2020版高考物理一轮复习全程训练计划课练21电场能的性质含解析.pdf
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1、电场能的性质电场能的性质 小题狂练 小题是基础 练小题 提分快 21 12018全国卷(多选)图中虚线 a、b、c、d、f 代表匀强电场内间距相等的一组 等势面,已知平面 b 上的电势为 2 V一电子经过 a 时的动能为 10 eV,从 a 到 d 的过程中克 服电场力所做的功为 6 eV.下列说法正确的是( ) A平面 c 上的电势为零 B该电子可能到达不了平面 f C该电子经过平面 d 时,其电势能为 4 eV D该电子经过平面 b 时的速率是经过 d 时的 2 倍 答案:AB 解析 :A对 : 因等势面间距相等, 由 UEd 得相邻虚线之间电势差相等, 由 a 至 d, eUad6 eV
2、,故 Uad6 V; 各虚线电势如图所示, 因电场力做负功, 故电场方向向右, 沿电场线方向电势降低, c 0. B对:因电子的速度方向未知,若不垂直于等势面,如图中实线所示,电子可能到达不 了平面 f. C错:经过 d 时,电势能 Eped2 eV. D错:由 a 到 b,WabEkbEka2 eV,所以 Ekb8 eV; 由 a 到 d,WadEkdEka6 eV,所以 Ekd4 eV; 则 Ekb2Ekd,根据 Ek mv2知 v0vd. 1 2 2 22019广东省肇庆市鼎湖中学模拟在电场中,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,试探电荷在该点的
3、电势能一定大 C某点的场强为零,试探电荷在该点的电势能一定为零 D某点的电势为零,试探电荷在该点的电势能一定为零 答案:D 解析 : 电势是人为规定的,其值与电场强度无关,电势能与零势能面的选取有关,与电 场强度无关,A、C项错误 ; 负电荷在高电势处比在低电势处电势能小,B项错误 ; 根据 Epq 可知,电势为零,电势能为零,D项正确 3 2019江西省南昌模拟在雷雨天气中, 大树就相当于一带电荷量较大的点电荷, 1 和 2 是以树为圆心的同心圆有甲、乙、丙、丁四头相同的牛按如图所示位置和方向分别站 在地面上由此可判断( ) A牛丙所处位置的电场强度为零 B牛乙和牛丙两处电场强度相同 C牛丁
4、处的电势一定高于牛乙处的电势 D牛甲前后脚电势差最大,处于最危险的状态 答案:D 解析:根据题述,由点电荷电场模型,及点电荷电场强度的特点,知题图中 1、2 两个 同心圆可视为等势线 根据点电荷电场强度公式可知牛丙所处位置的电场强度不为零, 选项 A错误 根据点电荷电场强度公式可知, 牛乙和牛丙所处位置的电场强度的方向不同, 选项B 错误题中没有说明大树带何种电荷,若大树带正电荷,根据正电荷电势分布特点,则牛丁 处的电势高于牛乙处的电势,若大树带负电荷,则牛丁处的电势低于牛乙处的电势,选项C 错误应用点电荷电场特点分析可知,题图中牛丁虽然距离场源大树较近,所在位置的电场 强度较大,但是牛丁前后
5、脚都在同一等势线上,电势差为零,同理分析可知题图中牛乙前后 脚间电势差为零,而牛甲和牛丙前后脚不在等势线上,且牛甲距离场源大树较近,所在位置 的电场强度较大, 前后脚之间的电场强度平均值大于牛丙前后脚之间的电场强度平均值, 根 据 UEd 定性分析可知,牛甲前后脚电势差最大,根据欧姆定律 IU/R 可知,牛甲身体中 通过的电流最大,所以处于最危险的状态,选项D正确 42019东北三省四市模拟如图所示,在直角坐标系 xOy 平面内存在一正点电荷, 带电荷量为 Q, 坐标轴上有 A、 B、 C 三点, 已知 OAOBBCa, 其中 A 点和 B 点的电势相等, O 点和 C 点的电势相等,静电力常
