内容正文:
专题八 静电场中的能量
考点一 电势、电势能和电势差及电容器
一、电势
1.定义
电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷
量的比值,叫做这一点的电势。在数值上等
于单位正电荷由该点移到零电势点时电场
力所做的功。
2.表达式
φ=
Ep
q
,单位为伏特,符号为 V,其中1V=
1J/C。
3.电势的特性
标量性:电势是标量,只有大小,没有方向。
在规定了零电势点后,正值表示电势大于零
电势点位置,负值表示电势小于零电势点
位置。
相对性:电场中各点电势的高低,与所选取
的零电势点的位置有关。同一点的电势因
选取零电势点的不同而不同,通常取无限远
处或地球表面为零电势点。
固有性:电场中某点电势的大小是由电场本
身的条件决定的,与在该点是否放着电荷、
电荷的电性、电荷量均无关。
二、电势能
1.定义
电荷在电场中具有的能叫做电势能,符号用
Ep 表示,单位为J。
2.电势能与电场力做功的关系
电场 力 做 的 功 等 于 电 势 能 的 减 少 量,即
WAB=EpA-EpB。电场力做正(负)功,电势
能减少(增加)。该公式适用于匀强电场,也
适用于非匀强电场;适用于正电荷,也适用
于负电荷。
3.大小
电势能的大小等于将电荷从该点移到零势
能位置时电场力所做的功。该物理量为标
量,正号表示电势能大于零势能点位置,负
号表示电势能小于零势能点位置。
【注意】 正电荷在电势高的地方电势能大,
负电荷在电势高的地方电势能小。
三、电势差
1.定义
电场中两点间电势的之差,叫做电势差,也
叫电压。单位为伏特,符号为V。
电荷在电场中由一点A 移动到另一点B 时,
电场力所做的功 WAB 与电荷量q 的比值
WAB
q
叫 做 AB 两 点 间 的 电 势 差,即
UAB=
WAB
q
。
2.表达式
电场中A 点的电势为φA,B 点的电势为φB,
则有 UAB =φA -φB 和 UBA =φB -φA,故
UAB=-UBA。
3.对电势差的理解
固有性:电势差是表述电场性质的物理量,
与初末位置有关,与移动的电荷所带电荷量
及电场力做功等无关。
·45·
标量性:电势差是标量,有正负,无方向。正
负表示电场中两点间的电势的高低。
绝对性:电势差的大小是绝对的,与零电势
的选取无关。
四、电容
1.定义
电容器所带的电荷量跟它的两极板间的电
势差的比值叫做电容。用C表示。
2.定义式
C=QU
,与Q、U、电容器是否带电均无关,仅
由电容器本身决定(大小、形状、相对位置及
电介质)。Q 为每一个极板带电量绝对值,U
为电容器两板间的电势差。
3.单位
国际单位制为法拉,符号为F,1F=1C/V,
1F=106uF=1012pF。
4.物理意义
描述电容器容纳电荷本领大小的物理量,数
值上等于使电容器两极板间的电势差增加
1V所增加的带电量。
五、平行板电容器
1.定义
在两个相距很近的平行金属板中间夹上一
层绝缘物质———电介质就组成一个最简单
的电容器,叫做平行板电容器。
2.带电特点
两板电荷等量异号,分布在相对两板的内
侧,板间电场为匀强电场,场强大小为E=
U
d
,场强方向为垂直板面。
3.电容的决定式
C=
εrS
4πkd
,k为静电力常量,εr 是一个常数,
与电介质的性质有关,真空时εr=1,其他电
介质时εr>1。称为电介质的相对介电常
数。平行板电容器的电容C 跟相对介电常
数εr 成正比,跟极板正对面积S 成正比,跟极
板间的距离d成反比。
【注意】 该式的决定因素为:介电常数,正
对面积,两板间的距离。
(2025年广东合格考)对电势概念的理
解,下列说法正确的是 ( )
A.电势是矢量
B.沿着电场线方向,各点电势逐渐升高
C.确定电场中某点的电势时,要先规定电势
的零点
解析:电势是标量,只有大小没有方向,故A
错误;沿电场线方向,电势逐渐降低,例如正
电荷周围电场线向外,电势递减),故B错
误;电势是相对量,需选定参考点,通常取无
穷远处或某接地点为零点,各点电势才能确
定具体数值,故C正确。故选C。
答案:C
(2025年广东合格考)关于电容器,下列
说法正确的是 ( )
A.所带电荷量越少,电容越小
B.所带电荷量越少,电容越大
C.极板间电压越高,电容越大
D.电容反映了电容器的自身属性,与极板间
电压及所带电荷量无关
解析:电容反映了电容器的自身属性,与极
板间电压及所带电荷量无关,ABC错误,D
