10.1 电势能和电势-【学霸黑白题】2024-2025学年新教材高中物理必修第三册(人教版2019)

第十章 静电场中的能量 第1节电势能和电势 白题基础过关练 限时：8min 题型1静电力做功的特点 W W C.E=W,= D.Em=-W,=- 1.如图所示是以点电荷 D +Q为圆心的一组同心 4.(2024·河北石家庄月考)如 A50 圆（虚线），电场中有A、 图所示，在匀强电场中电场 B、C、D四点.现将一带 强度E=2.0×10V/m,直线AB两点相距L= 正电荷的点电荷由A 50cm,AB与电场线夹角0=37°，把一个g= 点沿不同的路径移动到D点，沿路径①做功 -1.0×108C的电荷从B移到A点过程中，电 为W,沿路径②做功为甲，沿路径③做功为 场力做功及电势能的变化正确的是(sin37°= 7,则 0.6,c0s37°=0.8) ( A.W.<W<W A.电场力做功-1.0×104J,电势能减少1.0× 104J B.W=W2=W B.电场力做功-0.8×104J,电势能减少0.8× C.W2>W>W 104J D.因不知道+Q的具体数值，故无法进行判断 C.电场力做功0.8×104J.电势能减少0.8× 题型2对电势和电势能的理解 104J 2.(多选)关于电势和电势能，下列说法中正确 D.电场力做功1.0×104J,电势能减少1.0× 的是 ( 104J A.电荷在电势越高的地方电势能越大 题型4电势高低的判断方法 B.电场强度的方向是电势降低最快的方向 5.如图，a、b是正点电荷电场中的一条电场线上 C,根据电势公式心=5，电势与电荷的电荷量 的两个点，这两个点的电势和电场强度分别 有关 为P。P,和E、E。,则下列关于二者大小关系 的表述正确的是 D.同一电荷在电势相同的两点，电势能一定 ( 相同 题型3电场力做功与电势能的关系 A.>,E.>E B.pa>,E<E 3.在点电荷Q形成的电场中有一点A,当一个带 C.=E=E D.<o,E.>E 6.将一正电荷从无限远处移入电场中M点，电 电荷量为-？的试探电荷从电场的无限远处 势能减少了8.0×109J,若将另一等量的负电 (零势能位置)被移到电场中的A点时，静电 荷从无限远处移入电场中的V点，电势能增 力做的功为W,则试探电荷在A点的电势能 加了9.8×109J.则下列判断正确的是() E及电场中A点的电势P,分别为 ( A.<x<O B.x>y>0 A.E4=-W,P4= B.E=W,,=-W C.Px<ou<O D.u>ox>0 第十章黑白题019 黑题应用提优练 限时：20min 1.如图所示，匀强电场中同一圆上有A、B、C、D B.沿x轴负向的匀强电场 四点，AC、BD为圆的直径且相互垂直，AC与 C.在第I象限内某位置的一个负点电荷所产 电场线方向平行.将一正点电荷在电场中移 生的电场 动，下列说法中正确的是 D.在第Ⅳ象限内某位置的一个正点电荷所产 生的电场 4.(2024·广东广州期中)如图甲所示为静电除 尘设备的结构示意图，把高压电源的正极接 在金属圆筒上，负极接到圆筒中心悬挂的金 A.从A移到B与从B移到C,电场力做功 属线上，其横向截面图如图乙所示，虚线PQ 相同 是某带电粉尘的运动轨迹，则下列说法正确 B.从A移到C与从B移到D,电场力做功 的是 相同 C.从A移到B电场力做的功大于从B移到C 电场力做的功 D.从A移到D电场力做的功小于从D移到C 电场力做的功 2.(2023·江西省重点校联盟期初)某空间中存 A.电场中P点的场强大于Q点的场强 在着竖直方向的匀强电场，一带正电小球以 B.电场中P点的电势低于Q点的电势 100J的初动能竖直向上抛出，小球在上升过 C.粉尘最终会附着在中心金属线上并沿中心 程中受到恒定空气阻力的作用.