高中物理专题1.4电势能和电势试题

第 4 节电势能和电势一、静电力做功的特点1在电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与电荷经过的路径。2在匀强电场中，电场力做的功=，其中d为沿电场线方向的位移。W二、电势能1电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能，叫电势能。2电场力做功与电势能有什么关系？（ 1）电荷在电场中具有电势能。（ 2）电场力对电荷做正功，电荷的电势能。（ 3）电场力对电荷做负功，电荷的电势能。（ 4）电场力做多少功，电荷的电势能就变化多少。即。（ 5）电势能是相对的，与有关。 通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零。电荷在某点的电势能，等于把它从该处移动到零势能位置所做的功。（ 6）电势能是电荷和电场所共有的，具有。（ 7）电势能是。3（ 1）正电荷顺着电场线移动，电场力做，电势能；负电荷顺着电场线移动，电场力做，电势能；（ 2）正电荷逆着电场线移动，电场力做，电势能；负电荷逆着电场线移动，电场力做，电势能。三、电势1定义：电荷在电场中某一点的与它的的比值。2公式：。3单位：伏特。符号：。 1 V=1 J/C 。4对电势的理解（ 1）电势的相对性： 某点电势的大小是相对于而言的。 零电势的选择是任意的，1 / 19一般选地面和无穷远为零势能面。（ 2）电势的固有性： 电场中某点的电势的大小是由的性质决定的， 与放不放电荷及放什么电荷无关。（ 3）电势是。（ 4）计算时 Ep、 q、 都带正负号。四、等势面1定义：电场中电势相等的各点构成的面。2特点（ 1）电场线跟等势面，即场强的方向跟等势面垂直。（ 2）在等势面上移动电荷时电场力。（ 3）电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面。（ 4）等差等势面越密的地方电场强度；反之。（ 5）任意两等势面。无关Eqd减小增大零电势能面静电力系统性标量正功减少负功增加负功增加正功减少电势能电荷量V零电势点电场本身标量垂直不做功越大越小不相交一、电场中的功能关系、电势高低及电势能大小的判断与比较1比较电势高低的方法（ 1）沿电场线方向，电势越来越低。（ 2）取无穷远处电势为零，则正电荷周围电势为正值，负电荷周围电势为负值；靠近正电荷处电势高，靠近负电荷处电势低。2电势能大小的比较方法判断角度判断方法2 / 19做功判断法电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增大电荷电势法正电荷在电势高的地方电势能大，负电荷在电势低的地方电势能大公式法根据 Ep=q，将 q、的大小、正负号一起代入公式，Ep 的数值越大，电势能越大能量守恒法在电场中，若只有电场力做功，则电荷的动能和电势能相互转化，动能增大，电势能减小；动能减小，电势能增大【例题 1】如图甲所示， A、B 是一条电场线上的两点，在 A 点由静止释放一个正的点电荷，点电荷仅在电场力的作用下沿着电场线从 A 点运动到 B 点，点电荷的速度随时间变化的规律如图乙所示，则下列说法正确的是A该电场可能是匀强电场B A点的电势高于B 点的电势C从 A 点到 B点，点电荷的电势能逐渐增大D点电荷在A点所受到的电场力大于在B点所受到的电场力参考答案： B试题解析： 由题图乙可知，点电荷做初速度为零的变加速直线运动，加速度逐渐增大，说明该点电荷所受到的电场力逐渐增大，即该点电荷在A 点所受到的电场力小于在B 点所受到的电场力，所以沿着电场线的方向电场强度是逐渐增大的，故该电场一定是非匀强电场，AD错误；由于点电荷由静止开始运动，仅受电场力作用从A点运动到 B 点，且点电荷带正电，所以电场线方向由A 点指向 B 点，又因为沿着电场线的方向电势逐渐降低，则，B 正确；综上可知， 正点电荷在B 点时的电势能小于在A点时的电势能， 所以从 A 点到 B点，点电荷的电势能逐渐增大，C 错误。二、电场线、等势面及带电粒子的运动轨迹的综合问题1带电粒子所受合力（往往仅为电场力）指向轨迹曲线的内侧。2该点速度方向为轨迹切线方向。3 / 193电场线或等差等势面密集的地方场强大。4电场线垂直于等势面。5顺着电场线的方向电势降低最快。6电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增大。有时还要用到牛顿第二定律、动能定理等知识。【例题2】（2018天成教育命题研究院高考精准预测卷）在 x 轴上有两个点电荷q1和 q2（ q1 在 q2 的左边）， x 正半轴上各点处电势随着x 变化的关系如图所示，当时，电势为 0；当时，电势有最小值，则A q1 和 q2 为同种电荷B q2 可能在 0 和 x3 之间C电荷量大小满足D在处释放一带正电粒子，则粒子在x3 处动能最大参考答案： CD试题解析：x=0 处电势趋于正无穷，则此处有一正电荷q1；在 2 时电势小于零，可知x x一定有负电荷，则q1 和 q2 为异种电荷，故A 错误； x 图线的斜率等于场强，则可知x=x3处场强为零，又x点的电势为零，则 q带负电，一定在x 与 x之间，根据场强的叠加原理2223可知电荷量大小满足q1q2，选项B 错误， C 正确；在 x1 处释放一带正电粒子，则粒子在x3处电势能最小，动能最大，选项D 正确；故选 CD。