内容正文:
假期作业18 电势差
如图所示,正电荷形成
的电场中,实线表示等势面,
虚线表示电场线.质子从静
止开始在一条电场线上从a
点运动到b点.判断下列说
法的正误.
(1)质子从a点运动到b点,电场力对质子
做负功. ( )
(2)质子在上述电场线上从a 点运动到b
点,电势能增加. ( )
(3)a点所在的等势面的电势高于b点所在
的等势面的电势. ( )
(4)若使质子沿着所在的等势面运动一周,
电场力不做功. ( )
(5)a、b两点之间的电势差Uab=Uba. ( )
◆[知识点一] 电势差
1.(多选)对于电场中确定的A、B 两点,关
于表达式UAB=WABq
,下列说法正确的是
( )
A.电势差UAB 与 WAB 成 正 比,与q 成
反比
B.两点间的电势差,数值上等于从A 点
到B 点移动单位正电荷时电场力做
的功
C.UAB 表示A 点与B 点之间的电势差,
即UAB=φA-φB
D.电势差UAB 由电场决定,与电场力做
功WAB及试探电荷q无关
2.(多选)下列说法正确的是 ( )
A.电势差与电势一样,是相对量,与零电
势点的选取有关
B.电势差是一个标量,但是有正值和负
值之分
C.由于电场力做功跟移动电荷的路径无
关,所以电势差也跟移动电荷的路径
无关,只跟这两点的位置有关
D.A、B 两点的电势差是恒定的,不随零
电势面的不同而改变,所以UAB=UBA
◆[知识点二] 等势面
3.(多选)关于等势面、电场力做功和电场
的关系,下列说法正确的是 ( )
A.在等势面上移动电荷,电场力总是不
做功
B.电荷从A 点移到B 点,电场力做功为
零,则电荷一定是沿等势面移动的
C.在同一个等势面上的各点,电场强度
的大小必然是相等的
D.电场线的方向总是从电势高的等势面
指向电势低的等势面
4.(多选)(2025黄山市屯溪一中期中)如
图为两点电荷Q、Q′的电场等势面分布
示意图,Q、Q′位于x 轴上,相邻等势面的
电势差为3V.若x轴上的M 点和N 点
位于0V 等势面上,P 为某等势面上一
点,则 ( )
A.N 点的电场强度大小比M 点的大
B.Q 为正电荷
C.M 点的电场方向沿x 轴负方向
D.P 点与M 点的电势差为12V
5.(多选)(2024甘肃卷)某带电体产生电
场的等势面分布如图中实线所示,虚线
是一带电粒子仅在此电场作用下的运动
轨迹,M、N 分别是运动轨迹与等势面b、
a的交点,下列说法正确的是 ( )
A.粒子带负电荷
B.M 点的电场强度比N 点的小
C.粒子在运动轨迹上存在动能最小的点
D.粒子在 M 点的电势能大于在N 点的
电势能
93
6.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φM、φN、φP、φQ,
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,φM>φQ
B.直线c位于某一等势面内,φM>φN
C.若电子由 M 点运动到Q 点,电场力做
正功
D.若电子由P点运动到Q点,电场力做负功
◆[知识点三] 电场力做功与电势差的
关系
7.a和b为电场中的两个点,如果把q=-2
×10-8C的电荷从a点移动到b点,电场
力对该电荷做了4×10-7J的功,则该电荷
( )
A.电势能增加了4×10-7J,Uab=-20V
B.电势能增加了2×10-8J,Uab=10V
C.电势能减小8×10-15J,Uab=10V
D.电势能减小了4×10-7J,Uab=-20V
8.(多选)如图所示,A、B、C是
平行纸面的匀强电场中的三
点,它们之间的距离均为L,
电荷量q=-1.0×10-5C的
电荷由A 移到C电场力做功W1=4.0×
10-5J,该电荷由C移到B电场力做功W2
=-2.0×10-5J,若B点电势为零,以下说
法正确的 ( )
