20202021学年高二物理专题训练下用功能关系计算电势和电势差pdf含解析

2020-2021学年高二物理：用功能关系计算电势和电势差专题训练1.如图所示，空间内有一场强为、方向竖直向下的匀强电场.一根绝缘轻质硬杆的两端分别固定着A、B两只质量均为m带电量均为+q的小球，O点是一光滑水平轴，已知AO=L，BO=2L，重力加速度为g.细杆从水平位置由静止释放，使其自由转动，当B球转到O点正下方的过程中，正确的是（）A.B球电势能减少了2mgLB.A、B球与杆组成的系统电势能减少了C.转动过程中杆对A的弹力不做功D.转到最低点时B球的速度为【答案】B【解析】电场力对B球做功为，故B球的电势能减小3mgL，选项A错误；电场力对A球做功为，故A球的电势能增加，则A、B球与杆组成的系统电势能减少了，选项B正确；A球的电势能增加，重力势能增加，动能增加，则转动过程中杆对A的弹力一定做功，选项C错误；对AB系统，设B球转至最低点时速度为，由能量关系可知：，解得，选项D错误；故选B.2.如图所示，在粗糙水平面上固定一点电荷Q，在M点无初速度释放一带有恒定电荷量的小物块，小物块在点电荷Q的电场中运动到N点静止，则从M点运动到N点的过程中（）A.小物块所受静电力逐渐减小B.小物块具有的电势能逐渐增大C.M点的电势一定高于N点的电势D.小物块电势能变化量的大小一定大于克服摩擦力做的功【答案】A【解析】小物块在从M到N运动过程中，一定受到向左的摩擦力，所以库仑力一定向右.随着由M向N运动，离电荷Q距离越来越大，所以物块所受静电力即库仑力一定减小，A正确；由动能定理可得μmgx－WE＝0，即WE＝μmgx，静电力做正功，小物块具有的电势能减小，其减少量等于滑动摩擦力做功的值，B、D错误；因点电荷Q的电性未知，因而不能判断M、N两点电势的高低，C错.3.在竖直向上的匀强电场中，一根不可伸长的绝缘细绳的一端系着一个带电小球，另一端固定于O点，小球在竖直平面内做匀速圆周运动，最高点为a，最低点为b，不计空气阻力，则（）A.小球带负电B.电场力跟重力平衡C.小球在从a点运动到b点的过程中，电势能减小D.小球在运动过程中机械能守恒【答案】B【解析】因为小球在竖直平面内做匀速圆周运动，受到重力、电场力和细绳的拉力，电场力与重力平衡，则知小球带正电，故A错误，B正确；小球在从a点运动到b点的过程中，电场力做负功，小球的电势能增大，故C错误；由于电场力做功，所以小球在运动过程中机械能不守恒，故D错误.故选B.4.如图实线为电场中一条竖直的电场线，有一质量为m、电量为＋q的小球，由该直线上A点静止释放，小球向下运动到达B点减速为零后返回A点，则下列判断正确的是（）A.该电场可能是竖直向上的匀强电场，且E＞B.A点的电势高于B点电势C.A点的场强小于B点场强D.向下运动的过程中，重力势能的减少量总是等于电势能的增加量【答案】C【解析】该电场不可能是竖直向上的匀强电场，因为小球在匀强电场中所受的电场力不变，小球从静止开始只能沿AB做单向直线运动，不可能回到A点；故A错误.小球向下运动的过程中，应先加速后减速，所受的电场力方向必定竖直向上，则电场线方向从B指向A，所以A点的电势低于B点电势，故B错误.在A点，有qEA＜mg，在B点，有qEB＞mg，则得：EA＜EB.故C正确.向下运动的过程中，小球有动能时，根据能量守恒定律可知重力势能的减少量等于动能增加量和电势能的增加量之和；当小球到B点时，重力势能的减少量等于电势能的增加量，故D错误.5.如图所示，空间有平行于纸面的匀强电场.一电荷量为－q的质点（重力不计）.在恒定拉力F的作用下沿虚线由M匀速运动到N，已知力F和MN间夹角为θ，M、N间距离为d，则（）A.M、N两点的电势差为B.匀强电场的电场强度大小为C.带电质点由M运动到N的过程中，电势能减少了FdcosθD.若要使带电质点由N向M做匀速直线运动，则F必须反向【答案】A【解析】由于重力不计，质点匀速运动，所受拉力F与电场力大小相等、方向相反.