可缺少的元件。
如图所示为几种电容式传感器,其中通过改变电容器极板间距而引起电容变化的是( )
6、如图所示,一平行板电容器中存在匀强电场,电场沿竖直方向。
两个比荷(即粒子的电荷量与质量之比)不同的带正电的粒子a和b,从电容器的P点以相同的水平速度射入两平行板之间。
测得a和b与电容器极板的撞击点到入射点之间的水平距离之比为1∶2。
若不计重力,则a和b的比荷之比是( )
A.1∶2B.1∶8
C.2∶1D.4∶1
7、(双选)如图甲所示,AB是电场中的一条直线,电子以某一初速度从A点出发,仅在电场力作用下沿AB运动到B点,其vt图像如图乙所示。
关于A、B两点的电场强度EA、EB和电势φA、φB的关系,下列判断正确的是( )
A.EA>EB B.EA<EB
C.φA>φBD.φA<φB
8、(双选)某静电场等势面如图中虚线所示,则( )
A.B点的电场强度比A点的大
B.A点的电势比C点的高
C.将电荷从A点移到B点电场力不做功
D.负电荷在C点的电势能小于0
9、(双选)空间某一静电场的电势φ在x轴上的分布如图所示,x轴上两点B、C的电场强度在x轴方向上的分量分别是EBx、ECx,下列说法中正确的有( )
A.EBx的大小大于ECx的大小
B.EBx的方向沿x轴正方向
C.电荷在O点受到的电场力在x轴方向上的分量最大
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
10、(双选)水平放置的平行板电容器与电源相连,下极板接地。
带负电的液滴静止在两极板间P点,以E表示两极板间的电场强度,U表示两极板间的电压,φ表示P点的电势。
若电容器与电源断开,保持下极板不动,将上极板稍微向上移到某一位置,则( )
A.U变大,E不变,φ不变 B.U不变,E变小,φ降低
C.液滴将向下运动D.液滴仍保持静止
11、两个共轴的半圆柱形电极间的缝隙中,存在一沿半径方向的电场,如图所示。
带正电的粒子流由电场区域的一端M射入电场,沿图中所示的半圆形轨道通过电场并从另一端N射出,由此可知(不计粒子重力)( )
A.若入射粒子的电荷量相等,则出射粒子的质量一定相等
B.若入射粒子的电荷量相等,则出射粒子的速度一定相等
C.若入射粒子的电荷量与质量之比相等,则出射粒子的速度一定相等
D.若入射粒子的电荷量与质量之比相等,则出射粒子的动能一定相等
12、如图所示,a、b、c是氢原子的核外电子绕核运动的三个可能轨道,取无穷远处电子的电势能为0,电子在a、b、c三个轨道时对应的电势能分别为-13.6eV、-3.4eV、-1.51eV,由于某种因素(如加热或光照)的影响,电子会沿椭圆轨道跃迁到离核更远的轨道上运动,求:
(1)a、b、c三点的电势大小;
(2)a、b间,b、c间电势差的大小。
13、如图所示,A、B为两块足够大的相距为d的平行金属板,接在电压为U的电源上,在A板的中央P点放置一个电子发射源,可以向各个方向释放电子。
设电子的质量为m、电荷量为e,射出的初速度为v,求电子打在B板上的区域面积。
(不计电子的重力)
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(新教材)必修第三册第10章静电场中的能量
1、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(如图所示)。
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差等势面,c、d、e、f是不同等势面上的四个点,以下说法正确的是( )
A.在c、d、e、f四点中,c点的电场强度最大
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.将某电子在d点由静止释放,它会向e点所在等势面运动
解析:
选C 根据等差等势线的疏密,可知在c、d、e、f四点中,f点的电场强度最大,故A错误;沿着电场线方向电势降低,因B供电线的电势高于A供电线的电势,则在c、d、e、f四点中,c点的电势最高,故B错误;若将某电子由c移到f,即从高电势处移到低电势处,其电势能将增大,故C正确;将某电子在d点由静止释放,在电场力作用下,它会向c点所在等势面运动,故D错误。
