資源簡介 10.2 電勢差【七大題型】【人教版 2019】【題型 1 電勢差相關概念的理解】 ........................................................................................................................1【題型 2 靜電力做功與電勢差的關系】 ................................................................................................................2【題型 3 電勢與電勢差的關系】 ............................................................................................................................4【題型 4 微觀粒子電勢能單位——電子伏特的應用】 ........................................................................................5【題型 5 等勢面與電場的關系】 ............................................................................................................................6【題型 6 靜電平衡狀態時的電勢比較】 ................................................................................................................8【題型 7 圖像問題】 ................................................................................................................................................9知識點 1:電勢差1.定義:電場中兩點之間電勢的差值,也叫作電壓.UAB=φA-φB,UBA=φB-φA,UAB=-UBA.2.電勢差是標量,有正負,電勢差的正負表示電勢的高低.UAB>0,表示 A 點電勢比 B 點電勢高.3.靜電力做功與電勢差的關系 W AB=qUAB或 UAB= . 【題型 1 電勢差相關概念的理解】【例 1】(2023·宿州期末)下列說法正確的是( )A.電子所帶的電荷量是1.6 10-19 C ,所以電子是元電荷B.庫侖力的大小與電性沒有關系C.電荷處在電場中,在電勢越高的位置電勢能一定越大D.電勢差與電勢一樣,是相對量,都與零電勢點的選取有關【變式 1-1】下列關于電勢、電勢差和電勢能的說法,正確的是( )A.一個點電荷在電勢越高的位置,其電勢能一定越大B.放入電場中某點的點電荷,電荷量越大,該點電荷的電勢能一定越大C.電勢差是矢量,有正負,正負表示兩點電勢差的方向D.在電場中移動一電荷,若電場力對其做負功,其電勢能一定增大【變式 1-2】(2022·浦東期中)關于電勢、電勢差和電勢能這三個物理量,下面說法中正確的是( )A.電荷在高電勢處具有較大的電勢能B.電場中確定的兩點間的電勢差與零電勢位置的選取無關C.電勢是描述電場力的性質的物理量D.電勢、電勢差、電勢能都是矢量【變式 1-3】(多)下列說法中正確的是( )A.沿電場線的方向,電勢逐漸降低B.A、B 兩點間的電勢差與零電勢點的選取有關C.電勢差是一個標量,但有正值和負值之分D.電場中某點的電勢和放入該點的電荷的電性、電荷量無關【題型 2 靜電力做功與電勢差的關系】【例 2】(2023·大連期末)如圖所示,勻強電場的方向與等腰直角VABC 所在的平面平行,A、B 間的距離為 d,將電荷量大小為 q 的負點電荷從電場中的 A 點移到 B 點,靜電力做正功為 W,再從 B 點移到 C 點,克服電場力做功為 W,設 B 點電勢為零,則( )A.該點電荷在 A 處的電勢能為 WWB.AB 兩點間的電勢差U AB = qC.