正确。故选D。
答案:D
(2024年广东合格考)如图所示,实线表
示某电场等势面的分布。把正点电荷由a
点移动到b 点过程中,静电力做正功,下列
说法正确的是 ( )
·55·
A.a点的电势高于c点的电势
B.a点的电势低于b点的电势
C.该电荷在a点的电势能大于在b 点的电
势能
D.该电荷在a点的电势能大于在c 点的电
势能
解析:由于a点与c点处于同一等势面上,则
a点的电势等于c 点的电势;根据Ep=qφ,
可知该电荷在a点的电势能等于在c点的电
势能,故AD错误;把正点电荷由a点移动到
b点过程中,静电力做正功,则电势能减小,
可知该电荷在a点的电势能大于在b点的电
势能;根据Wab=qUab>0
可知a 点的电势高于b 点的电势,故B错
误,C正确。故选C。
答案:C
考点二 带电粒子在电场中的运动
1.带电粒子的加速
如图所示,质量为 m、带正电荷量为q的粒
子,在静电力作用下由静止开始从正极板向
负极板运动的过程中,设带电粒子到达负极
板时速率为v,由动能定理可知qU=12mv
2,
可解得v= 2qUm
。
2.带电粒子的偏转
(1)进入电场的方式:以初速度v0 垂直于电
场线方向进入匀强电场。
(2)受力特点:静电力大小恒定,且方向与初
速度v0 的方向垂直。
(3)运动特点:做匀变速曲线运动,与力学中
的平抛运动类似。
3.带电粒子偏转规律
(1)速度:分速度vx=v0,vy=at,
合速度大小v= v20+v2y,
合速度方向tanθ=
vy
v0
=atv0
=qUl
mdv20
。
(2)位移:分位移x=v0t,y=
1
2at
2,合位移
s= x2+y2,合位移方向tanα= qUl2mdv20
。
(2025年广东合格考)(多选)如图所示,
在喷墨打印机的匀强电场中,一带电液滴以
平行于极板的初速度进入该电场,离开电场
时速度向上偏转,偏转角为θ。忽略空气阻
力和重力作用,下列说法正确的有 ( )
A.液滴带负电
B.增加极板长度,θ增大
C.增加极板间电压,θ增大
D.增加极板间电压,液滴通过极板的时间
变长
解析:由题意知液滴向上偏转,则所受电场
力方向竖直向上,与场强方向相反,则粒子
带负电,故A正确;
·65·
液滴飞出电场时的速度偏向角满足tanθ=
vy
v0
,vy=at,a=
F
m
,F=Eq,E=Ud
,t=Lv0
联立可得tanθ=qUL
mdv20
显然,增加极板长度L,θ增大;增加极板间
电压U,θ增大,故BC正确;
液滴通过极板的时间t=Lv0
所以,增加极板间电压,液滴通过极板的时
间不变,故D错误。故选ABC。
答案:ABC
(2025年广东合格考)如图所示,两水平
极板间有竖直向下的匀强电场,上极板中心
有一小孔,一带负电油滴以某一速度经小孔
竖直落入电场中,之后油滴匀速下落。油滴
下落过程中 ( )
A.电场力对其做正功
B.电势能增加
C.电势能减少
D.油滴所经位置的电势依次升高
解析:由题意可知,油滴受到的电场力竖直
向上,所以油滴下落时,电场力做负功,电势
能增加,故AC错误,B正确;沿着电场线的
方向电势降低,所以油滴所经位置的电势依
次降低,故D错误。故选B。
答案:B
(2024年广东合格考)如图所示,带正电
的粒子从极板a附近静止释放后被加速,穿
过极板b中央小孔后射入偏转极板c、d间的
匀强电场,则 ( )
A.极板a电势低于极板b电势
B.极板c电势高于极板d 电势
C.粒子在极板c、d间运动时的加速度不变
D.粒子在极板c、d间运动时的速度不变
解析:由于粒子带正电,从极板a 附近静止
释放后被加速,可知极板a电势高于极板b
电势;射入偏转极板c、d 间的匀强电场,由
题图可知,电场力向上,场强方向向上,则极
板c电势低于极板d 电势,故AB错误;粒子
在极板c、d间运动时,受到的电场力恒定不
变,根据牛顿第二定律可知,加速度不变,故
C正确;粒子在极板c、d间运动时,电场力对
粒子做正功,粒子的速度增大,故 D错误。
故选C。
答案:C
一、单选题Ⅰ
1.“eV”常作为能量单位,“1eV”表示一个电子
经过 1 V 电 压 加 速 后 获 得 的 能 量,则
“80eV”的能量是 ( )
A.1.28×10-18J B.1.28×10-17J
C.8×10-18J
2.一电荷量为+q的试探电荷位于电场某点
时,其电势能为Ep,若把该试探电荷的电荷
量变为-3q,电场中该点的电势为 ( )
A.
