6.2 电势能 电势 电势差 同步作业 -2025-2026学年高二上学期（中职）物理高教版(2021)机械建筑类

主题六 电与磁及其应用 第二节 电势能 电势 电势差同步作业 应用能力。 一、选择题（本题共12小题，每小题3分，共36分。每小题只有一项符合题目要求） 1. 下列关于电势能的说法，正确的是（ ） A. 电势能是电场本身具有的能量 B. 电荷在电场中某点的电势能与电荷的电荷量无关 C. 电势能的大小与零势能点的选取有关 D. 正电荷在电场中任意位置的电势能都为正值 2. 关于电势的定义，下列说法正确的是（ ） A. 电势φ与试探电荷的电势能Eₚ成正比 B. 电势φ与试探电荷的电荷量q成反比 C. 电势φ是描述电场能的性质的物理量，与试探电荷无关 D. 电势的单位是焦耳（J） 3. 建筑施工中，某电场中A点的电势φₐ=20V，将一个电荷量q=5×10⁻⁸C的正电荷从A点移到零势能点，电场力做的功W=1×10⁻⁶J，则该电荷在A点的电势能Eₚₐ为（ ） A. 1×10⁻⁶J B. -1×10⁻⁶J C. 2×10⁻⁷J D. -2×10⁻⁷J 4. 电势差的定义式为Uₐᵦ=φₐ-φᵦ，下列关于该公式的说法正确的是（ ） A. Uₐᵦ表示B点相对于A点的电势差 B. 电势差与零势能点的选取无关 C. 若Uₐᵦ>0，则φₐ<φᵦ D. 电势差的单位是库仑（C） 5. 关于等势面的特性，下列说法错误的是（ ） A. 等势面上各点的电势相等 B. 等势面与电场线垂直 C. 电场线总是从电势较高的等势面指向电势较低的等势面 D. 同一等势面上移动电荷，电场力做功不为零 6. 匀强电场中，电势差U与电场强度E、沿电场方向的距离d的关系为U=Ed，下列说法正确的是（ ） A. 该公式适用于所有电场 B. d是两点间的直线距离 C. 电场强度E的方向是电势降低最快的方向 D. 电势差U与电场强度E成反比 7. 一个电荷量为q的负电荷，在电场中从A点移到B点，电场力做正功，则（ ） A. 电荷的电势能增加 B. 电荷的电势能减少 C. A点的电势高于B点的电势 D. A点的电势低于B点的电势 8. 机械加工中，某匀强电场的电场强度E=3×10³N/C，A、B两点沿电场方向的距离d=0.2m，则A、B两点间的电势差Uₐᵦ为（ ） A. 6×10²V B. 1.5×10⁴V C. 6×10⁻¹V D. 1.5×10⁻⁴V 9. 关于电势能与电势的关系，下列说法正确的是（ ） A. 电势能Eₚ=qφ，正电荷在电势高的地方电势能大 B. 电势能Eₚ=qφ，负电荷在电势高的地方电势能大 C. 电势为零的地方，电势能一定为零 D. 电势能为零的地方，电势一定为零 10. 建筑静电防护中，若将带电体的电势降低，下列措施可行的是（ ） A. 增大带电体的电荷量 B. 减小带电体的电荷量 C. 增大试探电荷的电荷量 D. 减小试探电荷的电荷量 11. 下列关于电势差与电场力做功的关系，说法正确的是（ ） A. Wₐᵦ=qUₐᵦ，电场力做功与路径有关 B. Wₐᵦ=qUₐᵦ，电场力做功与路径无关 C. 若Uₐᵦ=0，则电场力做功一定不为零 D. 若电场力做功为零，则Uₐᵦ一定不为零 12. 匀强电场中，A、B两点间的电势差Uₐᵦ=10V，将一个电荷量q=2×10⁻⁹C的正电荷从A点移到B点，电场力做的功Wₐᵦ为（ ） A. 2×10⁻⁸J B. -2×10⁻⁸J C. 5×10⁸J D. -5×10⁸J 二、填空题（本题共6小题，共24分） 13. 电荷在电场中具有的能量叫做__________，其符号为__________；电场力对电荷做功，电荷的电势能会发生变化，电场力做正功，电势能__________，电场力做负功，电势能__________。 14. 