《人教高中物理选修3-1：1.4电势能和电势 练习题（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人教高中物理选修3-1：1.4电势能和电势 练习题（含解析）（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4电势能和电势学习目标1.知道静电力做功的特点，掌握静电力做功与电势能变化的关系.2.理解电势能、电势的概念，能根据电场线判断电势高低.3.知道什么是等势面，并能理解等势面的特点.一、静电力做功的特点导学探究(1)如图1所示，试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中，沿直线从A移动到B，静电力做的功为多少？若q沿折线AMB从A点移动到B点，静电力做的功为多少？图1(2)若q沿任意曲线从A点移动到B点，静电力做的功为多少？由此可得出什么结论？答案(1)静电力FqE，静电力与位移夹角为，静电力对试探电荷q做的功WF|AB|cos qE|AM|.在线段AM上静电力做的功W1qE|AM|，在线段MB上静电
2、力做的功W20，总功WW1W2qE|AM|.(2)WqE|AM|.电荷在匀强电场中从不同路径由A点运动到B点，静电力做功相同.说明静电力做功与路径无关，只与初、末位置有关.知识梳理静电力做功的特点(1)静电力做功的特点：静电力对某电荷所做的功，与该电荷的电荷量有关(填“有关”或“无关”)，与电荷经过的路径无关(填“有关”或“无关”)，该结论在任何电场中均成立.(2)静电力做功与重力做功相似，只要初、末位置确定了，移动电荷q做的功就是确定值.即学即用判断下列说法的正误.(1)电荷从电场中的A点运动到B点，路径不同，电场力做功的大小就可能不同.()(2)电荷从电场中的某点开始出发，运动一段时间后，
3、又回到了该点，则电场力做功为零.()(3)正电荷沿着电场线运动，电场力对正电荷做正功，负电荷逆着电场线运动，电场力对负电荷做正功.()(4)在匀强电场中，电场力做功与路径无关，在非匀强电场中，电场力做功与路径有关.()二、电势能导学探究(1)物体从高处向低处运动，重力做什么功？物体的重力势能如何变化？重力做功和物体的重力势能变化有什么关系？(2)正电荷顺着电场线移动，电场力做什么功？电荷的电势能如何变化？负电荷顺着电场线移动，电场力做什么功？电荷的电势能如何变化？电场力做功与电势能的变化有什么关系？答案(1)重力做正功重力势能减少WGEp1Ep2(2)电场力做正功电势能减少电场力做负功电势能增
4、加W电Ep1Ep2知识梳理1.电势能：电荷在电场中具有的势能，用Ep表示.2.静电力做功与电势能变化的关系：静电力做的功等于电势能的减少量.表达式：WABEpAEpB.3.电势能的大小：电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功.4.电势能具有相对性电势能零点的规定：通常把电荷在离场源电荷无限远处或把电荷在大地表面上的电势能规定为零.即学即用判断下列说法的正误.(1)电场力做正功，电荷的电势能减少，电场力做负功，电荷的电势能增加.()(2)正电荷和负电荷沿着电场线运动，电势能均减少.()(3)确定电荷在某点的电势能应先规定零势能点.()(4)因电势能有正负之分，所以电势能
5、是矢量.()三、电势导学探究如图2所示的匀强电场，场强为E，取O点为零势能点，A点距O点为l，AO连线与电场线的夹角为.把电荷量分别为q和2q的试探电荷由A点移到O点，电场力做功分别是多少？电荷q、2q在A点的电势能各为多少？电势能与电荷量的比值各是多少？图2答案WAO1Eqlcos ，WAO22Eqlcos ，由EpAWAO知，电荷量为q和2q的试探电荷在A点的电势能分别为Eqlcos 、2Eqlcos ；电势能与电荷量的比值相同，都为Elcos .知识梳理对电势的理解(1)定义及公式：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，即，单位为伏特，符号为V.(2)电势高低的判断：沿着电场线的
6、方向电势逐渐降低.(3)电势的标量性：电势是标量，只有大小，没有方向，但有正、负之分，电势为正表示比零电势高，电势为负表示比零电势低.(4)电势的相对性：零电势点的规定原则，一般选大地或无限远处的电势为0，只有规定了电势零点才能确定某点的电势大小.(5)电势描述电场能的性质，决定于电场本身，与试探电荷无关(填“有关”或“无关”).即学即用判断下列说法的正误.(1)电势有正负之分，因而是矢量.()(2)电荷在电势高处具有的电势能大.()(3)场强为零处，电势一定为零.()(4)沿电场线方向电势降低，与试探电荷的电性无关.()四、等势面导学探究(1)类比地图上的等高线，简述什么是等势面？(2)当电
7、荷从同一等势面上的A点移到B点时，电荷的电势能是否变化？电场力做功情况如何？答案(1)电场中电势相等的各点构成的面(2)不发生变化电场力不做功知识梳理1.等势面的特点(1)在等势面上移动电荷时静电力不做功.(2)电场线跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面.(3)等势面密的地方，电场强度较强；等势面疏的地方，电场强度较弱.(4)任意两个等势面都不相交.2.几种常见电场的等势面(1)点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇球面.(2)等量异号点电荷的等势面：点电荷的连线上，从正电荷到负电荷电势越来越低，中垂线是一条等势线.(3)等量同号点电荷的等势面：等量正点电荷连线的中点电势最低，中