当小球上升 金属线下落 到a位置时，重力势能升高了30J,动能减少 D.粉尘由Q点运动至P点，电势能逐渐减小 了60J,电场力做了-15J的功.此上升过程中 5.(2024·福建福州期中)如图所示，空间中有 两个固定的等量正点电荷，两电荷的连线处 A.重力与电场力大小之比为1：2 于水平方向，0为连线的中点，P、M为连线的 B.重力与电场力大小之比为4：1 中垂线上的两点且在竖直方向，且PO C.阻力与电场力大小之比为1：1 OM=h.现将一带负电的小球从P点静止释放， D.阻力与电场力大小之比为1：2 重力加速度为g,下列说法正确的是() 3.(多选)如图所示的xOy平面 +P 所在的区域存在电场，一个 正电荷先后两次从C点分别 沿直线被移动到A点和B B 点，在这两个过程中，均需克服电场力做功，且 A.从P到O的过程中，小球的电势能一直 做功的数值相等这一区域的电场可能是 增大 ( B.从P到O的过程中，小球的加速度一直 A.沿y轴正向的匀强电场 增大 必修第三册RJ黑白题020 C.从P到M的过程中，小球的机械能先增大 释放，沿半圆槽运动经过P点时速度为零，则 后减小 下列说法错误的是 D.到达M点时，小球的速度为0 6.(2024·广东江门五校联考)如图所示，平行 线代表电场线，但未指明方向，带电量为 +102C的微粒在电场中只受电场力作用，当 A.小球a从N到P的过程中，电势能一直 减小 由A点运动到B点时，动能减少了0.1J,已知 B.小球a从N到P的过程中，动能先增大后 A点电势为-10V,则 ( 减小 B C.小球a从N到P的过程中，库仑力增大 D.小球a从N到P的过程中，重力势能减少 量等于电势能增加量 A.B点的电势为零，微粒运行轨迹是1 压轴挑战 B.B点的电势是-20V,微粒运行轨迹是1 C.B点的电势为零，微粒运行轨迹是2 9.如图所示，BC是半径为R的4圆孤形光滑 D.B点的电势是-20V,微粒运行轨迹是2 绝缘轨道，它位于竖直平面内，其下端与水 7.(多选)如图甲所示，两个点电荷Q,、Q,固定在 平绝缘轨道平滑连接，整个轨道处在水平向 x轴上，其中Q,位于原点0，a、b是它们连线 左的匀强电场中，电场强度为E.今有一质 延长线上的两点.现有一带负电的粒子q以 量为m、电荷量为+g的滑块（体积很小可视 一定的初速度沿x轴从a点开始经b点向远 为质点)从C点由静止释放，滑到水平轨道 处运动（粒子只受电场力作用），设粒子经过 上的A点时速度减为零，若已知滑块与水平 a、b两点时的速度分别为。、。，其速度随坐 轨道间的动摩擦因数为以，重力加速度 标x变化的图像如图乙所示，则以下判断正 为g,求： 确的是 (1)滑块通过B点时的速度大小： (2)水平轨道上A、B两点之间的距离. 772T7 0 a6无 )2L3L4L A.ab连线的中点电势最低 B.a点的电势比b点的电势高 C.x=3L处场强一定为0 D.Q,带负电且电荷量小于Q 8.(2024·陕西西安期中)如图所示，半圆槽光 滑、绝缘、固定，圆心是O,最低点是P,直径 MN水平，a、b是两个完全相同的带正电小球 (视为点电荷)，b固定在M点，a从N点静止 进阶突破拔高练PO4 第十章黑白题021第十章 静电场中的能量 第1节电势能和电势 W=-15,而Wm=-Fh=-15J,联立解得Fm:F电=1：1，故 C正确.D错误故选C. 白题基础过关练 3.BD解析：由题，在两个过程中，电场力做功相等，说明A,B两点的 1.B解析：根据W=gU可知，因为电场力做功只与初，末位置有关，面而 电势相等：若是沿y轴正向的匀强电场，A、B两点的电势不等，与题 与电荷运动路径无关，故沿三条路径将点电荷由A移动到D的过程 意不符，故A错误：若是沿x轴负向的匀强电场，A、B两点的电势相 中，做功相等即W,=W2=W,故选B 等，将正电荷移动到A,B两点电场力做负功相等，与题意相符，故 2.BD解析：A.