2、如图所示,图中实线表示一匀强电场的电场线,一带负电荷的粒子射入电场,虚线是它的运动轨迹,a、b是轨迹上的两点,若粒子所受重力不计,那么正确的判断是( )
A.电场线方向向下
B.粒子一定从a点运动到b点
C.a点电势比b点电势高
D.粒子在a点的电势能大于在b点的电势能
解析:
选D 无论粒子从a点或者从b点射入电场,由于运动轨迹向下弯曲,说明粒子受电场力方向向下,可判断电场线的方向向上而不是向下,A错误;粒子既可以从a点运动到b点,也可以从b点运动到a点,B错误;由于顺着电场线方向电势降低,故有φa<φb,C错误;负电荷逆着电场线方向运动时电势能减少,顺着电场线方向运动时电势能增加,因而粒子在a点的电势能大于在b点的电势能,D正确。
3、(双选)在静电场中,将一电子从A点移至B点,静电力做功5eV,则下列结论正确的是( )
A.A、B两点间的电势差是5V
B.A、B两点间的电势差是-5V
C.电子的电势能增加了5eV
D.电子的电势能减少了5eV
解析:
选BD UAB=
=
=-5V,故A错误,B正确;又WAB=-ΔEp,静电力做功5eV,则电势能减少5eV,C错误,D正确。
4、如图所示,充电的平行板电容器两板间形成匀强电场,以A点为坐标原点,AB方向为位移x的正方向,能正确反映电势φ随位移x变化的图像是( )
解析:
选C 沿电场线的方向电势逐渐降低,A、B错误;设AB与水平电场线的夹角为θ,A点的电势为φA,则φ=φA-Excosθ,故C正确,D错误。
5、传感器在各种领域中有着广泛应用,是自动控制设备中不可缺少的元件。
如图所示为几种电容式传感器,其中通过改变电容器极板间距而引起电容变化的是( )
解析:
选C A图是通过改变电介质,来改变电容器的电容,故A错误;B图中电容器的一个极板是金属芯线,另一个极板是导电液体,故是通过改变电容器两极板间正对面积而引起电容变化的,故B错误;C图是通过改变极板间的距离,改变电容器的电容,故C正确;D图是通过转动动片改变正对面积,改变电容器的电容,故D错误。
6、如图所示,一平行板电容器中存在匀强电场,电场沿竖直方向。
两个比荷(即粒子的电荷量与质量之比)不同的带正电的粒子a和b,从电容器的P点以相同的水平速度射入两平行板之间。
测得a和b与电容器极板的撞击点到入射点之间的水平距离之比为1∶2。
若不计重力,则a和b的比荷之比是( )
A.1∶2B.1∶8
C.2∶1D.4∶1
解析:
选D 两带电粒子都做类平抛运动,水平方向做匀速运动,有x=vt,垂直金属板方向做初速度为零的匀加速直线运动,有y=
at2,
粒子在电场中受的力为F=Eq,
根据牛顿第二定律有F=ma,
联立解得:
=
。
因为两粒子在同一电场中运动,E相同,v相同,y相同,所以比荷与水平位移的平方成反比,所以比荷之比为4∶1,故D正确。
7、(双选)如图甲所示,AB是电场中的一条直线,电子以某一初速度从A点出发,仅在电场力作用下沿AB运动到B点,其vt图像如图乙所示。
关于A、B两点的电场强度EA、EB和电势φA、φB的关系,下列判断正确的是( )
A.EA>EB B.EA<EB
C.φA>φBD.φA<φB
解析:
选AC 由vt图像可知:
电子做的是加速度越来越小的变减速运动,电子受到的电场力就是其所受的合外力,即电场力越来越小,由F=Eq可知,电场强度越来越小,即EA>EB,A选项正确;由于电子带负电,其所受的电场力方向与电场强度方向相反,则电场强度的方向应为由A指向B,由沿电场线方向电势越来越低,可得φA>φB,C选项正确。
8、(双选)某静电场等势面如图中虚线所示,则( )
A.B点的电场强度比A点的大
B.A点的电势比C点的高
C.将电荷从A点移到B点电场力不做功
D.负电荷在C点的电势能小于0
解析:
选ABC B点的等势面比A点的等势面密,则B点的电场强度比A点的大,故A正确;A点的电势为0,C点的电势为-5V,A点的电势比C点的高,故B正确;A点的电势与B点的电势相等,将电荷从A点移到B点电场力不做功,故C正确;C点的电势小于0,负电荷在C点的电势能大于0,故D错误。