6、量为 k,则( ) A点电荷位于 O 点处 BO 点电势比 A 点电势高 CC 点处的电场强度大小为 kQ 2a2 D将正的试探电荷从 A 点沿直线移动到 C 点,电势能一直减小 答案:C 解析:A 点和 B 点的电势相等,根据点电荷电场的特点可知,点电荷位于 A 点和 B 点连 线的垂直平分线上,O 点和 C 点的电势相等,根据点电荷电场的特点可知,点电荷位于 O 点 和 C 点连线的垂直平分线上,即正点电荷处于坐标(a,a)处,选项A错误;与 O 点相比,A 点距离场源电荷较近, 所以 A 点电势比 O 点电势高, 选项B错误 ; C 点到场源电荷的距离为 r a,根据点电荷电场强度公式,
7、C 点处电场强度大小为 ECk,选项C正确 ; 将正的2 Q r2 kQ 2a2 试探电荷从 A 点沿直线移动到 C 点电场力先做负功后做正功, 电势能先增大后减小, 选项D 错误 5. 2019江苏省扬州市高邮中学检测(多选)两个不规则带电导体间的电场线分布如图 所示,已知导体附近的电场线均与导体表面垂直,a、b、c、d 为电场中几个点,并且 a、d 为紧靠导体表面的两点,选无穷远处为电势零点,则( ) A场强大小关系有 EcEb B电势大小关系有 bd C将一负电荷放在 d 点时其电势能为负值 D将一正电荷由 a 点移到 d 点的过程中电场力做正功 答案:ABD 解析:从题图中可以看出 c
8、 点电场线较密,则场强大小关系有 Ec Eb,A正确;因为沿 着电场线的方向电势降低,d 点紧靠带负电导体表面,电势大小关系有 bd,B正确;以 无穷远处为电势零点, 负电荷放在 d 点时其电势能为正值, 故C错误 ; 从题图中可以看出, a 点的电势高于 b 点的电势, 而 b 点的电势又高于 d 点的电势, 所以 a 点的电势高于 d 点的电 势, 正电荷在电势高处电势能大, 在电势低处电势能小, 故正电荷从 a 点移到 d 点的过程中, 电势能减小,则电场力做正功,故D正确 6. 2019浙江省五校联考如图所示,电场中的一簇电场线关于 y 轴对称分布,O 点是坐 标原点,M、N、P、Q
9、是以 O 为圆心的一个圆周上的四个点,其中 M、N 在 y 轴上,Q 点在 x 轴上,则( ) AM 点电势比 P 点电势高 BO、M 间的电势差等于 N、O 间的电势差 C一正电荷在 O 点的电势能小于在 Q 点的电势能 D将一负电荷从 M 点移到 P 点,电场力做正功 答案:D 解析 : 根据电场线与等势线垂直的特点,在 M 点所在电场线上 M 点下方找到 P 点的等势 点,根据沿电场线电势降低可知,P 点的电势比 M 点的电势高,故A项错误;根据电场分布 可知, O、 M 间的平均电场强度比 N、 O 之间的平均电场强度小, 故由 UEd 定性分析可知, O、 M 间的电势差小于 N、O
10、 间的电势差,故B项错误;由以上分析,可知 O 点电势高于 Q 点,根 据 Epq 可知,正电荷在 O 点时的电势能大于在 Q 点时的电势能,故C项错误;M 点的电 势比 P 点的电势低,负电荷从低电势处移动到高电势处电场力做正功,故D项正确 7. 2019河北省承德二中测试(多选)某静电场中,与 x 轴重合的电场线的电势 在 x 轴上的分布如图所示下列说法正确的是( ) A在 x 轴上,x3处的电场强度最大 Bx1处的电场强度大于 x4处的电场强度 C负电荷从 x2处移到 x4处,电势能减小 D电荷量为 q 的正点电荷从 x3处移到 x4处,电场力做的功为 q(21) 答案:BD 解析 :
11、x 图象的斜率 kE, 即 x 图象的斜率的绝对值表示电场强度大小, x 在 x 轴上,x3处图象的斜率为零,表示电场强度为零;x1处斜率的绝对值大于 x4处斜率的 绝对值,所以 x1处的电场强度大于 x4处的电场强度,故A错误,B正确由 x2处与 x4处的 电势相等,可知负电荷从 x2处移到 x4处,电势能不变,故C错误x3处的电势为 2,x4 处的电势为 1, 则 x3到 x4的电势差 U21, 根据电场力做功计算公式可得电荷量为 q 的正点电荷从 x3移到 x4,电场力做的功为 WqUq(21),故D正确 82019河南省南阳一中模拟(多选)如图所示为沿 x 轴方向的电场强度 E 随位置
