第10章 10.1 电势能和电势（分层评价）（Word版）-【未来密码】2026-2027学年高中物理必修第三册关键能力提升同步学案（人教版）

**基本信息** 分层清晰，从基础巩固到拓广探索，覆盖电势能与电势核心知识点，通过情境化题型培养物理观念与科学思维。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础巩固|场强与电势关系、电势能计算等单一知识点|含教材改编题（第2、9题），强化概念辨析与基础应用| |综合运用|电场力做功与能量转化、非匀强电场分析|结合F-x图像（第11题），考查科学推理能力| |拓广探索|复杂情境中的电场问题|管道运动模型（第14题），体现模型建构与科学探究|

第十章 静电场中的能量 1. 电势能和电势 基础巩固 1. 在静电场中, 关于场强和电势的说法正确的是 ( ) A. 电场强度大的地方电势一定高 B. 电势为 0 的地方场强可以不为 0 C. 场强为 0 的地方电势一定为 0 D. 沿电场线方向, 电势越来越低, 场强越来越小 【答案】B 【解析】电势与电场强度没有必然的联系,电势为 0 的地方场强可以不为 0, A 错误, B 正确; 零电势点是人为规定的, 场强为 0 的地方电势可能为 0 , 也可能不为 0, C 错误; 沿电场线方向,电势越来越低,场强不一定越来越小, 错误. 故选 B. 2. (教材改编题) 如图所示, 是点电荷电场中同一条电场线上的两点,把电荷量 的试探电荷从无穷远移到 点,静电力做的功为 ; 把电荷量 的试探电荷从无穷远移到 点,静电力做的功为 ,下列说法正确的是 ( ) 第 2 题 A. 场源电荷是正电荷,位于 的左侧 B. 场源电荷是正电荷,位于 的右侧 C. 场源电荷是负电荷,位于 的左侧 D. 场源电荷是负电荷,位于 的右侧 【答案】 【解析】由于 ,因为无穷远处电势为 0,则 ,由于 ,因为无穷远处电势为 0,则 ,可知 ,可知场源电荷是负电荷,位于 的左侧. 故选 C. 3. 如图甲所示为某款负氧离子发生器的原理示意图, 环状电极连接高压电源正极, 针状电极连接高压电源负极, 在针状电极和环状电极之间形成如图乙所示的对称电场, 为电场中的两个点, 已知发生器内空气中的氧气向环状电极高速运动，其中大部分带负电荷氧气被带正电荷的环形电极中和吸收, 少量带负电荷氧气冲过环形电极进入环外空间, 形成带负电荷的负氧离子, 下列说法正确的是 ( ) 第 3 题 A. 电场中 点的电势低于 点的电势 B. 负氧离子在 点的电势能大于在 点的电势能 C. 电场中 点的电场强度小于 点的电场强度 D. 负氧离子在 点的加速度大于在 点的加速度 【答案】C 【解析】电场强度的方向为电势降低的方向, 所以电场中 点的电势高于 点,故 A 错误; 负氧离子由 点运动到 点,静电力做正功,电势能减小,负氧离子在 点的电势能大于在 点的电势能,故 错误; 电场线越密集,电场强度越大,所以电场中 点的电场强度大于 点的电场强度,故 正确; 负氧离子在 点受到的静电力大于在 点受到的静电力,根据牛顿第二定律可知,负氧离子在 点的加速度大于在 点的加速度,故 错误. 故选 . 4. 图中的实线表示电场线,虚线表示只受静电力作用的带正电粒子的运动轨迹，粒子先经过 点，再经过 点，可以判定 ( ) 第 4 题 A. 点的场强大于 点的场强 B. 点的电势低于 点的电势 C. 粒子在 点的电势能大于在 点的电势能 D. 粒子在 点的动能大于在 点的动能 【答案】 【解析】电场线密集的地方电场强度大, 点的场强小于 点的场强, A 错误; 沿着电场线方向电势降低, 点的电势高于 点的电势, B 错误; 正电荷在电势高的地方电势能大，粒子在 点的电势能大于在 点的电势能，C 正确；粒子由 到 静电力做正功,动能增加,故粒子在 点的动能小于在 点的动能, 错误. 5. 