根据电势能的公式E。=p可知：电场中电势越高的地 选项B正确：若是处于第I象限内某位置的负点电荷形成的电场，A、 方，正电荷在该点具有的电势能越大，负电荷在该点具有的电势能越 B两点的电势不等，与题意不符，故C错误：若是处于第V象限内某 小，故A错误：B.沿电场线的方向电势降低，电场线的方向是电势降 位置的正点电荷形成的电场，而且正点电荷处于A,B连线的垂直 低最快的方向，故B正确：C.电势的高低由电场本身决定，与该电荷 平分线上，A、B两点的电势相等，将正电荷从G点移动到A、B两点电 的电势能与电荷量无关，故C错误：D.根据公式￡。=9，同一电荷在 场力做负功相等，与题意相符，故选项D正确。 电势相同的两点，电势能相同.故D正确故选D. 4.D解析：A,电场线的硫密反映场强的大小，根据题意可知，P点的 3.A解析：依据题意，-的检验电荷从电场的无限运处被移到电场中 场强小于Q点的场强，故A,误：B.在电场线中，沿着电场线方向电 的A点时，电场力做功W,则电荷的电势能减小罩，无限远处电荷的 势逐新降低.因此P点的电势高于Q点的电势，故B错误：CD.强电 电势能为零，则电荷在A点的电势能为E4三一P,A点的电势P= 场作用下，空气发生电离，粉尘会吸附电子带负电，从而受到指向侧 -W故选八 壁的电场力，则粉尘由Q点运动至P点，电势能减小，最终会附着在 -91 圆筒侧峡上，故C错误，D正确.故选D. 4.C解析：把g=-1.0×10C的电荷从B移到A点过程中，电场力做 5.C解析：AC.从P到0的过程中，电场力和重力都做正功.电势能一 功为：W=Ugg=-Eg0s8=20×10×50×102×1.0×108×08J= 直减小.从0到M的过程中，电场力做负功，小球速度减小，故从P 0.8×10·」.即电场力做功0.8×10·J,根据功能关系可知，电势能减 到M的过程中，小球的机械能先增大后减小，故A错误，C正确：B.0 少0.8×10J,放ABD错误，C正确.故选C. 点的场强为零，从P到)小球的加速度一直诚小.由于P0间电场线 5.A解析：由于图中没有电场线的方向，所以电场线的方向可能向左， 的疏密情况不确定，电场强度大小变化情况不确定，测电荷所受电场 也可能向右：①若电场线的方向向右，搏正电荷在a的左侧，所以a 力大小变化情况不确定，加速度变化情况不能确定，加速度可能先墙 点的电场强度大，即E。>E:沿电场线方向电势降低，可以比较电势 大后减小，也可能一直减小，不可能一直增大，故B错误：D.根据电 高低，根据电场线方向可知中>P:②若电场线的方向向左，则正电 场的对称性原理可知，P与M两点的电势相等，期小球在这两点的电 荷在b的右侧，所以b点的电场强度大，即E>E,:沿电场线方向电势 势能相等，电场力做功为零，故小球从P到！的过程中，由动能定理 降低.可以比较电势高低，根据电场线方向可知9>单：由以上的分 得mg×2h=m2,解得：=2v伍，放D错误故选C 析可知，A正确. 6.A解析：带正电的微粒仅受电场力的作用，从A点运动到B点时动 6.C解析：正电荷从无限远处移向电场中M点，电势能减小80x10→」.电 能诚少了0.1J,说明电场力做负功，则知电场力方向水平向左，根据 场力做正功为8.0×10”J,则M点的电势低于无限远处的电势，即 曲线运动的合力指向轨迹的内侧，故微粒的运动轨迹是如题图虚线 学y<0,负电荷从无限远处移人电场中的N点，电势能增加，电场力做 负功为9.8×109」，则N点的电势低于无限远处的电势，即P,<0.