A.A 点的电势为2V
B.A 点的电势为-2V
C.匀强电场的方向为由C指向A
D.匀强电场的方向为垂直于AC指向B
9.如图所示,在两个等量正
点电荷形成的电场中,画
一正方形ABCD,对角线
AC 与两点电荷连线重
合,两对角线交点O 恰为两点电荷连线
的中点.下列说法中正确的是 ( )
A.A、C两点的电场强度及电势均相同
B.B、D 两点的电场强度及电势均相同
C.一电子由B 点沿B→C→D 路径移至
D 点,电势能先减小后增大
D.一质子由C 点沿C→O→A 路径移至
A 点,静电力对其先做负功后做正功
1.(2024全国卷)
在 电 荷 量 为 Q
的点电荷产生的
电场中,将无限
远处的电势规定
为零时,距离该
点电荷r处的电
势为kQr
,其中k
为静电力常量,多个点电荷产生的电场
中某点的电势等于每个点电荷单独存在
的该点的电势的代数和.电荷量分别为
Q1 和Q2 的两个点电荷产生的电场的等
势线如图中曲线所示(图中数字的单位
是伏特),则 ( )
A.Q1<0,
Q1
Q2
=-2 B.Q1>0,
Q1
Q2
=-2
C.Q1<0,
Q1
Q2
=-3 D.Q1>0,
Q1
Q2
=-3
2.在电场中把电荷量为Q1=2.0×10-9 C
的正电荷从A 点移到B 点,电场力做功
1.5×10-7J,再把电荷量为Q2=4.0×
10-9C的正电荷从B 点移到C 点,克服
电场力做功4.0×10-7J.
(1)求A、B 两点间的电势差;
(2)比较A、B、C三点的电势;
(3)若 A 点电势为零,则C 点的电势为
多少?
(4)若A 点电势为零,则Q2 在B 点电势
能为多少?
04
2.BC [从a移到c,点电荷Q 产生的电场对点电荷N 不
做功,在匀强电场中,a、c两处电势相等,电场力对点电
荷 N 也不做功,故 A错误,B正确;从d移到b,点电荷Q
产生的电场对点电荷 N 不做功,匀强电场对点电荷 N
做功为W=qE2r=2qEr,所以电场力做功为2qEr,故
C正确,D错误.]
3.AB [正电荷从A 移到B,静电力做正功,电势能减少,
选项 A正确,选项C错误;负电荷从A 移到B,静电力做
负功,电势能增加,选项B正确,选项 D错误.]
4.BC [两个等量正点电荷连线中点O 的电场强度为零,
无穷远处电场强度也为零,故从O 点沿着中垂线向上到
无限远处电场强度先增大后减小,电场强度最大的点可
能在 M、N 连线之间,也可能在 N 点以上,还可能在 M
点以下,A错误;等量同种正点电荷的连线的中垂线的
电场方向由O 点指向远处,所以 M 点的电势高于N 点
的电势,B正确;同一负电荷在电势越高的地方电势能越
小,因为 M 点的电势高于N 点的电势,所以负电荷在 M
点的电势能小于在N 点的电势能,C正确;如果只受静
电力作用正电荷从 M 点由静止释放,将沿中垂线做加速
运动,但加速度可能一直减小或先增大后减小,D错误.]
5.解析:电荷克服静电力做功,即静电力做负功,有 WAB =
-3×10-5J.由 WAB =EpA -EpB 知,电势能变化了3×
10-5J;由于静电力做负功,则电势能增加.若EpB=0,则
由WAB=EpA-EpB得EpA=-3×10-5J.
答案:3×10-5J. 增加 -3×10-5J.
6.AD [电场线方向一定是电势降低的方向,反之不一定
成立,故 A对,B错;若正电荷初速度与电场线反向,则
先向电势高 的 地 方 做 减 速 运 动,再 向 电 势 低 的 地 方 运
动,故 C错;易知 D对.]
7.A [由点电荷的场强合成可知A 和B两点场强方向均向
右,大小相等,选项 A正确;沿着电场线电势逐渐降低,φA>
φB,选项B错误;正电荷从A点移到B点,所受电场力与运
动方向相同,电场力做正功,选项C错误;Ep=qφ因q<0,
则EpA<EpB,选项D错误.]