12、 x 变化的关系图象,在 x 轴负方向上的图象是直线,x 轴正方向为电场强度的方向,电子的电 荷量为 e(e0)则下列说法正确的是( ) A原点 O 处的电势最高,x1处的电势最低 B电子在x2处和 x1处的电势能相等 C将电子沿 x 轴从坐标原点 O 移到 x1处,电子的电势能增加 D将电子沿 x 轴从坐标原点 O 移到x1处,电场力做的功为 eE0x1 1 2 答案:CD 解析:电场线沿 x 轴正方向,由沿着电场线方向电势降低知,A错误;在 Ex 图象中, 图象与 x 轴所围成的面积表示电势差,由图象可以得出x2处与 x1处之间存在电势差,所 以电子在x2处和 x1处具有的电势能不相等,B
13、错误 ; 将电子沿 x 轴从坐标原点 O 移到 x1处, 电子克服电场力做功, 电子的电势能增加,C正确 ; 坐标原点O与x1处之间的电势差为 E0x1, 1 2 所以将电子沿 x 轴从坐标原点 O 移到x1处,电场力做的功为 eE0x1,D正确 1 2 92019河南省豫北六校联考如图所示,半径为 R 的均匀带正电薄球壳,壳内的电 场强度处处为零,其球心位于坐标原点 O,一带正电的试探电荷靠近球壳表面处由静止释放 沿坐标轴向右运动下列关于坐标轴上某点电势 、试探电荷在该点的动能 Ek与离球心距 离 x 的关系图线,可能正确的是( ) 答案:A 解析:当 xR 时,电势是定值,当 xR 时,电
14、势为 k ,所以A项正确,B项错误; Q x 试探电荷受到的库仑力 Fk,而 F越来越小,所以C、D项错误 Qq x2 Ek x 102019山东省实验中学检测如图所示,质量可忽略的绝缘细杆做成正方体框架, 边长为 a,框架的每个顶点固定着一个带电荷量为q、质量为 m 的小球,将这个框架静止 放在足够粗糙的水平面上,水平面上方有水平向右的匀强电场(未画出),场强为 E,下列说 法正确的是( ) A正方体中心位置处电场强度为零 B上方四个小球受到的电场力的合力均相同 C若以右下底边为轴把这个正方体向右侧翻转 90,系统电势能减少了 6qEa D若以右下底边为轴把这个正方体向右侧翻转 90,系统电
15、势能减少了 8qEa 答案:D 解析:正方体中心位置处电场强度为 E,A项错误;上方四个小球受到的电场力的合力 方向不同,B项错误;电场力做的功为系统电势能的减少量,且电场力做的功与路径无关, 则有 W4qE2a,C项错误,D项正确 11. 2019山东师大附中模拟(多选)如图所示, 水平向右的匀强电场中, 一带电粒子从 A 点以竖直向上的初速度开始运动, 经最高点 B 后回到与 A 在同一水平线上的 C 点, 粒子从 A 到 B 过程中克服重力做的功为 2.0 J,电场力做的功为 3.0 J,则( ) A粒子在 A 点的电势能比在 C 点多 12.0 J B粒子在 A 点的动能比在 B 点多
16、 1.0 J C粒子在 A 点的机械能比在 C 点少 12.0 J D粒子在 C 点的动能为 12.0 J 答案:AC 解析 : 将粒子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,对于初速度为零的匀加速直线运动,在连续相等的 前两段时间间隔内位移之比为 13, 粒子从 A 到 B 过程中, 电场力做的功为 3.0 J, 粒子从 B 到 C 过程中,电场力做的功为 9.0 J,故粒子从 A 到 C 过程中,电场力做的功为 12 J,粒子 机械能增加, 粒子在 A 点的机械能比在 C 点少 12.0 J, 粒子从 A 到 C 过程中, 电势
17、能减少 12. 0 J,粒子在 A 点的电势能比在 C 点多 12.0 J,故A、C项正确;粒子从 A 到 B 过程中克服 重力做的功为 2.0 J,电场力做的功为 3.0 J,合外力做的功为 1.0 J,粒子在 A 点的动能比 在 B 点小 1.0 J,故B项错误 ; 粒子从 A 到 C 过程中,电场力做的功为 12 J,重力势能不变,粒 子在 C 点的动能大于 12.0 J,故D项错误 122019湖北省武汉调研 (多选)如图所示, 空间分布着匀强电场, 场中有与电场方向平行的四边形 ABCD, 其中 M 为 AD 的中点,N 为 BC 的中点将电荷量为q 的粒子,从 A 点移动到 B 点