从M到N过程中，电场力做功W电＝－Fdcosθ，M、N两点的电势差UMN＝＝，A项正确；匀强电场场强E＝，B项不正确；此过程中，电场力做负功，电势能增加，C项不正确.若要使带电质点由N向M做匀速直线运动，则所受合力一定为零，因此F必须沿原方向，D项不正确.6.如图所示，匀强电场中三点A、B、C是一个三角形的三个顶点，∠ABC＝∠CAB＝30°，BC＝2m.已知电场线平行于ΔABC所在的平面，一个电荷量q＝－1×10－6C的点电荷由A移到B的过程中，电势能增加了1.2×10－5J，由B移到C的过程中电场力做功6×10－6J，下列说法正确的是（）A.B、C两点的电势差UBC＝3VB.该电场的场强为1V/mC.正电荷由C点移到A点的过程中，电势能增加D.A点的电势低于B点的电势【答案】C【解析】由B移到C的过程中电场力做功6×10－6J，根据W＝Uq得：B、C两点的电势差UBC＝＝－6V，A错误.点电荷由A移到B的过程中，电势能增加1.2×10－5J，故电场力做功－1.2×10－5J，A、B两点的电势差UAB＝＝12V，所以A点的电势高于B点的电势.故D错误.UCA＝－UBC－UAB＝－6V根据W＝Uq得：正电荷由C移到A的过程中，电场力做负功，所以电势能增加.故C正确.UBC＝－6V，UCA＝－6V，UAB＝12V，在AB连线取一点D为该线中点，所以UAD＝6V.UCA＝－6V，UAC＝6V，所以C、D电势相等，所以CD连线为等势线.而三角形ABC为等腰三角形，所以电场强度方向沿着AB方向，由A指向B.因为BC＝2m，由几何关系得：AD＝6m，所以UAD＝E·AD＝6V，所以该电场的场强为2V/m.B错误.7.如图甲所示，Q1、Q2为两个被固定的点电荷，其中Q1带负电，a、b两点在它们连线的延长线上.现有一带负电的粒子以一定的初速度沿直线从a点开始经b点向远处运动（粒子只受电场力作用），粒子经过a、b两点时的速度分别为va、vb，其速度图象如图乙所示.以下说法中正确的是（）A.Q2一定带负电B.Q2的电量一定大于Q1的电量C.b点的加速度为零，电场强度也为零D.整个运动过程中，粒子的电势能先减小后增大【答案】C【解析】从速度图象上看，a到b做加速度减小的减速运动，在b点时粒子运动的加速度为零，则电场力为零，所以该点场强为零.Q1对负电荷的电场力向右，则Q2对负电荷的电场力向左，所以Q2带正电.故A错误，C正确.b点场强为零，可见两点电荷在b点对负电荷的电场力相等，根据知，b到Q1的距离大于到Q2的距离，所以Q1的电量大于Q2的电量.故B错误.整个运动过程动能先减小后增大，根据能量守恒得电势能先增大后减小.故D错误.故选C.8.如图所示，在O点处放置一个正电荷.在过O点的竖直平面内的A点，自由释放一个带正电的小球，小球的质量为m、电荷量为q.小球落下的轨迹如图中虚线所示，它与以O为圆心、R为半径的圆（图中实线表示）相交于B、C两点，O、C在同一水平线上，∠BOC＝30°，A距离OC的竖直高度为h.若小球通过B点的速度为v，则下列说法正确的是（）A.小球通过C点的速度大小是B.小球在B、C两点的电势能不等C.小球由A点到C点的过程中电势能一直都在减少D.小球由A点到C点机械能的损失是mg（h－）－mv2【答案】D【解析】小球从A点到C点的过程中，电场力总体上做的是负功，重力做正功，由动能定理可以知道电荷在C点的速度小于，故A错误；B、C两点在同一等势面上，故两点的电势相等，由公式E＝qφ知道，电荷在B、C两点上的电势能相等，故B错误；小球在从A点到B点的过程中，电场力做负功，电势能增加，从B点到C点的过程中电势能是先增加后减少，故C错误；小球由A点到C点机械能的损失就是除了重力以外的其他力做的功，即电场力做的功.由动能定理得mgh＋W电＝mv则：W电＝mv－mgh＝mv2＋mg－mgh＝－即电势能增加了mg（h－）－mv2，机械能减少了mg（h－）－mv2故D正确；9.