8.C [因无限远处的电势为零,则正电荷在 M 点的电势
能为-8.0×10-9J,负电 荷 在 N 点 的 电 势 能 为 9.8×
10-9J.由φ=
Ep
q
可知,M、N 两点的电势φM <0,φN <0,且
|φN|>|φM|,故φN <φM <0,选项 C正确.]
素养培优
1.BD [A、B 两点的等量同种点电荷在O 点产生的合电
场强度为0,而C点的负点电荷在O 点产生的电场强度
方向向左,故O 点的合电场强度大小不为零,方向向左,
A错误;设AD=L,则由几何关系知AD=BD=CD=L,
A、B 两点的 点 电 荷 在D 点 产 生 的 合 电 场 强 度 大 小 为
kQ
L2
,方向水平向右,C 点负点电荷在D 点产生的电场强
度大小为kQ
L2
,方向水平向左,故 D 点合电场强度为0,B
正确;OC间各点的合电场强度方向向左,若将点电荷+
q从O 点移向C 点,静电力做正功,电势能减少,C错误;
若将点电荷-q从O 点移向C 点,静电力做负功,电势能
增加,D正确.]
2.解析:(1)电场强度的大小为E= F|q|
代入数据得E=2×104 N/C,由电场力方向知场强方向
水平向左
(2)把该试探电荷从A 点移到B 点电场力做的功为W=
Fxcosθ
代入数据得W=4×10-5J,电势能减少4×10-5J.
答案:(1)大小为2×104N/C,方向水平向左
(2)减少4×10-5J
假期作业18
情景辨析
(1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)×
技能提升
1.BCD [电势差的定义式为UAB =WABq
,是用比值法定义
的物理量,其数值等于从A 点到B 点移动单位正电荷时
电场力做的功,电势差由电场强度和A、B 两点的位置决
定,与电场力做功及试探电荷无关,电势差UAB =φA -
φB,故B、C、D正确.]
2.BC [两点间的电势差等于电势之差,由电场中两点的
位置决定,与零电势点的选取无关,而电势是相对的,与
零电势点的选取有关,故 A错误.电势差是标量,正负表
示两点的电势高低关系,故 B正确.电场力做功跟移动
电荷的路径无关,由公式 W =qU 知电势差也跟移动电
荷的路径无关,只跟这两点的位置有关,故 C正确.A、B
两点的电势差是恒定的,但有正负之分,UAB =-UBA ,故
D错误.]
3.AD [在等势面上移动电荷,电荷的电势能不变,电场力
总是不做功,选项 A 正确;电荷从 A 点移到B 点,电场
力做功为零,则电荷在A、B 两点的电势能不变,A、B 两
点的电势相等,但不一定是沿等势面移动的,选项 B错
误;在同一个等势面上的各点,电场强度的大小不一定
是相等的,例如在等量异种电荷连线的中垂线上各点电
势均为零,但是场强大小不一定相等,选项 C错误;电场
线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面,选项 D
正确.]
4.AD [等差等势面的疏密程度体现电场强度的大小,由题
图可知N 点的等差等势面比 M 点更密,则 N 点的电场强
度大小比M 点的大,故 A正确;沿着电场线方向电势逐渐
降低,由题图可知电场线由N 指向Q,则Q 为负电荷,故B
错误;沿着电场线电势逐渐降低,结合各等势面的电势高低
关系可知M 点的电场方向沿x轴正方向,故C错误;M 点
与N 点电势均为0V,P点与N 点的等势面间隔四个,而相
邻等势面的电势差为3V,则P点与M 点的电势差为12V,
故D正确.]
5.BCD [A.根据粒子所受电场力指向曲线轨迹的凹侧可
知,带电粒子带正电,故 A错误;B.等差等势面越密集的
地方场强越大,故 M 点的电场强度比N 点的小,故 B正
确;C、D.粒子带正电,因为M 点的电势大于在N 点的电
势,故粒子在 M 点的电势能大于在N 点的电势能;由于
带电粒子仅在电场力作用下运动,电势能与动能总和不
变,故可知当电势能最大时动能最小,故粒子在运动轨
迹上到达最大电势处时动能最小,故 C、D正确.]