8、垂线上该点的电势最高，从中点沿中垂线向两侧，电势越来越低.等量负点电荷连线的中点电势最高，中垂线上该点的电势最低.从中点沿中垂线向两侧，电势越来越高.(4)匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面.一、静电力做功与电势能变化的关系1.静电力做功的特点(1)静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，但是与具体路径无关，这与重力做功特点相似.(2)静电力做功的特点不受物理条件限制，不管静电力是否变化，是否是匀强电场，是直线运动还是曲线运动，静电力做功的特点不变.2.静电力做功与电势能变化的关系(1)WABEpAEpB.静电力做正功，电势能减小；静电力做负功，电势能增加.(2)正电荷在
9、电势高的地方电势能大，而负电荷在电势高的地方电势能小.例1将带电荷量为6106 C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服静电力做了3105 J的功，再从B移到C，静电力做了1.2105 J的功，则(1)电荷从A移到B，再从B移到C的过程中电势能共改变了多少？(2)如果规定A点的电势能为零，则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少？(3)如果规定B点的电势能为零，则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少？答案见解析解析(1)WACWABWBC(31051.2105) J1.8105 J.电势能增加了1.8105 J.(2)如果规定A点的电势能为零，由公式得该电荷在B点的电势能为EpBEpAWAB0WA
10、B3105 J.同理，C点的电势能为EpCEpAWAC0WAC1.8105 J.(3)如果规定B点的电势能为零，则该电荷在A点的电势能为：EpAEpBWAB0WAB3105 J.C点的电势能为EpCEpBWBC0WBC1.2105 J.针对训练1在电场中，把电荷量为4109 C的正点电荷从A点移到B点，克服静电力做功6108 J，以下说法中正确的是()A.电荷在B点具有的电势能是6108 JB.B点电势是15 VC.电荷的电势能增加了6108 JD.电荷的电势能减少了6108 J答案C解析电荷在电场中某点的电势能具有相对性，只有确定了零势能点，B点的电势、电荷在B点的电势能才有确定的数值，故选
11、项A、B错误；由于电荷从A点移到B点的过程中克服静电力做功6108 J，故电荷电势能应该是增加了6108 J，选项C正确，选项D错误.二、对电势的理解及电势高低的判断1.电势是反映电场性质的物理量，与放入的试探电荷无关.2.电势具有相对性，其大小与零电势的选取有关，常取无限远处或大地的电势为零.3.电势的定义式为，公式中的Ep、q在运算时均需代入正、负号.例2如果把电荷量为q1.0108 C的电荷从无限远处移到电场中的A点，需要克服静电力做功W1.2104 J，那么：(1)q在A点的电势能和A点的电势各是多少？(2)q未移入电场前，A点的电势是多少？答案(1)1.2104 J1.2104 V(
12、2)1.2104 V解析(1)静电力做负功，电势能增加，无限远处的电势为零，电荷在无限远处的电势能也为零，即0，Ep0.由WAEpEpA得EpAEpWA0(1.2104 J)1.2104 J再由A得A1.2104 V(2)A点的电势是由电场本身决定的，跟A点是否有电荷存在无关，所以q未移入电场前，A点的电势仍为1.2104 V.例3将一正电荷从无穷远处移入电场中M点，电势能减少了8.0109 J，若将另一等量的负电荷从无穷远处移入电场中的N点，电势能增加了9.0109 J，则下列判断中正确的是()A.MN0 B.NM0C.NM0 D.MN0答案C解析取无穷远处电势为零，则正电荷在M点的电势能为
13、8109 J，负电荷在N点的电势能为9109 J.由知，M、N点的电势M0，N0，且|N|M|，即NM0，故C正确.电势高低的判断方法1.电场线法：沿电场线方向，电势越来越低.2.电势能判断法：由知，对于正电荷，电势能越大，所在位置的电势越高；对于负电荷，电势能越小，所在位置的电势越高.三、等势面的特点及应用1.电荷在等势面上移动时，静电力不做功，电荷的电势能不变.2.由等势面可以确定电场线：因为电场线总和等势面垂直，所以已知等势面的形状分布，可以绘制电场线，从而确定电场大体分布.3.由等差势面的疏密，可以定性地确定场强的大小，等势面密处，场强较大.例4空间中P、Q两点处各固定一个点电荷，其中
14、P点处为正电荷，P、Q两点附近电场的等势面分布如图3所示，a、b、c、d为电场中的4个点.则()图3A.P、Q两点处的电荷等量同号B.a点和b点的电场强度相同C.c点的电势低于d点的电势D.负电荷从a到c，电势能减少答案D解析根据题图可知，该电场是等量异号点电荷的电场，故A错误.根据电场的对称性，a、b两点的电场强度大小相等，而方向不同，故B错误.c点所在等势面离P点(正电荷)较d点所在等势面离P点近，c点的电势较高，故C错误.负电荷从a到c，电场力做正功，所以电势能减少，故D正确.针对训练2(多选)如图4所示，实线表示一簇关于x轴对称的等势面，在轴上有A、B两点，则()图4A.A点场强小于B点场强B.A点场强方向指向x轴负方向C.A点场强大于B点场强D.A点电势高于B点电势答案AD解析由于电场线与等势面总是垂直，所以B点电场线比A点密，B点场强大于A点场强，故A正确、C错误.电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面，故B错误.由图中数据可知D正确.1.(多选)关于电势，下列说法正确的是()A.电场中某点的电势大小等于单位正电荷从该点移动到零电势点时，电场力所做的功B.电场中某点的电势与零电势点的选取有关C.由于电势是相对的，所以无法比较电场中两点的电势高低