由 1所示，根据动能定理m=4近，得U:-0 g10V=-10y,又 于两电荷电量相等，根据(=”知，从无限远处移人电场中的N点， Uw=9:-9rP4=-10V,则e=0,故选A. 7.CD解析：带电粒子在电场中只受电场力作用，电势能和动能之和 电场力做功较大，N点与无限远处间的电势差较大，则下点的电势低 不变，由图可知，在，b连线的中点3L处，动能最大，电势能最小，因 于M点的电势，即得到Px<华<Q 为粒子带负电荷，所以.6连线的中点3L处电势最高，故A错误：根 黑驱应用提优基 据A选项分析可知，a点动能比b点小，电势能比b点大，所以a点的 1.A解析：因为在匀强电场中，且从A移到B与从B移到C的过程 电势比，点低.故B错误：在3L点前做加速运动，3L点后做诚速运 中，沿力方向的位移相同.根据功的定义可知.电场力做功相同，A正 动，可见3L点的加速度为0，则x=3L处场强为0，故C正确：由于在 确，C错误：从A移到C与从B移到D,因为沿力方向的位移不同，故 x=3孔点前做加速运动，所以Q2带负电.3礼点的场强为0，由点电荷 电场力做功不相同，B错误：从A移到D和从D移到C的过程中，沿 的场强公式和电场叠加原理可知，Q,带正电.0，带负电且电荷量小 力方向上的位移相同.故电场力做功相同.D错误故选A. 于Q1,故D正确.故选CD 2.C解析：AB.由题意知，此过程中，电场力做功为W=-F重h= 8。A解析：C.a由到P的过程中，重力竖直向下，而库仑力直沿 -15J,重力微功为W重=mg4=-△E,=-30」，解得mg:F电=2：1， 放AB错误；CD,此过程中，由动能定理有W电+W+W:=△，解得 二者的连线方向，制据F、:可知库仑力大小州大，故C正确 必修第三册·RJ黑白题10 B.在整个过程中合力先与运动方向的夹角为锐角，合力做正功：而 密程度表示电场强度的强弱，B点的电场线比A或C点的电场线疏， 后过程中合力与运动方向夹角为纯角，合力做负功：故从N到P的 所以B点的电场强度小于A点的电场强度，故B错误：C,沿电场线 过程中，速率先增大后减小，即动能先增大后诚小，故B正确： 方向电势降低，所以A,C两点的电势高于B点的电势，故C正确： A.从N到P的过程中.库仑力一直与运动方向夹角大于90°，故库仑 D.负电荷的受力方向与电场线方向相反，所以负电荷从C点沿虚线 力一直做负功，电势能一直增加，故A错误：D.从N到P的过程中， 移到B点的过程中电场力做负功，电势能增大，故D错误故选C, 动能的变化量为零，根据能量守恒可知，重力势能的减少量等于电势 6.C解析：A,根据粒子的运动轨逵可知，粒子所受电场力指向运动轨 能增加量，故D正确.故选A 迹的四侧，即电场力方向斜向右下，因带电粒子带正电，则电场线方 压轴桃战 向垂直于等势而斜向右下，根据沿电场线方向电势逐渐降低可知，等 9.(1)J/ 2(mg-gE)R (2)mg-gk 势面ε的电势最高，等势面a的电势最低，故A错误：C.因为P点 用 qE+umg 电势高于Q点电势，根据E,=,由于带电粒子带正电，可知粒子在 解析：(1)对滑块从GC到B过程，根据动能定理，有：mgR-gER= 电势较高的P点时的电势能比在Q点时大，根据能量守恒可知粒子 在Q点时的动能比在P点时大，故B错误，C正确：D.若图中三个等 2 mi. 势面为等差等势面，则由于P点处的等势面较密，所以P点的电场强 解得：= 2(mg-qE)R 度较大，粒子在P点受到的电场力较大，故粒子在O点时的加速度 m 比在P点时的小，故D错误故选C (2)对从C到A过程，根据动能定理，有： 黑题应用提优练 mgR-gE(R+x)-gmgx=0. 1.C解析：A.A点和C点电势相等，故AC为一策等势线，又电场线与 解得：x mg-qE B. 等势线垂直，所以电场方向垂直于AC,且指向B.故A错误：B.