如图所示，在 点固定一点电荷 ，一带负电的小球 在库仑力作用下在光滑水平面内沿椭圆轨道运动 (轨迹为图中的实线), 、 为椭圆长轴的两个端点, 、 为短轴的两个端点. 下列说法正确的是 ( ) 第 5 题 A. 点电荷 带负电 B. 小球在 两点加速度相同 C. 小球在 间运动时间小于在 间运动时间 D. 小球经过 点时的电势能大于经过 点时的电势能 【答案】C 【解析】如图所示,小球 沿椭圆轨道运动时,受到的库仑力指向轨道弯曲的内侧,故点电荷 带正电, A 错误; 分析小球受力可知,库仑力提供加速度,有 ,小球在 两点加速度大小相等,但方向不同, B错误; 将此运动模型类比天体的椭圆轨道运动,根据开普勒第二定律,小球越靠近 速度越快,远离 速度变慢,故小球在 间运动时间小于在 间运动时间, 正确; 取无穷远处电势为 0, 点电荷 带正电,其形成的电场的电势都是正值,小球 带负电,根据 ,电势越高的地方,小球的电势能越小,故小球经过 点时的电势能小于经过 点时的电势能, 错误. 故选 C. 第 5 题答图 6. 如图所示,两对等量异种点电荷 0) 固定在圆周的六等分点上. 三点分别为所在半径的中点, 为圆心,则 第 6 题 A. 将一带正电的点电荷从 点移到 点,静电力做正功 B. 将一带正电的点电荷从 点移到 点,静电力做正功 C. 、 两点处的电场强度相同 D. 线段 上存在电场强度为 0 的点 【答案】 【解析】根据电场强度的叠加原理及对称性可知, 两点处的电场强度大小相等但方向不同，故 错误；将一带正电的点电荷从 点移到 点,静电力做负功,故 错误; 将一带正电的点电荷从 点移到 点,静电力做正功,故 正确; 根据对称性可知, 上的场强均垂直 向上,不为 0,故 D 错误.故选 B. 7. 细胞电转染的原理简化如图所示，两带电的平行金属板间，由于细胞的存在形成如图所示的电场,其中实线为电场线,关于 轴对称分布,虚线为带电的外源 DNA 进入细胞膜的轨迹, 为轨迹上的两点, 点与 点关于 轴对称，下列说法正确的是 ( ) 第 7 题 A. 、 两点的电场强度相同 B. 点的电势与 点的电势相等 C. DNA 分子在 点的加速度比在 点小 D. DNA 分子在 点的电势能比在 点小 【答案】C 【解析】电场中某点的电场强度的方向为电场线在该点的切线方向,由题图可知 两点的电场强度的方向不同, 故 错误; 沿着电场线方向电势降低,故 点的电势低于 点的电势,故 错误; 处的电场线更稀疏,场强更小,由牛顿第二定律可知 , DNA 分子在 点的加速度比在 点小,故 正确; 由轨迹可知, DNA 分子由 向 运动的过程静电力做正功,电势能减小,故 DNA 分子在 点的电势能比在 点大，故 D 错误. 故选 C. 8. 如图所示,正三角形三个顶点固定三个等量电荷,其中 带正电, 带负电, 为 边的四等分点，下列说法正确的是( ) 第 8 题 A. 两点电场强度相同 B. 两点电势相同 C. 负电荷在 点电势能比在 点时要大 D. 负电荷在 点电势能比在 点时要大 【答案】 【解析】根据场强叠加以及对称性可知, 两点的场强大小相同，但是方向不同， 错误； 在 处的正电荷在 两点的合电势相等，在 点的负电荷在 两点的电势也相等，故 两点电势相等，B 正确；负电荷从 到 ,因 两电荷的合力对负电荷的库仑力从 指向 , 故该力对负电荷做负功, 点的负电荷也对该负电荷做负功, 可知三个电荷对该负电荷的合力均对其做负功, 则该负电荷的电势能增加,即负电荷在 点的电势能比在 点小, 同理可知负电荷在 点的电势能比在 点小, 错误. 故选 B. 9. (教材改编题) 如图所示是静电场中的一条电场线以及它上面的两个点 、 . 第 9 题 (1)把正电荷 从 点移到 点，静电力做正功还是负功? 