6.B [电子带负电,从 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,说明 M、N 间与M、P 间
电势差相等,即 N 和P 的电势相等,匀强电场中等势线
为平行的直线,所以 NP 和 MQ 分别是两条等势线,电
子从 M 点运动到N 点,电场力做负功,说明 MQ 为高电
势,NP 为低电势,所以直线c和d 都是位于某一等势面
内,且φM=φQ,φM >φN ,选项 A 错误,B正确.若电子从
M 点运动到Q 点,初、末位置电势相等,电场力不做功,
选项 C错误.电子由P 点运动到Q 点,即从低电势到高
电势,电场力做正功,电势能减少,选项 D错误.]
7.D [把负电荷从a点移动到b点,电场力对该电荷做了
4×10-7J的功,则在这个过程中,负电荷的电势能减小
了4×10-7J.根据电势差公式Uab=Wabq
得a、b两点间的
电势差为Uab= 4×10
-7
-2×10-8 V=-20V.
故选 D.]
95
8.BC [C、B 间 电 势 差 为UCB =W2q =
-2.0×10-5
-1.0×10-5 V=
2V,若B 点电势为零,UCB =φC-φB,则C 点电势φC=
2V,A、C 间的电势差为UAC =W1q =
4.0×10-5
-1.0×10-5 V=
-4V,UAC =φA -φC,则 A 点电势φA =-2V,故 A 错
误,B正确;AC连线中点M 的电势为0,M 与B 点的连
线即为等势线,且电场线垂直于等势线,三角形ABC 为
等边三角形,BM⊥AC,根据沿着电场线方向电势降低,
则知匀强电场的方向由C指向A,故 C正确,D错误.]
9.C [由于B、D 两点关于O 点对称,因此其场强大小相
等,方向相反,则场强不同,根据对称性知电势相同,根
据电场线分布情况可知A 与C 两点的电势相等,电场强
度大小相等,方向不同,A、B错误;根据电场的叠加知,
B、O 间电场方向向上,O、D 间电场方向向下,则电子由
B 点沿B→C→D 路径移至D 点,电势先升高后降低,电
场力先做正功后做负功,电势能先减小后增大,故 C 正
确;质子由C点沿C→O→A 路径移至A 点,电场力先向
左后向右,电场力对其先做正功后做负功,故 D错误.]
素养培优
1.B [根据两点电荷周围的电势分布可知Q1 带正电,Q2
带负电;由图中电势为0的等势线可知kQ1r1
+kQ2r2
=0,
由图中距离关系可知
r1
r2
=63
,
联立解得
Q1
Q2
=-2.]
2.解析:(1)把电荷量为Q1=2.0×10-9 C的正电荷从 A
点移到B 点电场力做功为WAB ,则电场力做功为WAB =
UABQ1,
得UAB=WABQ1 =
1.5×10-7
2.0×10-9V=75V.
(2)把电荷量为Q2=4.0×10-9C的正电荷从B 点移到C
点,克服电场力做功为WBC,则电场力做功为-WBC =UBC
Q2,得UBC=-WBCQ2 =
-4.0×10-7
4.0×10-9 V=-100V
,
又因UAB=φA-φB,UBC=φB-φC,
得UAC=φA-φC=(φA-φB)+(φB-φC)=UAB+UBC=
-25V,通过比较可知φC>φA>φB.
(3)UAC =-25 V,若 A 点 电 势 为 零,则 C 点 电 势 为
25V.
(4)若A 点电势为零,那么φB=-75V,则Q2 在B 点电
势能为Ep=φBQ2=-7.5×4.0×10-9J=
-3.0×10-7J.