若該點電荷沿直線從 A 到 C,電場力做功為 2WD.可以判斷出該勻強電場的方向沿 CA 方向【變式 2-1】(2023·宣城期末)如圖所示,在半圓所在平面內存一方向與直徑 AB 平行的勻強電場,半圓的半徑為 0.5m,C、D 為半圓上的兩個點, COD =106°,且 CD 連線與直徑 AB 平行。將一帶電荷量為 1C的正點電荷由電場外無窮遠處分別移至 A、B 兩點,靜電力做功分別為 6J、1J。取無窮遠處電勢為 0,下列說法正確的是( )A.A 點的電勢為 6V B.勻強電場的方向由 A 指向 BC.勻強電場電場強度的大小為 5V/m D.C、D 兩點的電勢差為 4V【變式 2-2】(2023·成都期中)(多)一勻強電場的方向平行于 xOy 平面,平面內a、b、c三點的位置如圖所示,三點的電勢分別為10V、17V、26V 。下列說法正確的是( )A.電場強度的大小為 2V / cmB.坐標原點處的電勢為 1VC.電子在 a點的電勢能比在b 點的高 7eVD.電子從b 點運動到 c點,電場力做功為-9eV【變式 2-3】(2023·成都期中)(多)以下說法正確的是( )WA U = AB CQ. AB 和 =q 是比值法定義的物理量UB.電場強度大的地方電勢高,電場強度小的地方電勢低C.將正點電荷從場強為零的一點移動到場強為零的另一點,電場力做功為零D.在正電荷或負電荷產生的靜電場中,場強方向都指向電勢降低最快的方向【題型 3 電勢與電勢差的關系】【例 3】(2022·鄭州期中)關于電勢差的計算公式,下列說法正確的是( )WA AB.電勢差的公式U AB= q 表明電場中兩點間的電勢差 UAB 與電場力做功 WAB 成正比,與移動電荷的電荷量 q 成反比B.把正電荷從 A 點移動到 B 點電場力做正功,則有 UAB<0C.電場中 A、B 兩點間的電勢差 UAB 等于把正電荷 q 從 A 點移動到 B 點時電場力所做的功WABD.電勢差的公式 UAB= q 中,UAB 與移動電荷的電荷量 q 無關【變式 3-1】如圖所示,空間存在水平向右的勻強電場,場強大小為 E,以 O 為圓心、r 為半徑的圓與豎直mg平面內的坐標軸的交點分別為 a、b、c、d,用絕緣桿固定一個質量為 m、電荷量Q = 的可視為質點的帶E正電小球,將小球放到 O 點.如果把一個電荷量為-q 的電荷 A 固定在圓弧上某點 e,則絕緣桿對小球的作用力恰好為零,靜電力常量為 k,下列說法正確的是( )A.電荷 A 在圓弧 ab 的中點處B 2mgr.電荷 A 的電荷量 q =kQC.未放置電荷 A 時,a、d 兩點的場強大小相等D.未放置電荷 A 時,a、d 兩點間的電勢差為-Er【變式 3-2】(2023·貴陽期末)(多)如圖所示,M、N 是靜電場中一條電場線上的兩點。帶 3C 電荷量的正點電荷在 M 點的電勢能為 6J,將該電荷移至 N 點,電勢能變為 12J,則下列說法正確的是( )A.M 點的電勢jM = 2V ,N 點的電勢jN = 4VB.M、N 兩點的電勢差UMN = 2VC.若令 M 點的電勢為零,則 M、N 兩點的電勢差UMN = 4VD.若令 M 點的電勢為零,則該電荷在 N 的電勢能為 6J【變式 3-3】(多)在研究心臟電性質時,當興奮在心肌傳播,在人體的體表可以測出與之對應的電勢變化,可等效為兩等量電荷產生的電場。如圖是人體表面的瞬時電勢分布圖,圖中實線為等差等勢面,標在等勢面上的數值分別表示該等勢面的電勢,a、b、c、d 為等勢面上的點,a、b 為兩電荷連線上對稱的兩點,c、d 為兩電荷連線中垂線上對稱的兩點。則下列說法正確的是( )A.d、a 兩點的電勢差Uda =1.5mVB.負電荷從 b 點移到 d 點,電勢能減小C.a、b 兩點的電場強度等大反向D.c、d 兩點的電場強度相同,從 c 到 d 的直線上電場強度先變大后變小【題型 4 微觀粒子電勢能單位——電子伏特的應用】【例 4】(2024·新余二模)中國科學家在稻城“拉索”基地探測到迄今為止最高能量的g 射線,能量值為1.40 1015eV,即( )A.1.40 1015V B.2.24 10-4 J C.2.24 10-4C D.2.24 10-4 W【變式 4-1】(2017·南京一模)大型強子對撞器 LHC(Large Hadron Collider)是一座歐洲核子研究組織CERN 的粒子加速器與對撞機,加速管中的單個質子具有的能量為 7TeV(7×1012電子伏),此能量最接近( )A.