电场 gEtumg 第2节电势差 强度的大小为B=BCan30=60Vm,放B错误：C,在等势线上移 动电荷时电场力不做功，所以电子从A点移动到G点时，电场力做功 白题 耳础过关练 为零，故C正确：D一个电子从B点移动到C点，电场力做功为 1.B解析：A.根据电势差和电场力敏功的公式=”得：两点间的电 We=-eUe=-e(Pn-pc)=12eV,故D错误故选C. 2.B解析：A,若图中实线是电场线，则粒子受到的电场力水平向右， 势差等于从其中一点移到另一点时，电场力所做的功与电荷量的比 电子带负电，所以场强的方向水平向左，而沿着电场线方向电势逐新 值.故A错误：B.电势差由电场本身决定，与零电势的选取无关，电 降低，所以b点的电势高于a点的电势，故A错误：B.若图中实线是 势零点的选取是任意的，但是电场中两点间的电势差是确定的，故 等势线，则电子受到的电场力方向竖直向下，电子的速度方向和电场 B正确：C.根据W=心得在两点间移动电荷时，电场力做功的多少 力方向成饨角.从：点到b点的过程中电子做诚速运动.所以电子在 跟这两点间的电势差有关，故C错误：D.两点间的电势差是由电场 a点的速率大于在b点的速率，故B正确：C.根据上述分析可知，若 木身决定的，与检验电荷无关，仅由电场决定，故D错误故选B. 电子在点的速率较大，侧图中的实线是等势线，故C错误：D.若实 2.C解析：4，B两点间的电势差U=60V,知A点的电势比B点的电 线是电场线，则电子受到的电场力方向水平向右，若实线是等势线， 势高60V,B.C两点间的电势差U=-50V,知B点的电势比C点 电子受到的电场力方向竖直向下，前者速度和电场力的夹角为锐 的电势低50V.则A点的电势比C点的电势高10V,所以P>pe> 角，后者速度和电场力的方向为钝角，前者电子在点的电势能大于 故选C 在6点的电势能，后者电子在：点的电势能小于在6点的电势能，故 3.AD解析：由题可知，Us= ?20x10V=40V,放A正确：试探 W8_8.0x102 D错误故选B. 3.D解析：A.由等势面作出的电场线如图所示，可知PQ两点处的 电荷在B、C,D三点之间移动时，电场力不做功，则B,C,D三点任意 电荷带异种电荷，故A错误：B.分析可知.该电场为等量的异种点电 两点间的电势差都为0，即B,CD三点电势相同，则A.B两点间电势 荷形成的电场，©点与d点在两点电荷连线的中垂线上，距两点电荷 差等于A、C两点间电势差，故BC错误：若A点电势为60V.则BC, 的距离相等，可知两点电荷在点与d点产生的场强大小相等，根据 D三点的电势都为20V,故D正确.故选AD. 矢量合成可知，e点与d点的电场强度方向相同，均为垂直d向右， 4.C解析：A.同一等势面上电势处处相同，4，B是同一等势面上的两 故B错误：C电场线从高电势面指向低电势面，故：点的电势高于6 点，因此A,B两点的电势相同，故A错误：C,该电场为正的点电荷 点的电势，e,d两点在同一等势面上，则e点的电势等于d点的电势， 形成的电场，因此离场源电荷越近电势越高，B点比C点离场源电荷 可得，>9，=单>p,故C错误：D.a点的电势高于6点的电势，由 更近，所以B点的电势高于C点的电势，而正电荷在电势高的地方电 E。=g,可知电子在点的电势能比在b点的电势能小，可得电子的 势能大，将正电荷从B点移到C点，其电势能减小，故B错误，C正 电势能E>F.=E>Em,故D正确故选D 确：D,在同一等势而上移动电荷，电场力不做功.A、B是同一等势面 上的两点，因此将正电荷从A点沿虚线移到B点.静电力不做功.故 D错误故选C. 5.C解析：A.带电导体处于静电平衡状态，导体内部的场强处处为0， 所以导体内部不同的位置电势一定相等，故A错误：.电场线的疏 参考答案与解析黑白题11