、 两点哪一点电势较高? (2)把负电荷 从 点移到 点，静电力做正功还是负功? 两点哪一点电势较高? (3)如果这是一个正点电荷电场的电场线， 那么场源电荷离 点近一些还是离 点近一些? 【答案】(1)正功 A 点(2)负功 A 点(3)离 A 点近一些 【解析】(1) 由题图可知,电场强度的方向为 指向 ,根据正电荷所受静电力方向与场强方向相同,由题图可判断知, 把正电荷 从 点移到 点,静电力做正功; 因为沿着电场线方向电势逐渐降低，所以 点电势较高. ( 2 )根据负电荷所受静电力方向与场强方向相反，由题图可判断知，把负电荷 从 点移到 点，静电力做负功，但仍然是 点电势较高. (3)如果这是一个正点电荷电场的电场线，根据正点电荷的电场线是背离电荷本身指向外, 可知场源电荷离 点近一些. 10. 将带电荷量为 的负电荷从电场中的 点移到 点,克服静电力做了 的功,再从 点移到 点,静电力做了 的功,则: (1)如果规定 点的电势为 点和 点的电势分别为多少? (2)如果规定 点的电势为 点和 点的电势分别为多少? (3)如果规定 点的电势为 0，一个电子在 点具有的电势能为多少电子伏? 【答案】(1) (2) (3) 【解析】(1) 如果规定 点的电势为 0,由公式 ,得该电荷在 点的电势能 ,同理,该电荷在 点的电势能 两点的电势分别为 . ( 2 )如果规定 点的电势为 0，那么该电荷在 点的电势能 ,该电荷在 点的电势能 , 两点的电势分别为 电子在 点具有的电势能 . 综合运用 11. 空间存在一沿 轴方向的电场,一电荷量为 的试探电荷只在静电力作用下沿 轴正方向运动，其所受静电力随位置变化的图像如图所示，以 轴正方向为静电力的正方向，设无穷远处电势为零. 以下说法正确的是( ) 第 11 题 A. 处电势最高 B. 在 处的速度大于在 处的速度 C. 在 处电势能最大 D. 在 处电势能为零 【答案】 【解析】由图可知,在 范围内正电荷所受静电力合力为水平向左，静电力做负功，电势能增大，在 范围内正电荷所受静电力合力为水平向右,静电力做正功, 电势能减小,故在 处电势能最大,根据 可知在 处电势最高，故 A、D 错误，C 正确；因在 范围内正电荷所受静电力合力为水平向右, 静电力做正功, 电势能减小, 动能增大,故 在 处的速度小于在 处的速度,故 错误. 故选 C. 12. 真空中有一正三角形 ,如图所示, 分别为 的中点,在 两点分别固定等量异种点电荷,其中 点固定负电荷, 点固定正电荷, 则 ( ) 第 12 题 A. 点和 点电场强度相同 B. 沿直线从 点到 点,电势逐渐升高 C. 将电子沿直线从 点移动到 点， 静电力一直做负功 D. 将电子沿直线从 点移动到 点，电子的电势能逐渐增加 【答案】D 【解析】等量异种电荷的电场分布图如图所示, 由电场分布图可知 点和 点的电场线疏密程度相同,则电场强度大小相等，但方向不同，A 错误；根据沿电场线方向电势降低可知, ,沿直线从 点到 点,电势降低, 错误; 将电子沿直线从 点移动到 点,电势升高,由公式 (注意代入正负号) 可知,电势能减少,静电力一直做正功, 错误; 将电子沿直线从 点移动到 点,电势降低, 电势能增加, 正确. 故选 . 第 12 题答图 13. 如图所示, 两极板不平行的电容器与直流电源相连, 极板间形成非匀强电场, 实线为电场线,虚线表示等势面. 点在同一等势面上, 点在同一电场线上. 下列说法正确的是 ( ) 第 13 题 A. 点的电势比 点的低 B. 点的电场强度比 点的小 C. 负电荷从 点运动到 点,速度增大 D. 