2020屆高考物理總復(fù)習(xí) 作業(yè)31 電場(chǎng)能的性質(zhì)（含解析）

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1、作業(yè)31電場(chǎng)能的性質(zhì)7一、選擇題圖3111(2019年淄博模擬)如圖311所示，一圓環(huán)上均勻分布著負(fù)電荷，x軸垂直于環(huán)面且過(guò)圓心O.下列關(guān)于x軸上的電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)的說(shuō)法正確的是()A從O點(diǎn)沿x軸正方向，電場(chǎng)強(qiáng)度先增大后減小，電勢(shì)一直降低B從O點(diǎn)沿x軸正方向，電場(chǎng)強(qiáng)度先增大后減小，電勢(shì)先降低后升高CO點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為零，電勢(shì)最低DO點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不為零，電勢(shì)最高解析：根據(jù)電荷分布的對(duì)稱性可知O點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度為零，而沿x軸正方向無(wú)限遠(yuǎn)處電場(chǎng)強(qiáng)度也為零，故從O點(diǎn)沿x軸正方向電場(chǎng)強(qiáng)度先增大后減小由于圓環(huán)帶負(fù)電荷，故圓環(huán)右側(cè)x軸上電場(chǎng)方向沿x軸負(fù)方向，所以從O點(diǎn)沿x軸正方向，電勢(shì)一直升高，故選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤，

2、C正確答案：C圖3122如圖312，在M、N處固定兩個(gè)等量同種點(diǎn)電荷，兩電荷均帶正電O點(diǎn)是MN連線的中點(diǎn)，直線PQ是MN的中垂線現(xiàn)有一帶正電的試探電荷q自O(shè)點(diǎn)以大小是v0的初速度沿直線向Q點(diǎn)運(yùn)動(dòng)若試探電荷q只受M、N處兩電荷的電場(chǎng)力作用，則下列說(shuō)法正確的是()Aq將做勻速直線運(yùn)動(dòng) Bq的加速度將逐漸減小Cq的動(dòng)能將逐漸減小Dq的電勢(shì)能將逐漸減小解析：試探電荷從O點(diǎn)向Q點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，受電場(chǎng)力的合力從O點(diǎn)指向Q點(diǎn)，在O點(diǎn)時(shí)受合力為零，無(wú)窮遠(yuǎn)處合力也為零，所以從O點(diǎn)向Q點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受力可能先變大后變小，也可能一直變大，根據(jù)牛頓第二定律可知，加速度可能先變大后變小，也可能一直變大，A、B錯(cuò)誤；從O點(diǎn)向

3、Q點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度一直在增大，所以動(dòng)能一直增大，C錯(cuò)誤；從O點(diǎn)向Q點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電場(chǎng)力一直做正功，所以電勢(shì)能逐漸減小，D正確答案：D圖3133如圖313所示，對(duì)于電場(chǎng)線中的A、B、C三點(diǎn)，下列判斷正確的是()AA點(diǎn)的電勢(shì)最低BB點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度最大C同一正電荷在A、B兩點(diǎn)受的電場(chǎng)力大小相等D同一負(fù)電荷在C點(diǎn)具有的電勢(shì)能比在A點(diǎn)的大解析：根據(jù)電場(chǎng)線的特點(diǎn)，沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低，則ACB，又知同一負(fù)電荷在電勢(shì)越低處電勢(shì)能越大，則同一負(fù)電荷在C點(diǎn)具有的電勢(shì)能比在A點(diǎn)的大，所以A錯(cuò)誤，D正確；因在同一電場(chǎng)中電場(chǎng)線越密，電場(chǎng)強(qiáng)度越大，則知A點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度最大，所以B錯(cuò)誤；因電場(chǎng)中EAEB，則同一正電荷在A

4、、B兩點(diǎn)所受電場(chǎng)力大小關(guān)系為FAFB，所以C錯(cuò)誤答案：D4(2019年西安質(zhì)檢)如下圖是勻強(qiáng)電場(chǎng)遇到空腔導(dǎo)體后的部分電場(chǎng)線分布圖，電場(chǎng)線的方向如圖314中箭頭所示，M、N、Q是以直電場(chǎng)線上一點(diǎn)O為圓心的同一圓周上的三點(diǎn)，OQ連線垂直于MN.以下說(shuō)法正確的是()圖314AO點(diǎn)電勢(shì)與Q點(diǎn)電勢(shì)相等BO、M間的電勢(shì)差小于N、Q間的電勢(shì)差C將一負(fù)電荷由M點(diǎn)移到Q點(diǎn)，電荷的電勢(shì)能增加D在Q點(diǎn)釋放一個(gè)正電荷，正電荷所受電場(chǎng)力將沿與OQ垂直的方向豎直向上解析：由電場(chǎng)線的方向可知MON，再作出此電場(chǎng)中過(guò)O的等勢(shì)線，可知OQ，A錯(cuò)誤；且MO間的平均電場(chǎng)強(qiáng)度大于ON間的平均電場(chǎng)強(qiáng)度，故UM OUON，B錯(cuò)誤；因UM