一带电油滴在匀强电场E中的运动轨迹如图中虚线所示，电场方向竖直向下.若不计空气阻力，则此带电油滴从a运动到b的过程中，下列说法正确的是（）A.油滴带正电B.电势能增加C.动能增加D.重力势能和电势能之和增加【答案】C【解析】由题图的轨迹可知静电力大于重力且方向向上，由电场方向知油滴带负电，则从a到b静电力做正功，电势能减少，又静电力做的功大于克服重力做的功，所以动能增加，由能量守恒定律知重力势能和电势能之和减少，所以选项C正确.10.如图所示，空间中存在水平向左的匀强电场.在电场中将一带电液滴从b点由静止释放，液滴沿直线由b运动到d，且直线bd方向与竖直方向成45°角，下列判断正确的是（）A.液滴带正电荷B.液滴的电势能减小C.液滴的重力势能和电势能之和不变D.液滴的电势能和动能之和不变【答案】B【解析】带电液滴受重力和电场力两个力的作用，由静止释放后，沿直线由b运动到d，说明液滴所受合力沿b到d的方向，又因为重力方向竖直向下，所以电场力的方向水平向右，而电场线水平向左，故带电液滴带负电，选项A错误；液滴沿直线由b运动到d的过程中，重力和电场力均做正功，重力势能和电势能都减小，选项B正确，选项C错误；重力和电场力（即液滴所受合力）所做的功，等于液滴动能的增量，又因为重力和电场力所做的功等于重力势能和电势能的减小量，故液滴的重力势能、电势能、动能三者之和不变，选项D错误.11.如图所示，a、b、c三条虚线为电场中的等势面，等势面b的电势为零，且相邻两个等势面间的电势差相等.一个带正电的粒子在A点时的动能为10J，在静电力作用下从A点运动到B点速度为零，当这个粒子的动能是7.5J时，其电势能为（）A.12.5JB.2.5JC.0JD.－2.5J【答案】D【解析】根据题意，带电粒子从等势面a运动到等势面c，静电力做功－10J，则粒子从等势面a运动到等势面b时，静电力做功－5J，粒子的动能是5J，此时粒子的电势能为零，带电粒子在电场中的电势能和动能之和是守恒的，为5J，当动能为7.5J时，其电势能为－2.5J.12.（多选）有一个点电荷只受电场力的作用，分别从两电场中的a点由静止释放，在它沿直线运动到b点的过程中，动能Ek随位移x变化的关系图象如图所示中的①、②图线.则下列说法正确的是（）A.正电荷在甲图电场中从a点由静止释放，沿直线运动到b点的过程中，对应的图线是①B.负电荷在乙图电场中从a点由静止释放，沿直线运动到b点的过程中，对应的图线是②C.负电荷在丙图电场中从a点由静止释放，沿直线运动到b点的过程中，对应的图线是②D.正电荷在丁图电场中从a点由静止释放，沿直线运动到b点的过程中，对应的图线是①【答案】AC【解析】根据动能定理qU=mv2可知，物体的动能Ek=qU，而U=x，故有Ek=qx，在甲图中各点的场强相同，故正电荷从a点由静止释放后在向b运动的过程中所受电场力大小不变，故Ek﹣x图象的斜率保持不变，故A正确.在乙图中各点的场强相同，故负电荷从a点由静止释放后在向b运动的过程中所受电场力大小不变，故Ek﹣x图象的斜率保持不变，故B错误.在丙图中由a到b场强逐渐增大，故负电荷从a点由静止释放后在向b运动的过程中所受电场力逐渐增大，故Ek﹣x图象的斜率逐渐增大，故C正确.在丁图中a到b场强逐渐减小，正电荷从a点由静止释放后所受的电场力向左，不可能运动到b，故D错误.13.（多选）如图所示，在绝缘的斜面上方存在着沿水平向右的匀强电场，斜面上的带电金属块沿斜面滑下，已知在金属块滑下的过程中动能增加了12J，金属块克服摩擦力做功8J，重力做功24J，则以下判断正确的是（）A.金属块带正电荷B.金属块克服电场力做功8JC.金属块的机械能减少12JD.金属块的电势能减少4J【答案】AC【解析】在金属块滑下的过程中动能增加了12J，金属块克服摩擦力做功8J，重力做功24J，根据动能定理得：W总=WG+W电+Wf=△Ek解得：W电=-4J由于金属块下滑，电场力做负功，所以电场力应该水平向右，所以金属块带正电荷.故A正确；金属块克服电场力做功4J