一只蝸牛爬行時的動能 B.遼寧艦正常行駛時的動能C.手機充滿 1 次電消耗的電能 D.家用空調工作 1h 消耗的電能【變式 4-2】關于靜電場,下列說法正確的是( )A.靜電場的電場線一定是閉合的B.電子伏特(eV)是電功率的單位,但不是國際單位C.處于靜電平衡的導體,內部場強處處相等,電勢也處處相等D.任一點的電場強度總是指向該點電勢降落最慢的方向【變式 4-3】(多)下列說法中,正確的是( )A.電子伏是能量的單位B.1J=1.60×1019eVC.只要是均勻的球形帶電體,不管球的大小,都能被看成點電荷D.帶電體間的距離比它們本身的大小大得多,以至于帶電體的形狀和大小對它們間相互作用力的影響可忽略不計時,帶電體就可以視為點電荷知識點 2:等勢面1.定義:電場中電勢相同的各點構成的面.2.等勢面的特點(1)在同一個等勢面上移動電荷時,靜電力不做功.(2)等勢面一定跟電場線垂直,即跟電場強度的方向垂直.(3)電場線總是由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面.【題型 5 等勢面與電場的關系】【例 5】(2023-·煙臺期末)下列關于電場的說法正確的是( )A.電場線越密集的地方,電勢越高B.電場線越密集的地方,電勢差越大C.等差等勢面越密集的地方,同一電荷所受的電場力越大D.等差等勢面越密集的地方,同一電荷的電勢能越大【變式 5-1】(2023·安徽期末)高樓都裝有避雷針。某次雷雨天氣閃電擊中避雷針,避雷針發生尖端放電現象。若避雷針放電時的電場線分布如圖所示,在空間取一條水平線 abc 和一條圓弧線 adc,bd 連線為 ac連線的中垂線,電場線關于直線 bd 對稱,以下說法正確的是( )A.圓弧 adc 是一條等勢線B.a、c 兩點的電勢相同C.a、c 兩點的電場強度相同D.同一正點電荷在 b 點的電勢能比在 d 點大【變式 5-2】某電場等勢面的分布情況如圖所示,下列說法正確的是( )A.A、B 兩點的電場強度大小相同,方向不同B.同一電荷在 Q 點的電勢能比在 P 點大C.同一電荷沿折線 BQA移動與沿折線BPA移動,靜電力做功一樣大D.把電子從等勢面 e 移動到等勢面 c,靜電力做功為10eV【變式 5-3】(2024·龍巖開學考)(多)如圖所示,虛線 a、b、c 代表電場中的三個等勢面,相鄰等勢面之間的電勢差相等,實線為一帶電的質點僅在電場力作用下通過該區域時的運動軌跡,P、R、Q 是這條軌跡上的三點,R 同時在等勢面 b 上,據此可知( )A.三個等勢面中,c 的電勢最低B.帶電質點在 P 點的電勢能比在 Q 點的大C.帶電質點在 R 點的加速度方向垂直于等勢面 bD.帶電質點在 P 點的動能與電勢能之和比在 Q 點的小【題型 6 靜電平衡狀態時的電勢比較】【例 6】(2024·浙江開學考)如圖所示,一個金屬桿原來不帶電。現在沿著桿的軸線方向放置一個正點電荷 Q,金屬桿達到靜電平衡狀態后,下列說法正確的是( )A.d 點電勢高于 b 點B.b 點場強的方向由 c 指向 aC.桿上感應電荷產生的電場在軸線上 a、b、c 三點的場強大小 Ea = Eb = EcD.將導體棒右端接地后再斷開,最后移走點電荷,導體棒最終帶正電【變式 6-1】如圖所示,帶空腔的導體在電場中達到靜電平衡狀態,則( )A.空腔 C 內的電場強度為 0B.殼壁帶空腔的導體在電場中達到靜電平衡狀態,W 內的電場強度水平向右C.殼壁 W 的內表面有凈剩電荷D.導體左側外表面的電勢比右側外表面的高【變式 6-2】(2023·焦作期中)如圖所示,豎直固定放置半徑為 R、上端有很小的孔的金屬球殼,將豎直懸掛的帶電量為+Q的小球(可視為點電荷)放置在金屬球殼的球心處,整個裝置處于電場強度為 E 的水平向左的勻強電場中。在金屬球殼的縱截面上有 A、B、C 三點,則( )A.達到靜電平衡后,金屬球殼空腔內沒有電場B.達到靜電平衡后,金屬球殼空腔內的電場線水平向左C.達到靜電平衡后,A、B、C 三點的電勢關系為jB = jC = jAD.達到靜電平衡后,A、B、C 三點的電勢關系為jB > jC > jA【變式 6-3】(2023·沙坪壩期中)(多)如圖所示,在帶正電的導體 C 附近,將兩個相互接觸的金屬導體A、B 均放在絕緣支座上。