Ep
q B.-
Ep
q
C.
Ep
3q
·75·
3.在某电场中,将一带电荷量q= +4.0×
10-9C的点电荷从a点移到b点,电场力做
的功W=4.0×10-7J,则a、b两点间的电势
差Uab为 ( )
A.50V B.100V C.200V
4.下列基本概念与规律中既适用于点电荷产
生的静电场也适用于匀强电场的是 ( )
①电场强度E=Fq ②
电场强度E=Ud
③电场强度E=kQ
r2
④电势差UAB=
WAB
q
A.①③ B.②③ C.①④
二、单选题Ⅱ
5.如图,A、B 两点在以正
点 电 荷 为 圆 心 的 圆 周
上,C点在圆周外,则
( )
A.A 点与B 点场强相同
B.B 点场强大于C 点场强
C.A 点电势高于B 点电势
D.C点电势高于B 点电势
6.如图所示,电场中有 AB
两点,用EA 和EB 表示A、
B 两点的电场强度大小,
用φA和φB表示A、B 两点的电势,用EpA和
EpB表示一正试探电荷在A、B 两点的电势
能。下列关系式正确的是 ( )
A.EA>EB,φA>φB,EpA<EpB
B.EA<EB,φA<φB,EpA<EpB
C.EA>EB,φA>φB,EpA>EpB
D.EA<EB,φA>φB,EpA>EpB
7.图中的平行直线表示一簇垂直于纸面的等
势面。一个电荷量为-5.0×10-8C的点电
荷,沿图中曲线从A 点移到B 点,电场力做
的功为 ( )
A.-5.0×10-7J B.5.0×10-7J
C.-3.5×10-6J D.3.5×10-6J
8.如图所示,匀强电场的电场强度为E,相距
为L的A、B 两点间的电势差UAB为 ( )
A.EL B.Ed
C.EL D.
E
d
三、多选题
9.如图所示,平行板电容器与直流电源连接,
且上极板接地,一带电油滴静止于电容器中
的P 点,则 ( )
A.上极板带负电 B.上极板带正电
C.油滴带负电 D.油滴带正电
10.如图所示,竖直平面内有一组平行等距的
电场线,方向未知。在竖直平面内,一带电
小球以v0的初速度抛出,只在重力和电场
力的作用下沿直线由a运动到b,则在该过
程中 ( )
A.小球一定带负电
B.电场线方向一定向左
C.小球的动能一定减小
D.小球的电势能一定增大
·85·
专题六 机械能守恒定律
专题过关训练
1.C 根据功的计算公式可得 W =Flcosα=Fscosθ。故
选C。
2.A 由于轮船匀速行驶,故发动机的牵引力与其受到的阻
力大小 相 等,则 有 P=Fv=fv=1.8×108W=1.8×
105kW。故选A。
3.C 由动能的公式可知,动能与质量和速度都有关,所以
质量和速度都大的物体动能一定大。故选C。
4.B 重力势能与高度有关,高度增加则重力势能增大。故
选B。
5.D 小球的高度降低,重力对小球做正功,故 A错误;细
线对小球的拉力始终与速度方向垂直,所以细线对小球
不做功,故B错误;车厢始终静止,所以细线对车厢不做
功,故C错误;小球处于最高点时速度为零,重力的功率
为零,小球处于最低点时,重力与速度方向垂直,重力的
功率也为零,所以该过程中重力的瞬时功率先变大后变
小,故D正确。故选D。
6.B 以地面为参考平面,重力加速度为g,则篮球在最高
点的重力势能为Ep=mgH。故选B。
7.C 物体做曲线运动,速度方向变化,加速度不为零,故合
外力不为零,A错误;速率不变,动能不变,由动能定理
知,合外力做的功为零,而支持力始终不做功,重力做正
功,所以重力做的功与摩擦力做的功的代数和为零,但重
力和摩擦力的合力不为零,C正确,BD错误。故选C。
8.B 下落过程中减少的机械能转化成了内能。根据能量
守恒,产生的内能为E=mgh-12mv
2=36J。故选B。
9.ABC 功是标量,功的正负既不表示方向也不表示功的
大小,而是表示力对物体起动力作用(即力对物体做功)
还是力对物体起阻力作用(即物体克服外力做功),功的
大小比较是其绝对值比较,所以-10J的功大于+5J的
功,故AB正确,D错误。一个力对物体做负功,则说明这