9、(双选)空间某一静电场的电势φ在x轴上的分布如图所示,x轴上两点B、C的电场强度在x轴方向上的分量分别是EBx、ECx,下列说法中正确的有( )
A.EBx的大小大于ECx的大小
B.EBx的方向沿x轴正方向
C.电荷在O点受到的电场力在x轴方向上的分量最大
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
解析:
选AD 在φx图中,图像上某点的切线的斜率
为电势在该位置沿x轴方向的变化率,即x轴方向上的电场强度,由题图可知EBx>ECx,EOx=0,故A正确,C错误;根据电场中沿着电场线的方向电势逐渐降低可知EBx沿x轴负方向,B项错误;负电荷从B到O,所受电场力沿x轴正方向,负电荷从O到C,所受电场力沿x轴负方向,故可判断负电荷从B移到C的过程中,电场力先做正功后做负功,D项正确。
10、(双选)水平放置的平行板电容器与电源相连,下极板接地。
带负电的液滴静止在两极板间P点,以E表示两极板间的电场强度,U表示两极板间的电压,φ表示P点的电势。
若电容器与电源断开,保持下极板不动,将上极板稍微向上移到某一位置,则( )
A.U变大,E不变,φ不变 B.U不变,E变小,φ降低
C.液滴将向下运动D.液滴仍保持静止
解析:
选AD 电容器与电源断开,则带电量Q不变,保持下极板不动,将上极板稍微向上移到某一位置,则d变大,根据C=
可知C变小,根据Q=CU可知U变大,由E=
与上述式子联立可得:
E=
,则E不变;因P点与下极板的距离不变,根据U=Ed可知P点与下极板的电势差不变,即P点的电势φ不变,A正确,B错误;由于E不变,则液滴受的电场力不变,则液滴仍保持静止,C错误,D正确。
11、两个共轴的半圆柱形电极间的缝隙中,存在一沿半径方向的电场,如图所示。
带正电的粒子流由电场区域的一端M射入电场,沿图中所示的半圆形轨道通过电场并从另一端N射出,由此可知(不计粒子重力)( )
A.若入射粒子的电荷量相等,则出射粒子的质量一定相等
B.若入射粒子的电荷量相等,则出射粒子的速度一定相等
C.若入射粒子的电荷量与质量之比相等,则出射粒子的速度一定相等
D.若入射粒子的电荷量与质量之比相等,则出射粒子的动能一定相等
解析:
选C 由题图可知,该粒子在电场中做匀速圆周运动,电场力提供向心力qE=m
得r=
,r、E为定值,若q相等则动能
mv2一定相等,但质量m或速度v不一定相等,若
相等,则速度v一定相等,故只有C正确。
12、如图所示,a、b、c是氢原子的核外电子绕核运动的三个可能轨道,取无穷远处电子的电势能为0,电子在a、b、c三个轨道时对应的电势能分别为-13.6eV、-3.4eV、-1.51eV,由于某种因素(如加热或光照)的影响,电子会沿椭圆轨道跃迁到离核更远的轨道上运动,求:
(1)a、b、c三点的电势大小;
(2)a、b间,b、c间电势差的大小。
解析:
(1)电子的带电荷量q=-1.6×10-19C,据电势的定义φ=
得,φa=
=
=13.6V。
同理φb=3.4V,φc=1.51V。
(2)Uab=φa-φb=(13.6-3.4)V=10.2V
Ubc=φb-φc=(3.4-1.51)V=1.89V。
答案:
(1)13.6V 3.4V 1.51V
(2)10.2V 1.89V
13、如图所示,A、B为两块足够大的相距为d的平行金属板,接在电压为U的电源上,在A板的中央P点放置一个电子发射源,可以向各个方向释放电子。
设电子的质量为m、电荷量为e,射出的初速度为v,求电子打在B板上的区域面积。
(不计电子的重力)
解析:
打在区域最边缘的电子,其初速度方向平行于金属板,在电场中做类平抛运动,在垂直于电场方向做匀速运动,即r=vt
在平行电场方向做初速度为零的匀加速运动,即d=
at2
电子在平行电场方向上的加速度a=
=
电子打在B板上的区域面积S=πr2
解得S=
。
答案:
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