下列說法正確的是( )A.A、B 剛放在 C 附近時,正負電荷分別向兩端移動讓導體 A、B 帶電B.A、B 放在 C 附近穩定時,B 的電勢等于 A 的電勢C.A、B 放在 C 附近穩定時,A 內部中心點的場強大小等于 B 內部中心點的場強大小D.A、B 放在 C 附近穩定時,A 內部中心點的場強大小大于 B 內部中心點的場強大小【題型 7 圖像問題】【例 7】(2020·長沙期中)空間有一電場,在 x 軸上-x0 到 x0 間電勢 φ 隨 x 的變化關系如圖所示,圖線關于 φ 軸對稱。一質量為 m、電荷量為 +q 的粒子僅受電場力作用,以沿+x 方向的初速度 v0 ,從 x 軸上的-x1點向右運動,粒子的運動一直在 x 軸上,到達原點 O 右側最遠處的坐標為 x2 , x2 點與-x1點間的電勢差為U21 ,則( )2A. x2 > x0 ,Umv021 = 2q2B. x0 > x2 > x1,Umv21 =02q2C. x < x Umv, = - 02 1 21 2q2D. x2 - Umv, 21 = -02q【變式 7-1】空間存在著平行于 x 軸方向的靜電場,A、M、O、N、B 為 x 軸上的點,OA<OB,OM=ON,AB 間的電勢 φ 隨 x 的分布為如圖.一個帶電粒子在電場中僅在電場力作用下從 M 點由靜止開始沿 x 軸向右運動,則下列判斷中正確的是( )A.粒子可能帶正電B.粒子一定能通過 N 點C.粒子從 M 向 O 運動過程所受電場力逐漸增大D.AO 間的電場強度小于 OB 間的電場強度【變式 7-2】(多)空間存在一勻強電場,勻強電場的方向平行于正三角形 ABC 所在的平面,其邊長l = 2cm。若B C為 x 方向,則由 B 到 C 電勢變化如圖 2 所示,若 A C 規定為 y 方向,則由 A 到 C 電勢變化如圖 3 所示,下列說法正確的是( )A 100 21.勻強電場的大小為 N/C3B.勻強電場的大小為50 3N/CC.BC 方向電場強度大小為100N/C,方向由C BD. AC 方向電場強度大小為100N/C,方向由 A C【變式 7-3】(多)如圖所示,粗糙絕緣的水平面附近存在一個平行于水平面的電場,其中某一區域的電場線與 x 軸平行,在 x 軸上的電勢j 與坐標 x 的關系用圖中曲線表示,圖中斜線為該曲線過點(0.15,3)的切線。現有一個質量為 0.20kg、電荷量為+2.0×10-8C 的滑塊 P(可看做質點),從 x=0.10m 處由靜止釋放,其與水平面的動摩擦因數為 0.02。取重力加速度 g=10m/s2。則下列說法正確的是( )A.x=0.15m 處的場強大小為 2.0×105N/CB.滑塊開始運動的一段時間加速度先逐漸減小后增大C.滑塊運動的最大速度為 0.414m/sD.滑塊最終不可能在 0.3m 處停下10.2 電勢差【七大題型】【人教版 2019】【題型 1 電勢差相關概念的理解】 ........................................................................................................................1【題型 2 靜電力做功與電勢差的關系】 ................................................................................................................3【題型 3 電勢與電勢差的關系】 ............................................................................................................................7【題型 4 微觀粒子電勢能單位——電子伏特的應用】 ......................................................................................11【題型 5 等勢面與電場的關系】 ........................................................................Error! Bookmark