18、,电势能减小 E1; 将该粒子从 D 点移动到 C 点,电势能减小 E2.下列说法正确的是( ) AD 点的电势一定比 A 点的电势高 B匀强电场的电场强度方向必沿 DC 方向 C若 A、B 之间的距离为 d,则该电场的电场强度的最小值为E 1 qd D若将该粒子从 M 点移动到 N 点,电场力做的功为E 1E2 2 答案:CD 解析:根据题述,将电荷量为q 的粒子从 A 点移动到 B 点,电势能减小 E1,可知电场 力做的功 W1E1,A 点电势高于 B 点电势,且 A、B 两点间电势差为 U1,将电荷量为q E1 q 的粒子从 D 点移动到 C 点,电势能减小 E2,可知电场力做的功 W2
19、E2,D 点电势高于 C 点电 势,且 D、C 两点间电势差为 U2,不能判断出 D 点的电势一定比 A 点的电势高,也不能 E2 q 判断出匀强电场的方向必沿 DC 方向,选项AB错误 ; 若 A、B 之间的距离为 d,电场方向沿 AB 方向,则该电场的电场强度最小,由 E 可知电场强度最小值为 Emin,选项C正确 ; U d U1 d E1 dq 根据在匀强电场中沿两平行线等长距离电势差相等, 可知 M、 N 两点之间的电势差为 U (U1 1 2 U2)(E1E2), 若将电荷量为q的粒子从M点移动到N点, 电场力做的功为WqU (E1 1 2q 1 2 E2),选项D正确 13201
20、9广东省肇庆模拟(多选)如图a所示,光滑绝缘水平面上有甲、乙两个点电 荷t0 时,甲静止,乙以大小为 6 m/s的初速度向甲运动此后,它们仅在静电力的作用 下沿同一直线运动(整个运动过程中没有接触),它们运动的 vt 图象如图b所示则由图 线可知( ) A两电荷的电性一定相反 Bt1时刻两电荷的电势能最大 C0t2时间内,两电荷间的静电力先增大后减小 D0t3时间内,甲的动能一直增大,乙的动能一直减小 答案:BC 解析 : 由题图b可知,开始时乙做减速运动,甲做初速度为 0 的加速运动,则两个电荷 的电性一定相同,A选项错误 ; 在 t1时刻,两个电荷共速,两个电荷间的距离最小,故在间 距减小
21、的过程中,电荷始终克服电场力做功,以后两电荷的距离逐渐增大,电场力做正功, 故间距最小时两电荷的电势能最大,B选项正确;在 0t2时间内,两电荷间的距离先减小 后增大, 故它们之间的静电力先增大后减小,C选项正确 ; 0t3时间内, 甲的速度一直增大, 故它的动能一直增大,而乙的速度先减小后反向增大,故它的动能也是先减小后增大,D选 项错误 142019重庆市巴蜀中学检测(多选)如图所示,竖直平面内有一个圆,BD 是其竖 直直径,AC 是其另一条直径,该圆处于匀强电场中,场强方向平行于圆周所在平面带等 量负电荷的相同小球从圆心 O 以相同的初动能沿不同方向射出,小球会经过圆周上不同的 点,其中
22、通过圆周上 A 点的小球动能最小,忽略空气阻力,下列说法中正确的是( ) A电场方向沿 OA 方向 B小球经过圆周上的不同点时,过 B 点的小球的动能和电势能之和最小 C小球经过圆周上的不同点时,过 C 点的小球的电势能和重力势能之和最小 D小球经过圆周上的不同点时,机械能最小的小球应经过劣弧 CD 上的某一点 答案:BC 解析:在这个电场中,小球受到两个力:重力和电场力,在 A 点动能最小,那说明速度 最小,说明 OA 方向发射的小球克服合力做的功最大,也就是说在这个复合场中,合力方向 指向 OC 方向,对 O 点小球受力分析,重力竖直向下,合力方向指向 OC,电场力方向指向 OB 与 OC
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