答案:(1)75V (2)φC>φA>φB (3)25V
(4)-3.0×10-7J
假期作业19
情景辨析
(1)√ (2)√ (3)√ (4)√ (5)×
技能提升
1.D [公式E=UABd
仅适用于匀强电场中计算A、B 两点
间的电势差,d表示A、B 两点沿电场线方向上的距离,
即A、B 所在等势面之间的距离,若A、B 两点等电势,A、
B 两点间的距离越大,电势差也不会变,A、B、C错误,D
正确.]
2.C [根据沿电场方向电势降低可知B 点电势低于A 点
电势,则UBA 为负值,根据匀强电场中电势差与电场强度
的关系可得UBA=-EdABcos60°=-5V.]
3.B [根据电势能的定义式Ep=qφ可得O点的电势为φO=6
V,A错误;根据沿电场线方向电势降低,可知电场线方
向水平向右,B正确;根据电势差与电场强度的关系式E
= UOAOAcos60°
,解得E=400V/m,C错误;根据Ep=qφ,
依题意从O 点C 点,电势一直在降低,电子带负电荷,所
以其电势能增大,D错误.]
4.解析:匀强电场中电场线由电势高的等势面指向电势低的
等势面,电场线垂直于等势面,由图可知该电场强度方向水
平向 左,电 场 线 与 A、B 连 线 的 夹 角 是 37°,得 UBA =
Edcos37°,E= UBAdcos37°=
φB-φA
dcos37°=
10-(-10)
2.5×10-2×0.8V
/m
=1000V/m.
答案:1000V,方向水平向左
5.D [电场线方向指向云层,则云层带负电,A 项错.电场
线的密度越大,电场强度越大,故Ea>Eb>Ec,B项错.
ab=bc,但由题图可知该电场并非匀强电场,故a、b间与
b、c间电势差不相等,C 项错.云层带负电,地面则可视
为带正电,当云层上的负电荷导入大地时,可视为正电
荷从避雷针移动到云层,即 电 流 从 避 雷 针 流 向 云 层,D
项对.]
6.AD [分别过 M、P 点作等势线,可得到过P 点的等势
线在过M 点的等势线上方,因沿着电场线方向电势降
低,则有φM >φP,A对;将负电荷由O 点移到P 点,由于
UOP >0,则W=qUOP <0,静电力做负功,B错;由U=Ed
定性判定可知,MN 间的平均电场强度小于OM 间的平
均电场强度,故 M、N 两点间的电势差小于O、M 两点间
的电势差,C错;根据电场线的分布特点会发现,电场线
关于y轴两边对称,故y轴上的电场强度方向沿y 轴向
上,所以在O 点由静止释放一不计重力带正电的粒子,
其所受静电力沿y轴正方向,则该粒子将沿y轴做直线
运动,D对.]
7.B [已知在匀强电场中将某一线段等分的同时就将该
线段两端的电势差等分,将线段bd 五等分,如图所示,
则Ube=Ufd=15Ubd=
1
5×
(24-4)V=4V,故Ube=φb
-φe=4V,φf-φd=4V,可得φe=24V-4V=20V.
φf=8V,故φa=φe,ae为等势线,连接cf,则cf∥ae,即
cf也为等势线,故c点的电势φc=φf=8V,故B正确.]
8.C [由题意知,将正电荷从A 移到B,静电力不做功,则
A 与B 电势相等,A、B 连线是一条等势线.B、C 间电势
差为UBC=WBCq =
-8×10-3
1×10-5 V=-800V
,所以B 点的
电势低.该匀强电场的电场强度大小为E= |UBC|BCsin53°=
800
10×0.8×10-2 V
/m=10000V/m,因为沿电场线方向
电势降低,故电场强度方向垂直AB 斜向下.C正确.]
9.C [点 电 荷 从 A 点 以 某 一 初
速度射 出,此 后 能 以 相 同 大 小
的速度经过 B 点,根据动能定
理有UABq=ΔEk=0,可得A、B
两点处的电势差等于零,即A、
B 两点的电势相同,如图连接AB 为一等势线,过O 点作
AB 的垂线为电场强度方向所在的直线,因为将一个电
荷量为2×10-7C的负点电荷由O 点移到C 点,克服静
06