not defined.3【題型 6 靜電平衡狀態時的電勢比較】 ..............................................................................................................15【題型 7 圖像問題】 ..............................................................................................................................................18知識點 1:電勢差1.定義:電場中兩點之間電勢的差值,也叫作電壓.UAB=φA-φB,UBA=φB-φA,UAB=-UBA.2.電勢差是標量,有正負,電勢差的正負表示電勢的高低.UAB>0,表示 A 點電勢比 B 點電勢高.3.靜電力做功與電勢差的關系 WAB=qUAB或 U AB= . 【題型 1 電勢差相關概念的理解】【例 1】(2023·宿州期末)下列說法正確的是( )A.電子所帶的電荷量是1.6 10-19 C ,所以電子是元電荷B.庫侖力的大小與電性沒有關系C.電荷處在電場中,在電勢越高的位置電勢能一定越大D.電勢差與電勢一樣,是相對量,都與零電勢點的選取有關【答案】B【詳解】A.電子所帶的電荷量是-1.6 10-19 C,所以電子的電荷量等于元電荷,故 A 錯誤;B.庫侖力的大小與電性沒有關系,只與電荷量的大小有關,故 B 正確;C.同一個正電荷處在電場中,在電勢越高的位置電勢能一定越大,故 C 錯誤;D.電勢差是絕對量,與零電勢點的選取無關,故 D 錯誤。故選 B。【變式 1-1】下列關于電勢、電勢差和電勢能的說法,正確的是( )A.一個點電荷在電勢越高的位置,其電勢能一定越大B.放入電場中某點的點電荷,電荷量越大,該點電荷的電勢能一定越大C.電勢差是矢量,有正負,正負表示兩點電勢差的方向D.在電場中移動一電荷,若電場力對其做負功,其電勢能一定增大【答案】D【詳解】A.電勢能與電勢的關系為Ep = qj電勢能是標量,上式中電量 q要帶正負號,則負電荷在電勢越高的位置,電勢能反而越小,故 A 錯誤;B.在電勢一定的位置,放入某點電荷的電荷量越大,該點電荷的電勢能不一定越大,如電勢小于 0,放入的正點電荷的電荷量越大,電勢能反而越小,故 B 錯誤;C.電勢差是標量,可正,可負。正負表示兩點電勢的高低,故 C 錯誤;D.根據電場力做功與電勢能的關系可知,在電場中移動一電荷,若電場力對其做負功,其電勢能一定增大,故 D 正確。故選 D。【變式 1-2】(2022·浦東期中)關于電勢、電勢差和電勢能這三個物理量,下面說法中正確的是( )A.電荷在高電勢處具有較大的電勢能B.電場中確定的兩點間的電勢差與零電勢位置的選取無關C.電勢是描述電場力的性質的物理量D.電勢、電勢差、電勢能都是矢量【答案】B【詳解】A.正電荷在電勢高的地方電勢能大,負電荷在電勢高的地方電勢能小,故 A 錯誤;B.電勢差由電場及電場中兩點的位置決定,與有無試探電荷無關,與零電勢位置的選取也無關,故 B 正確;C.電勢是描述電場的能的性質的物理量,故 C 錯誤;D.電勢有正負,電勢的正負號的意義是表示相對于零電勢的電勢高低,不表示方向;電勢差的正負表示兩點間電勢之差,不表示方向;電勢的正負號的意義是表示相對于零電勢的電勢高低,電勢能沒有方向。所以電勢、電勢差、電勢能都是標量,故 D 錯誤。故選 B。【變式 1-3】(多)下列說法中正確的是( )A.沿電場線的方向,電勢逐漸降低B.A、B 兩點間的電勢差與零電勢點的選取有關C.電勢差是一個標量,但有正值和負值之分D.電場中某點的電勢和放入該點的電荷的電性、電荷量無關【答案】ACD【詳解】A.電場線由高電勢指向低電勢,故 A 正確;B.某點電勢與零電勢點的選取有關,兩點間的電勢差與兩點的相對位置有關,與零電勢點無關,故 B 錯誤;C.電勢差是標量,正負表示兩點的電勢高低情況,故 C 正確;D.電勢是描述電場能性質的物理量,與試探電荷無關,故 D 正確。故選 ACD。