负电荷从 点运动到 点,静电力做负功 【答案】D 【解析】 两点电势相等,电场线由上到下, 在同一电场线上,沿电场线电势逐渐降低,可知 点, 点电势高于 点, 错误; 点电场线分布比 点密集,可知 点电场强度比 点大, 错误; 负电荷从 点运动到 点, 电势能增加,则静电力做负功,动能减小,速度减小, 错误, D 正确. 故选 D. 拓广探索 14. 如图所示,由长为 的直管 和半径为 的半圆形弯管 bcd、def 组成的绝缘光滑管道固定于水平面内, 管道间平滑连接.bcd 圆心 点处固定一电荷量为 的带电小球. 另一个电荷量为 的带电小球以一定初速度从 点进入管道，沿管道运动后从 点离开. 忽略空气阻力，则( ) 第 14 题 A. 小球在 点所受库仑力大于在 点所受库仑力 B. 小球从 点到 点电势能先不变后减小 C. 小球过 点的动能等于过 点的动能 D. 小球过 点的速度大于过 点的速度 【答案】B 【解析】小球所受库仑力 ，由于 ，则小球在 点所受库仑力小于在 点所受库仑力,故 错误; 点电荷在距其 处的电势 ,由于 点到 点 不变, 点到 点 逐渐增大,根据 ,可知小球从 点到 点电势能不变,从 点到 点电势能逐渐减小,故 正确; 由于 ,根据选项 可知,小球的电势能 ,根据能量守恒可知,小球过 点的动能大于过 点的动能,故 错误; 由于 ,根据选项 可知,小球的电势能 , 根据能量守恒可知，小球过 点的动能大于过 点的动能， 则小球过 点的速度小于过 点的速度，故 错误. 故选 . 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 11 12 13 14 答案 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十章 静电场中的能量 1. 电势能和电势 基础巩固 1. 在静电场中, 关于场强和电势的说法正确的是 ( ) A. 电场强度大的地方电势一定高 B. 电势为 0 的地方场强可以不为 0 C. 场强为 0 的地方电势一定为 0 D. 沿电场线方向, 电势越来越低, 场强越来越小 2. (教材改编题) 如图所示, 是点电荷电场中同一条电场线上的两点,把电荷量 的试探电荷从无穷远移到 点,静电力做的功为 ; 把电荷量 的试探电荷从无穷远移到 点,静电力做的功为 ,下列说法正确的是 ( ) 第 2 题 A. 场源电荷是正电荷,位于 的左侧 B. 场源电荷是正电荷,位于 的右侧 C. 场源电荷是负电荷,位于 的左侧 D. 场源电荷是负电荷,位于 的右侧 3. 如图甲所示为某款负氧离子发生器的原理示意图, 环状电极连接高压电源正极, 针状电极连接高压电源负极, 在针状电极和环状电极之间形成如图乙所示的对称电场, 为电场中的两个点, 已知发生器内空气中的氧气向环状电极高速运动，其中大部分带负电荷氧气被带正电荷的环形电极中和吸收, 少量带负电荷氧气冲过环形电极进入环外空间, 形成带负电荷的负氧离子, 下列说法正确的是 ( ) 第 3 题 A. 电场中 点的电势低于 点的电势 B. 负氧离子在 点的电势能大于在 点的电势能 C. 电场中 点的电场强度小于 点的电场强度 D. 负氧离子在 点的加速度大于在 点的加速度 4. 图中的实线表示电场线,虚线表示只受静电力作用的带正电粒子的运动轨迹，粒子先经过 点，再经过 点，可以判定 ( ) 第 4 题 A. 点的场强大于 点的场强 B. 点的电势低于 点的电势 C. 粒子在 点的电势能大于在 点的电势能 D. 粒子在 点的动能大于在 点的动能 5. 如图所示，在 点固定一点电荷 ，一带负电的小球 在库仑力作用下在光滑水平面内沿椭圆轨道运动 (轨迹为图中的实线), 、 为椭圆长轴的两个端点, 、 为短轴的两个端点. 下列说法正确的是 ( ) 第 5 题 A. 点电荷 带负电 B. 小球在 两点加速度相同 C. 小球在 间运动时间小于在 间运动时间 D. 小球经过 点时的电势能大于经过 点时的电势能 6. 