电势的定义式为__________，其中Eₚ表示电荷的__________，q表示电荷的__________，电势的单位是__________（V），简称伏。 15. 电势差（又称电压）的定义式为Uₐᵦ=，也可以表示为Uₐᵦ=，其单位与电势的单位相同，为伏特；电势差与__________的选取无关。 16. 等势面是电场中__________相等的点构成的面，在同一等势面上移动电荷，电场力做功__________；等势面与电场线__________，电场线的方向是__________降低最快的方向。 17. 匀强电场中，电势差与电场强度的关系为__________，其中d是两点间沿__________方向的距离；该公式表明，电场强度的方向是__________降低最快的方向。 18. 建筑施工中，某电场中A点的电势φₐ=30V，B点的电势φᵦ=10V，则A、B两点间的电势差Uₐᵦ=__________V，B、A两点间的电势差Uᵦₐ=__________V；将电荷量q=4×10⁻⁸C的正电荷从A点移到B点，电场力做的功Wₐᵦ=__________J。 三、简答题（本题共2小题，每小题8分，共16分） 19. 结合机械建筑专业场景，画出“带负电的机械金属部件周围的等势面与电场线分布示意图”（标注部件位置、电场线方向、等势面、电势较高和较低的区域），并简述等势面的物理意义；说明建筑施工中为什么要避免在高电势差的环境中进行金属焊接作业。 20. 机械精密加工中，一个带正电的试探电荷在电场中从M点移到N点，电场力做负功，分析M、N两点的电势高低关系及电荷电势能的变化；结合电势差的定义式Uₘₙ=φₘ-φₙ和电场力做功与电势能变化的关系，说明电势差与电场力做功的联系；简述在机械加工中如何利用电势差原理检测金属构件的绝缘性能。 四、综合应用题（本题共2小题，第21题10分，第22题14分，共24分） 21. 建筑施工中，某匀强电场的电场强度E=2×10³N/C，A、B两点沿电场方向的距离d=0.3m，B点的电势φᵦ=20V，回答下列问题： （1）求A、B两点间的电势差Uₐᵦ（假设电场强度方向从A指向B）； （2）若将一个电荷量q=3×10⁻⁸C的正电荷从A点移到B点，求电场力做的功Wₐᵦ和电荷电势能的变化量ΔEₚ； （3）求A点的电势φₐ。 22. 结合电势能、电势、电势差的知识及机械建筑专业应用，回答下列问题： （1）机械加工中，某电场中C点的电势φ_c=40V，D点的电势φ_d=15V，将电荷量q=2×10⁻⁹C的负电荷从C点移到D点，求电场力做的功W_cd和电荷电势能的变化量（提示：W_cd=qUcd，Ucd=φ_c-φ_d）； （2）建筑中的匀强电场，电场强度E=1.5×10³N/C，某点P到零势能面的距离d=0.4m，且P点在零势能面的电势降低方向上，求P点的电势φ_p； （3）一个电荷量q=5×10⁻⁸C的正电荷，在电场中某点的电势能Eₚ=2.5×10⁻⁶J，求该点的电势φ；若将该电荷移到电势为10V的另一点，求电势能的变化量； （4）建筑施工中，高压输电线附近的电场存在较大电势差，为什么施工人员在靠近高压线路时必须穿戴绝缘服？结合电势差与电场力做功的关系，分析绝缘服的作用原理。 参考答案 一、选择题（每小题3分，共36分） 1. C 2. C 3. A 4. B 5. D 6. C 7. B 8. A 9. A 10. B 11. B 12. A 二、填空题（每空2分，共24分） 13. 电势能；Eₚ；减少；增加 14. φ=Eₚ/q；电势能；电荷量；伏特 15. φₐ-φᵦ；Wₐᵦ/q；零势能点 16. 电势；为零；垂直；电势 17. U=Ed；电场强度；电势 18. 20；-20；8×10⁻⁷ 三、简答题（每小题8分，共16分） 19. 