【題型 2 靜電力做功與電勢差的關系】【例 2】(2023·大連期末)如圖所示,勻強電場的方向與等腰直角VABC 所在的平面平行,A、B 間的距離為 d,將電荷量大小為 q 的負點電荷從電場中的 A 點移到 B 點,靜電力做正功為 W,再從 B 點移到 C 點,克服電場力做功為 W,設 B 點電勢為零,則( )A.該點電荷在 A 處的電勢能為 WWB.AB 兩點間的電勢差U AB = qC.若該點電荷沿直線從 A 到 C,電場力做功為 2WD.可以判斷出該勻強電場的方向沿 CA 方向【答案】A【詳解】AB.根據題意,B 點電勢為零,電荷在 B 點電勢能為零,將電荷量大小為 q 的負點電荷從電場中的 A 點移到 B 點,靜電力做正功為 W,則 AB 兩點間的電勢差U WAB = -q電勢能減小W ,則該點電荷在 A 處的電勢能為W ,故 B 錯誤,A 正確;CD.若該點電荷沿直線從 A 到 C,電場力做功為W1 = W + -W = 0則有U AC = 0即 AC 為等勢線,該勻強電場的方向不沿 CA 方向,故 CD 錯誤。故選 A。【變式 2-1】(2023·宣城期末)如圖所示,在半圓所在平面內存一方向與直徑 AB 平行的勻強電場,半圓的半徑為 0.5m,C、D 為半圓上的兩個點, COD =106°,且 CD 連線與直徑 AB 平行。將一帶電荷量為 1C的正點電荷由電場外無窮遠處分別移至 A、B 兩點,靜電力做功分別為 6J、1J。取無窮遠處電勢為 0,下列說法正確的是( )A.A 點的電勢為 6V B.勻強電場的方向由 A 指向 BC.勻強電場電場強度的大小為 5V/m D.C、D 兩點的電勢差為 4V【答案】Cj【詳解】A.將一帶電荷量 1C 的電荷由電場外無窮遠處移至 A 點,電場力做功為 6J,設 A 點的電勢為 A,根據電勢差的定義W0 -j 6JA =A =q +1C解得 A 點的電勢為jA = -6V故 A 錯誤;B.同理W0 -j = BB q解得 B 點的電勢為jB = -1VB 到 A 電勢降低,故勻強電場的方向由 B 指向 A,故 B 錯誤;C.半圓的半徑 0.5m,勻強電場電場強度的大小為jB -jE = A = 5V/m2R故 C 正確;D.勻強電場的方向由 B 指向 A,故 CD 兩點的電勢差為UCD = -E × 2R sin 53° = -4V故 D 錯誤。故選 C。【變式 2-2】(2023·成都期中)(多)一勻強電場的方向平行于 xOy 平面,平面內a、b、c三點的位置如圖所示,三點的電勢分別為10V、17V、26V 。下列說法正確的是( )A.電場強度的大小為 2V / cmB.坐標原點處的電勢為 1VC.電子在 a點的電勢能比在b 點的高 7eVD.電子從b 點運動到 c點,電場力做功為-9eV【答案】BC【詳解】B.ac 之間電勢差與 Ob 兩點間的電勢差相等,即ja -jc = jO -jb解得坐標原點處的電勢為jO =1V故 B 正確;A.電場沿著 x 軸方向電場分量E DU x 26 -10x = = V/cm = 2V/cmx 8電場沿著 y 軸方向電場分量DUE y 26 -17y = = V/cm =1.5V/cmy 6故電場強度E = E2x + E2y = 2.5V/cm故 A 錯誤;C.電子在 a 點具有的電勢能Epa = (-e)ja = -10eV電子在 b 點具有的電勢能Epb = (-e)jb = -17eV可得DEp = Epa - Epb = 7eV故電子在 a點的電勢能比在b 點的高 7eV,故 C 正確;D.電子從b 點運動到 c點,電場力做功為Wbc = Ubc × (-e) = 9eV故 D 錯誤。故選 BC。【變式 2-3】(2023·成都期中)(多)以下說法正確的是( )U WA. AB = AB 和CQ=q 是比值法定義的物理量UB.電場強度大的地方電勢高,電場強度小的地方電勢低C.將正點電荷從場強為零的一點移動到場強為零的另一點,電場力做功為零D.在正電荷或負電荷產生的靜電場中,場強方向都指向電勢降低最快的方向【答案】ADU W= AB QAB C =【詳解】A. q 和 U 是比值法定義的物理量,故 A 正確;B.電場強度的大小與電勢的高低沒有直接關系,故 B 錯誤;C.根據電場力做功公式W = qU 可知,電場力做功與兩點間電勢差有關,與兩點的場強無關,故 C 錯誤;D.在正電荷或負電荷產生的靜電場中,場強方向都指向電勢降低最快的方向,故 D 正確。