如图所示,两对等量异种点电荷 0) 固定在圆周的六等分点上. 三点分别为所在半径的中点, 为圆心,则 ( ) 第 6 题 A. 将一带正电的点电荷从 点移到 点,静电力做正功 B. 将一带正电的点电荷从 点移到 点,静电力做正功 C. 、 两点处的电场强度相同 D. 线段 上存在电场强度为 0 的点 7. 细胞电转染的原理简化如图所示，两带电的平行金属板间，由于细胞的存在形成如图所示的电场,其中实线为电场线,关于 轴对称分布,虚线为带电的外源 DNA 进入细胞膜的轨迹, 为轨迹上的两点, 点与 点关于 轴对称，下列说法正确的是 ( ) 第 7 题 A. 、 两点的电场强度相同 B. 点的电势与 点的电势相等 C. DNA 分子在 点的加速度比在 点小 D. DNA 分子在 点的电势能比在 点小 8. 如图所示,正三角形三个顶点固定三个等量电荷,其中 带正电, 带负电, 为 边的四等分点，下列说法正确的是( ) 第 8 题 A. 两点电场强度相同 B. 两点电势相同 C. 负电荷在 点电势能比在 点时要大 D. 负电荷在 点电势能比在 点时要大 9. (教材改编题) 如图所示是静电场中的一条电场线以及它上面的两个点 、 . 第 9 题 (1)把正电荷 从 点移到 点，静电力做正功还是负功? 、 两点哪一点电势较高? (2)把负电荷 从 点移到 点，静电力做正功还是负功? 两点哪一点电势较高? (3)如果这是一个正点电荷电场的电场线， 那么场源电荷离 点近一些还是离 点近一些? 10. 将带电荷量为 的负电荷从电场中的 点移到 点,克服静电力做了 的功,再从 点移到 点,静电力做了 的功,则: (1)如果规定 点的电势为 点和 点的电势分别为多少? (2)如果规定 点的电势为 点和 点的电势分别为多少? (3)如果规定 点的电势为 0，一个电子在 点具有的电势能为多少电子伏? 综合运用 11. 空间存在一沿 轴方向的电场,一电荷量为 的试探电荷只在静电力作用下沿 轴正方向运动，其所受静电力随位置变化的图像如图所示，以 轴正方向为静电力的正方向，设无穷远处电势为零. 以下说法正确的是( ) 第 11 题 A. 处电势最高 B. 在 处的速度大于在 处的速度 C. 在 处电势能最大 D. 在 处电势能为零 12. 真空中有一正三角形 ,如图所示, 分别为 的中点,在 两点分别固定等量异种点电荷,其中 点固定负电荷, 点固定正电荷, 则 ( ) 第 12 题 A. 点和 点电场强度相同 B. 沿直线从 点到 点,电势逐渐升高 C. 将电子沿直线从 点移动到 点， 静电力一直做负功 D. 将电子沿直线从 点移动到 点，电子的电势能逐渐增加 13. 如图所示, 两极板不平行的电容器与直流电源相连, 极板间形成非匀强电场, 实线为电场线,虚线表示等势面. 点在同一等势面上, 点在同一电场线上. 下列说法正确的是 ( ) 第 13 题 A. 点的电势比 点的低 B. 点的电场强度比 点的小 C. 负电荷从 点运动到 点,速度增大 D. 负电荷从 点运动到 点,静电力做负功 拓广探索 14. 如图所示,由长为 的直管 和半径为 的半圆形弯管 bcd、def 组成的绝缘光滑管道固定于水平面内, 管道间平滑连接.bcd 圆心 点处固定一电荷量为 的带电小球. 另一个电荷量为 的带电小球以一定初速度从 点进入管道，沿管道运动后从 点离开. 忽略空气阻力，则( ) 第 14 题 A. 小球在 点所受库仑力大于在 点所受库仑力 B. 小球从 点到 点电势能先不变后减小 C. 小球过 点的动能等于过 点的动能 D. 小球过 点的速度大于过 点的速度 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 11 12 13 14 答案 学科网（北京）股份有限公司 $