三、两个等量点电荷形成的电场的特点种类异种电荷同种电荷4 / 19等势面电场线分布图连线场强方向：正负中点两侧方向相反特点强弱：强弱强， 中点最小强弱强，中点 E=0电势从正电荷负电荷， 由高低若为正电荷，中点最低若为负电荷，中点最高中垂线场强各点方向一致两侧方向相反， 中点两侧均有中点最强两侧渐弱最大值，中点向两侧均为弱强弱电势电势为零的等势面不是等势面相同点场强的大小、电势均以中点对称分布【例题3】（2018湖北省黄冈市黄冈中学高三适应性考试）如图所示，正方形ABCD的对角线相交于O点，两个等量同种正电荷分别固定在A、C两点，则A B、D两处电势、场强均相同B B、D两处电势、场强均不相同C若在 B点静止释放一电子，电子一定在B、D间往复运动，且加速度先减小后增大D若在 B 点给电子一垂直纸面合适的速度，电子可绕O点做匀速圆周运动参考答案： D试题解析： 在等量同种电荷连线的中垂线上，电场强度从O点开始向上下两边先增大后减小， 在 O上方的电场强度方向竖直向上，在 O下方的电场强度方向竖直向下，根据对称性可知 B、 D两点的电场强度大小相同，方向不同，电势相同，故AB错误；无法判断从O到 B（O到 D）电场强度是一直增大，还是先增大后减小，故无法判断电子的加速度的变化情况，C 错误；在垂直纸面且经过BD两点的圆上，所有点的电势相等，并且电子受到的电场力指5 / 19向 O点，与速度方向垂直，电子可绕O点做匀速圆周运动，D 正确。1关于静电场，下列说法正确的是A电势等于零的物体一定不带电B电场强度为零的点，电势一定为零C同一电场线上的各点，电势一定相等D负电荷沿电场线的方向移动时，电势能一定增加2（2018浙江新高考选考）一带电粒子仅在电场力作用下从A 点开始以 v0 做直线运动，其 v t 图象如图所示，粒子在t 0 时刻运动到B 点， 3t 0 时刻运动到C点，下列判断正确的是A A、B、 C三点的电势关系为B A、B、 C三点场强大小关系为C粒子从 A 点经 B 点运动到C点，电势能先增加后减少D粒子从 A 点经 B 点运动到C点，电场线先做正功后做负功3如图所示，在光滑绝缘的水平面上固定一个正点电荷Q，一个带负电的试探电荷在水平面上沿椭圆轨道绕它运动。正点电荷位于椭圆的一个焦点上，A、 B、C是椭圆上的三点，且 A、B 分别位于椭圆半长轴的两端，则A B 点的电势大于A 点的电势6 / 19B试探电荷在A 点时的速度大于在B 点时的速度C试探电荷在A 点时的电势能小于在C点时的电势能D负点电荷在运动过程中，机械能守恒4（2018陕西省高三教学质量检测）如图所示，真空中有两个等量异种点电荷A、B， M、N、 O是 AB 连线的垂线上的点，且AOOB一带正电的试探电荷仅受电场力作用，运动轨迹如图中实线所示，设M、 N两点的电势分别为 M、 N，此电荷在M、N 两点的加速度分别为 aM、 aN，此电荷在M、N两点的电势能分别为EPM、 EPN，下列判断中正确的是A aMaNB MNC EPMEBB电势C将一带负电粒子由A 经 B 移至 C点过程中，电场力先做负功再做正功D将一带正电粒子由A 经 B 移至 C点过程中，电势能先增大再减小8 / 199如图为匀强电场的等势面，相邻等势面相距2 cm，则该匀强电场A方向竖直向下，场强E=100 V/mB方向水平向左，场强E=100 N/CC方向竖直向上，场强E=100 V/mD方向水平向右，场强E=100 V/m10（2018福建省厦门双十中学高三考试）真空中的点电荷在其周围产生电场，电场中某点的电势与点电荷的电量成正比，与该点到点电荷的距离成反比，即，在某真空中有一如图所示的正六边形， 0 为中心，、 、E三个顶点各固定一点电荷，其ABCDEFA C中 、两点电荷量为q，E点电荷量为， 、分别表示、点场强的大小，、A CqB 0分别表示 B、 0 点的电势，则以下关系中正确的是A，B，C，D，11（2018山东省沂水县第一中学高三下学期第三轮测试）如图所示，一均匀带正电的无限长绝缘细杆水平放置，细杆正上方有A、B、C三点，三点均与细杆在同一竖直平面内，且三点到细杆的距离满足r A=r BaB，则 Q靠近 M端且为正电荷C无论 Q为正电荷还是负电荷一定有EpAEpBD B点电势可能高于A点电势17 （2017江苏卷）在 x 轴上有两个点电荷q1 、q2，其静电场的电势 在 x 轴上分布如图所示下列说法正确有A q1 和 q2 带有异种电荷B x1 处的电场强度为零C负电荷从x1 移到 x2，电势能减小D负电荷从x1 移到 x2，受到的电场力增大18 （2016全国新课标卷）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19（2015 全国新课标） 如图所示， 直线 a、b 和 c、d 是处于匀强电场中的两组平行线，M、N、P、Q是它们的交点，四点处的电势分别为、。一电子由M点分别运动到N点和 P点的过程中，电场力所做的负功相等，则A直线 a 位于某一等势面内，12 / 19