带负电的机械金属部件周围等势面与电场线分布示意图描述：以带负电的金属部件（标注“-”）为中心，画出一系列同心圆等势面（标注“等势面”）；电场线为指向金属部件的辐射状直线（箭头指向部件），且与等势面垂直；靠近部件的区域标注“电势低”，远离部件的区域标注“电势高”；电场线密集区域标注“电场强度大”，稀疏区域标注“电场强度小”。 等势面的物理意义：①等势面上各点的电势相等，同一等势面上移动电荷电场力不做功，简化电场力做功的计算；②等势面与电场线垂直，可通过等势面分布判断电场线方向（从高电势等势面指向低电势等势面）；③等势面的疏密反映电场强度大小，等势面越密，电场强度越大。 避免高电势差环境焊接的原因：高电势差环境中，焊接时的金属电极与构件之间会因电势差产生额外的电场力做功，引发强烈的静电放电；放电产生的电火花可能点燃施工现场的易燃气体（如焊接保护气、油漆挥发物），引发火灾或爆炸；同时，高电势差可能导致焊接电流不稳定，影响焊接质量，甚至损坏焊接设备的电子元件。 20. 电势与电势能变化分析：正电荷从M点移到N点，电场力做负功，根据Wₘₙ=Eₚₘ-Eₚₙ，电势能Eₚₙ>Eₚₘ（电势能增加）；由Eₚ=qφ（q为正），可得φₙ>φₘ（N点电势高于M点）。 电势差与电场力做功的联系：电势差Uₘₙ=φₘ-φₙ，电场力做功Wₘₙ=qUₘₙ，两者为定量关系；电场力做功的正负由电势差和电荷正负共同决定，Wₘₙ为正表示电场力对电荷做功，电势能减少，反之则电势能增加；电势差的大小反映电场力做功的能力，Uₘₙ越大，相同电荷量的电荷移动时电场力做功越多。 金属构件绝缘性能检测原理：利用电势差与电场力做功的关系，向金属构件施加一定的额定电压（形成电势差），测量通过构件的电流；若构件绝缘性能良好，电流极小（电场力做功少，电荷难以移动）；若电流过大，说明构件绝缘层破损（电荷易移动，电场力做功多），从而判断构件的绝缘性能是否达标。 四、综合应用题（共24分） 21. （1）匀强电场中Uₐᵦ=Ed=2×10³N/C×0.3m=60V （2）电场力做功Wₐᵦ=qUₐᵦ=3×10⁻⁸C×60V=1.8×10⁻⁶J；电势能变化量ΔEₚ=-Wₐᵦ=-1.8×10⁻⁶J（电势能减少1.8×10⁻⁶J） （3）由Uₐᵦ=φₐ-φᵦ得，φₐ=Uₐᵦ+φᵦ=60V+20V=80V 答：（1）60V；（2）电场力做功1.8×10⁻⁶J，电势能减少1.8×10⁻⁶J；（3）80V。 22. （1）Ucd=φc-φd=40V-15V=25V；电场力做功Wcd=qUcd=(-2×10⁻⁹C)×25V=-5×10⁻⁸J；电势能变化量ΔEₚ=-Wcd=5×10⁻⁸J（电势能增加5×10⁻⁸J） （2）由U=Ed得，P点与零势能面的电势差U=1.5×10³N/C×0.4m=600V；因P点在电势降低方向上，故φ_p=-600V （3）由φ=Eₚ/q得，该点电势φ=2.5×10⁻⁶J/5×10⁻⁸C=50V；移到10V的点后，电势能Eₚ'=qφ'=5×10⁻⁸C×10V=5×10⁻⁷J；电势能变化量ΔEₚ=Eₚ'-Eₚ=5×10⁻⁷J-2.5×10⁻⁶J=-2×10⁻⁶J（电势能减少2×10⁻⁶J） （4）作用原理：高压输电线附近存在较大电势差，若施工人员未穿绝缘服，人体与线路、地面形成通路，根据W=qU，较大的电势差会使电荷在人体中移动，电场力做功产生电流，造成触电事故；绝缘服的材质为绝缘体，电阻率极大，能阻断电流通路，避免人体两端形成有效电势差，减少电场力对人体电荷做功，从而防止触电，保护施工人员安全。 答：（1）W_cd=-5×10⁻⁸J，电势能增加5×10⁻⁸J；（2）φ_p=-600V；（3）电势50V，电势能变化量-2×10⁻⁶J；（4）原理见解析。 学科网（北京）股份有限公司 $