5、 Q0，負(fù)電荷從M到Q電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，C正確；正電荷在Q點(diǎn)的電場(chǎng)力方向沿電場(chǎng)線的切線方向而不是圓的切線方向，D錯(cuò)誤答案：C5兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷位于x軸上，相對(duì)原點(diǎn)對(duì)稱分布，則下列圖象中能正確描述電勢(shì)隨位置x變化規(guī)律的是()解析：等量異種點(diǎn)電荷電場(chǎng)線如圖315所示，因?yàn)檠刂妶?chǎng)線方向電勢(shì)降低，所以，以正電荷為參考點(diǎn)，左右兩側(cè)電勢(shì)都是降低的；因?yàn)槟嬷妶?chǎng)線方向電勢(shì)升高，所以，以負(fù)電荷為參考點(diǎn)，左右兩側(cè)電勢(shì)都是升高的可見，在整個(gè)電場(chǎng)中，正電荷所在位置電勢(shì)最高，負(fù)電荷所在位置電勢(shì)最低，符合這種電勢(shì)變化的情況只有A選項(xiàng)圖315答案：A圖3166如圖316所示，在光滑絕緣的水平面上，存在一個(gè)水平

6、方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，在水平面上有一個(gè)半徑為R的圓周，其中PQ為直徑，C為圓周上的一點(diǎn)，在O點(diǎn)將一帶正電的小球以相同的速度向各個(gè)方向水平射出時(shí)，小球在電場(chǎng)力的作用下可以到達(dá)圓周的任何點(diǎn)，但小球到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的速度最大已知PQ與PC間的夾角為30，則關(guān)于該電場(chǎng)強(qiáng)度E的方向及PC間的電勢(shì)差大小說(shuō)法正確的是()AE的方向?yàn)橛蒔指向Q，UPCERBE的方向?yàn)橛蒕指向C，UPCCE的方向?yàn)橛蒔指向C，UPC2ERDE的方向?yàn)橛蒓指向C，UPC解析：由題意知，過(guò)C點(diǎn)的切面應(yīng)是圓周上離O點(diǎn)最遠(yuǎn)的等勢(shì)面，半徑OC與等勢(shì)面垂直，E的方向?yàn)橛蒓指向C，PQ與PC間夾角為30，則連線OC與PC間夾角也為30

7、，因此直線dPCR，則沿電場(chǎng)方向的長(zhǎng)度為Rcos30，則UPCER，選項(xiàng)D正確答案：D7(2019年昆明七校聯(lián)考)(多選)如圖317甲所示，a、b是某電場(chǎng)中一條電場(chǎng)線上的兩點(diǎn)，若在a點(diǎn)釋放一初速度為零的帶負(fù)電的粒子，粒子僅在電場(chǎng)力作用下沿電場(chǎng)線由a運(yùn)動(dòng)到b，其電勢(shì)能W隨位移x變化的規(guī)律如圖317乙所示設(shè)a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)分別為a和b，電場(chǎng)強(qiáng)度的大小分別為Ea和Eb.則下列判斷正確的是()圖317AabBabCEaEb DEa Eb 解析：根據(jù)題圖乙所示的電勢(shì)能W隨位移x變化的規(guī)律為向下的傾斜直線，可知帶負(fù)電的粒子僅在電場(chǎng)力作用下沿電場(chǎng)線由a運(yùn)動(dòng)到b，電勢(shì)能減小，說(shuō)明電場(chǎng)力做正功，電場(chǎng)線方向從b到

8、a.由電勢(shì)沿電場(chǎng)線方向越來(lái)越低可知，a0)和Q的點(diǎn)電荷對(duì)稱地放置在x軸上原點(diǎn)O的兩側(cè)，a點(diǎn)位于x軸上O點(diǎn)與點(diǎn)電荷Q之間，b點(diǎn)位于y軸O點(diǎn)上方，取無(wú)窮遠(yuǎn)處的電勢(shì)為零下列說(shuō)法正確的是()Ab點(diǎn)電勢(shì)為零，電場(chǎng)強(qiáng)度也為零B正的試探電荷在a點(diǎn)的電勢(shì)能大于零，所受電場(chǎng)力方向向右C將正的試探電荷從O點(diǎn)移到a點(diǎn)，必須克服電場(chǎng)力做功D將同一正的試探電荷先后從O、b兩點(diǎn)移到a點(diǎn)，后者電勢(shì)能的變化較大解析：因?yàn)榈攘慨惙N電荷在其連線的中垂線上的電場(chǎng)方向?yàn)樗街赶蜇?fù)電荷，所以電場(chǎng)方向與中垂線方向垂直，故中垂線為等勢(shì)線，因?yàn)橹写咕€延伸到無(wú)窮遠(yuǎn)處，所以中垂線的電勢(shì)為零，故b點(diǎn)的電勢(shì)為零，但是電場(chǎng)強(qiáng)度不為零，A錯(cuò)誤；等量異種