个力一定阻碍物体的运动,故C正确。故选ABC。
10.BC 跳伞运动员带着张开的降落伞在空气中匀速下落
的过程中,空气阻力做负功,机械能减少,A错误;掷出
的铅球在空中运动过程中,空气阻力可以忽略不计,只
有重力做功,机械能守恒,B正确;苹果从树上由静止开
始下落的过程,空气阻力可以忽略不计,只有重力做功,
机械能守恒,C正确;小球在黏性较大的液体中由静止
开始下落,黏滞阻力做负功,机 械 能 减 小,D错 误。故
选BC。
专题七 静电场及其应用
专题过关训练
1.B 由于所有带电体的电荷量只能是元电荷的整数倍,所
以电荷量是不能连续变化的物理量,B正确,A错误;富兰
克林首先区分了正电荷和负电荷,C错误。故选B。
2.A 由电荷守恒定律得,将两小球接触后,它们所带电荷
量之和Q=+5Q-Q=+4Q。故选A。
3.C 根据F=kq1q2
r2
可知,若A和B的电荷量都增大到原
来的3倍,则它们之间的静电力大小变为原来的9倍,即
变为9F。故选C。
4.A 由图示可知,a、b两点的电场强度的方向均向右。故
选A。
5.C 由电场强度的定义式E=Fq
可知F-q图像的斜率表示电场强度,由图乙可知Ea=
4Eb。故选C。
6.D 楼顶装有数根接地的细长金属装置是避雷针,在雷雨
天气,该装置通过电离附近空气,减小大地与云层间的电
势差,避免雷击。故选D。
7.B 根据题意可知,小球P在 M 点产生的电场强度大小
为E,方向与匀强电场的电场强度方向相反,金属小球Q
与金属小球P接触后,小球P的电荷量变为原来的一半,
则小球P在 M 点产生的电场强度方向不变,大小也变为
原来的一半,即E
2
,则 M 点的合场强大小为
E'=E-E2=
E
2
。故选B。
8.A 根据力的矢量合成可知F=2×kq
2
l2
cos60°=kq
2
l2
。故
选A。
9.BCD 与纸巾摩擦过的塑料吸管会带电,靠近回形针上
端时,由于感应带电回形针会带上异种电荷,因此铝箔的
张角会打开,当塑料吸管移开后铝箔和回形针上的电荷
会再次中和不显电性,因此铝箔的张角会闭合,故A选项
错误;与纸巾摩擦过的塑料吸管会带电,接触回形针后由
于接触带电,回形针会带上同种电荷,铝箔张开,当塑料
吸管移开后回形针和铝箔仍然保持一定电荷,所以铝箔
张角会略微变小但不闭合;由于分子热效应,火焰上端靠
近回形针时电子运动加剧会脱离回形针,从而导致回形
针和铝箔所带电荷减小,铝箔的张角会逐渐闭合;与纸巾
摩擦过的塑料吸管和纸巾会分别带上异种电荷,当塑料
吸管和纸巾分别与回形针接触后,回形针由于接触带电
会先带上电荷然后被中和。因此铝箔的张角最后会是闭
合状态。故选BCD。
10.AC 根据静电屏蔽原理可知,高压输电线上方有两条
与之平行的接地导线,目的是把高压线屏蔽起来以防止
雷击,故A正确;达到静电平衡的导体,导体内部的合场
强为零,但感应电荷在导体内部的场强不为零,故B错
误;静电喷涂利用静电场对电荷的作用,喷涂过程相比
人工手喷效率高、浪费少,故C正确;大树容易发生尖端
放电,雷 雨 时 不 能 够 在 大 树 下 躲 雨,故 D 错 误。故
选AC。
专题八 静电场中的能量
专题过关训练
1.B 由题可知1eV=1.60×10-19×1J=1.60×10-19J
故有80eV=80×1.60×10-19J=1.28×10-17J。故
选B。
·011·
2.A 根据电势的定义式有φ=
Ep
q =
Ep
q
上述表达式是比值定义式,电势由电场本身决定,与试探
电荷无关,即若把该点电荷换成电荷量为-3q的点电荷,
电场中该点的电势仍然为
Ep
q
。故选A。
3.B 根据电场力做功与电势差的关系式W=qU,有Uab=
W
q =
4.0×10-7
+4.0×10-9
=100V。故 B正 确,AC错 误。故
选B。
4.C E=Fq
是电场强度的比值定义式,既适用于点电荷产
生的静电场也适用于匀强电场;E=Ud
是匀强电场中电势
差与电场强度的关系式,适用于匀强电场,不适用点电
荷;E=kQ
r2
是点电荷电场强度的决定式,适用于点电荷,
不适用于匀强电场;UAB=
WAB
q
是电势差的比值定义式,
既适用于点电荷产生的静电场也适用于匀强电场。可
知,既适用于点电荷产生的静电场也适用于匀强电场的
表达式有①④。故选C。
5.B 根据点电荷电场强度的计算公式有E=kQ
r2
可知,A 点场强的大小和B 点电场强度大小相等,方向不
同,B 点场强的大小比C 点大,故A错误,B正确;
由题意及点电荷电场的分布规律知,A、B 处在同一等势
面上,其电势相等,C点离正电荷更远,电势比A、B 两点
低,故CD错误。故选B。
6.C 由于电场线分布的疏密程度能够表示电场的强弱,则
有EA>EB
由于沿电场线电势降低,则有φA>φB
正试探电荷在A 到B 过程,电场力做正功,电势能减小,
则有EpA>EpB
可知,第三个选择项满足要求。
故选C。
7.B A、B 两点间的电势差为
UAB=φA-φB=[-20-(-10)]V=-10V
电场 力 所 做 的 功 为 WAB =qUAB = -5.0×10-8×
(-10)J=5.0×10-7J。故选B。
8.B 设AB 连线的位移与电场方向的夹角为θ,相距为L
的A、B 两点间的电势差UAB=ELcosθ=Ed。故选B。
9.BC 电容器上极板与电源正极连接,所以上极板带正电,
故A错误,B正确;上极板带正电,下极板带负电,电场向
下,液滴处于静止状态,说明电场力与重力平衡,电场力
向上,所以液滴一定带负电,C正确,D错误。故选BC。
10.CD 带电小球只在重力和电场力的作用下沿直线由a
运动到b,则重力和电场力的合力方向一定与速度方向
在同一直线上,所以电场力方向一定向左,由于不知道
电场方向,所以无法判断小球的电性,故 AB错误;由于
重力和电场力的合力方向一定与速度方向在同一直线
上,且合力方向与速度方向相等,所以合力做负功,小球
的动能一定减小,故C正确;由于电场力方向向左,可知
电场力对小球做负功,则小球的电势能一定增大,故D
正确。故选CD。
专题九 电路及其应用
专题过关训练
1.C 根据电流的定义式I=qt
可得I=0.16A。故选C。
2.C 根据电流的微观表达式I=neSv
可知自由电子定向移动的速率为
v= IneS =
1
8.5×1028×1.6×10-19×1×10-6
≈7.4×
10-5m/s。C正确。故选C。
3.C 电阻率反应了导体本身的属性,在温度不变的情况
下,电阻率只与导体的材料有关。故选C。
4.B 根据串并联电路之间的电压规律可知各支路电压都
相等,即U3=U1+U2
又因为R1、R2是串联关系,
则R1、R2电流相等,根据U=IR
可知U1=U2
则R1与R3的电压之比为U1∶U3=1∶2。故选B。
5.D 正离子定向移动的方向就是电流方向,负离子定向移
动的反方向也是电流方向。有正、负离子反向经过同一
截面时,公式I=qt
中的q 应是正、负离子电荷量绝对值
之和,故I=
(n1+n2)e
t
溶液内电流方向由A 指向B,与正、负离子的数量无关。
故选D。
6.C 根据电阻定律可得R=ρ
b
ac
解得样品的电阻率为ρ=
Rac
b
。故选C。
7.A 因为这两个电阻是由相同材料制成的,所以二者电阻
率相等,设金属导体的正方形边长为a,厚度为b,根据电
阻定律得R=ρ
L
S =ρ
a
ab=ρ
1
b
由于两金属导体材料相同、厚度相同,所以电阻相等,电
阻之比为1∶1,故A正确,B错误;
两金属导体串联在电路中时,电流相等,因电阻也相等,
所以两 端 的 电 压 相 等,两 端 的 电 压 之 比 为1∶1,故 C
错误;
两金属导体的横截面积之比为
S1
S2
=
a1b
a2b
=
a1
a2
=2
串联在电路中时,电流相等,根据I=neSv
得
v1
v2
=
S2
S1
=12
。故D错误。故选A。
8.B 多用电表测电阻前要先选择合适的挡位,由图可知,
利用乙旋钮进行选择挡位。故选B。
9.AD 图丙的等效电阻为R丙=R3+
R1R2
R1+R2
=30Ω
图丁的等效电阻为R丁=
(R1+R2)R3
(R1+R2)+R3
=403Ω
·111·