9、電荷連線上，電場(chǎng)方向由正電荷指向負(fù)電荷，方向水平向右，在中點(diǎn)O處電勢(shì)為零，O點(diǎn)左側(cè)電勢(shì)為正，右側(cè)電勢(shì)為負(fù)，又知道正電荷在正電勢(shì)處電勢(shì)能為正，故B正確；O點(diǎn)的電勢(shì)低于a點(diǎn)的電勢(shì)，正電荷從O點(diǎn)到a點(diǎn)電場(chǎng)力做負(fù)功，所以必須克服電場(chǎng)力做功，C正確；O點(diǎn)和b點(diǎn)的電勢(shì)相等，所以先后從O、b點(diǎn)移到a點(diǎn)，電勢(shì)能變化相同，D錯(cuò)誤答案：BC二、非選擇題圖311213如圖3112，一質(zhì)量為m、電荷量為q(q0)的粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，A、B為其運(yùn)動(dòng)軌跡上的兩點(diǎn)已知該粒子在A點(diǎn)的速度大小為v0，方向與電場(chǎng)方向的夾角為60；它運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速度方向與電場(chǎng)方向的夾角為30.不計(jì)重力求A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差解析：設(shè)帶電粒子在B

10、點(diǎn)的速度大小為vB.粒子在垂直于電場(chǎng)方向的速度分量不變，即vBsin30v0sin60由此得vBv0設(shè)A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為UAB，由動(dòng)能定理有qUABm(vv)解得UAB.答案：14(2019年福建質(zhì)檢)如圖3113，軌道CDGH位于豎直平面內(nèi)，其中圓弧段DG與水平段CD及傾斜段GH分別相切于D點(diǎn)和G點(diǎn)，圓弧段和傾斜段均光滑，在H處固定一垂直于軌道的絕緣擋板，整個(gè)軌道絕緣且處于水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中一帶電物塊由C處?kù)o止釋放，經(jīng)擋板碰撞后滑回CD段中點(diǎn)P處時(shí)速度恰好為零已知物塊的質(zhì)量m4103 kg，所帶的電荷量q3106 C；電場(chǎng)強(qiáng)度E1104 N/C；CD段的長(zhǎng)度L0.8 m，圓弧DG的半徑

11、r0.2 m，GH段與水平面的夾角為，且sin 0.6，cos0.8；不計(jì)物塊與擋板碰撞時(shí)的動(dòng)能損失，物塊可視為質(zhì)點(diǎn)，重力加速度g取10 m/s2.圖3113(1)求物塊與軌道CD段的動(dòng)摩擦因數(shù)；(2)求物塊第一次碰撞擋板時(shí)的動(dòng)能Ek；(3)分析說(shuō)明物塊在軌道CD段運(yùn)動(dòng)的總路程能否達(dá)到2.6 m若能，求物塊在軌道CD段運(yùn)動(dòng)2.6 m路程時(shí)的動(dòng)能；若不能，求物塊碰撞擋板時(shí)的最小動(dòng)能解析：(1)物塊由C處釋放后經(jīng)擋板碰撞滑回P點(diǎn)過(guò)程中，由動(dòng)能定理得qEmg0由式代入數(shù)據(jù)得0.25.(2)物塊在GH段運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于qEcosmgsin，所以做勻速直線運(yùn)動(dòng)由C運(yùn)動(dòng)至H過(guò)程中，由動(dòng)能定理得qELmgLqErsinmgr(1cos)Ek0 由式代入數(shù)據(jù)得Ek0.018 J(3)物塊最終會(huì)在DGH間來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)，物塊在D點(diǎn)的速度為0 設(shè)物塊能在水平軌道上運(yùn)動(dòng)的總路程為s，由能量轉(zhuǎn)化與守恒定律可得qELmgs由式代入數(shù)據(jù)得s2.4 m因?yàn)?.6 ms，所以不能在水平軌道上運(yùn)動(dòng)2.6 m的路程物塊碰撞擋板的最小動(dòng)能E0等于往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)經(jīng)過(guò)G點(diǎn)的動(dòng)能，由動(dòng)能定理得qErsinmgr(1cos)E00由式代入數(shù)據(jù)得E00.002 J答案：(1)0.25(2)0.018 J(3)不能0.002 J8