故選 AD。【題型 3 電勢與電勢差的關系】【例 3】(2022·鄭州期中)關于電勢差的計算公式,下列說法正確的是( )U WA AB.電勢差的公式 AB= q 表明電場中兩點間的電勢差 UAB 與電場力做功 WAB 成正比,與移動電荷的電荷量 q 成反比B.把正電荷從 A 點移動到 B 點電場力做正功,則有 UAB<0C.電場中 A、B 兩點間的電勢差 UAB 等于把正電荷 q 從 A 點移動到 B 點時電場力所做的功WABD.電勢差的公式 UAB= q 中,UAB 與移動電荷的電荷量 q 無關【答案】DU WABAB=【詳解】AD. q 是用比值法定義電勢差的公式,U AB 與電場強度和兩點的位置有關,與移動電荷 q無關,A 錯誤,D 正確;U WAB= ABB.由 q 可知把正電荷(q>0)從 A U點移動到 B 點電場力做正功,才有 AB > 0,若移動的是負電荷q<0 U AB < 0( ),則 ,B 錯誤;C.由電勢差的定義式可知,電場中 A、B 兩點間的電勢差U AB 等于把單位正電荷 q 從 A 點移動到 B 點時電場力所做的功,C 錯誤。故選 D。【變式 3-1】如圖所示,空間存在水平向右的勻強電場,場強大小為 E,以 O 為圓心、r 為半徑的圓與豎直mg平面內的坐標軸的交點分別為 a、b、c、d,用絕緣桿固定一個質量為 m、電荷量Q = 的可視為質點的帶E正電小球,將小球放到 O 點.如果把一個電荷量為-q 的電荷 A 固定在圓弧上某點 e,則絕緣桿對小球的作用力恰好為零,靜電力常量為 k,下列說法正確的是( )A.電荷 A 在圓弧 ab 的中點處B A q 2mgr.電荷 的電荷量 =kQC.未放置電荷 A 時,a、d 兩點的場強大小相等D.未放置電荷 A 時,a、d 兩點間的電勢差為-Er【答案】D【詳解】A.由小球受力平衡可知,受到豎直向下的重力,水平向右的電場力QE ,此二力相等大小均為mg ,則合力為 2mg ,由 cd 間的中點處指向 O,試探電荷對小球為吸引力,則其在圓弧上 cd 間的中點處,A 錯誤;B.由平衡條件可知kQq2 = 2mgr可得q 2mgr2=kQB 錯誤;C.勻強電場在 a、d 處場強均水平向右,O處正電荷在 ad 兩點產生的場強大小相等,方向不同,合場強不相等,C 錯誤;D.O處正電荷在 a、d 兩點產生的電勢相等,勻強電場在 a處電勢比在 d 處電勢低Er ,D 正確。故選 D。【變式 3-2】(2023·貴陽期末)(多)如圖所示,M、N 是靜電場中一條電場線上的兩點。帶 3C 電荷量的正點電荷在 M 點的電勢能為 6J,將該電荷移至 N 點,電勢能變為 12J,則下列說法正確的是( )A.M 點的電勢jM = 2V ,N 點的電勢jN = 4VB.M、N 兩點的電勢差UMN = 2VC.若令 M 點的電勢為零,則 M、N 兩點的電勢差UMN = 4VD.若令 M 點的電勢為零,則該電荷在 N 的電勢能為 6J【答案】AD【詳解】A Ep = qj.由 ,可得 M 點的電勢E 6j p MM = = V = 2Vq 3N 點的電勢Ej = p N12N = V = 4Vq 3故 A 正確;B. M、N 兩點的電勢差為UMN = jM - jN = -2V故 B 錯誤;C.M、N 兩點的電勢差與零勢點的選取無關,若令 M 點的電勢為零,則 M、N 兩點的電勢差UMN = -2V ,故 C 錯誤;D.若令 M 點的電勢為零,則j 'M = 0由UMN = j'M - j'N = -2V,可得j 'N = 2V則該電荷在 N 的電勢能為E ' 'p N = qjN = 6J故 D 正確。故選 AD。【變式 3-3】(多)在研究心臟電性質時,當興奮在心肌傳播,在人體的體表可以測出與之對應的電勢變化,可等效為兩等量電荷產生的電場。如圖是人體表面的瞬時電勢分布圖,圖中實線為等差等勢面,標在等勢面上的數值分別表示該等勢面的電勢,a、b、c、d 為等勢面上的點,a、b 為兩電荷連線上對稱的兩點,c、d為兩電荷連線中垂線上對稱的兩點。則下列說法正確的是( )A.d、a 兩點的電勢差Uda =1.5mVB.負電荷從 b 點移到 d 點,電勢能減小C.a、b 兩點的電場強度等大反向D.c、d 兩點的電場強度相同,從 c 到 d 的直線上電場強度先變大后變小【答案】BD【詳解】A.d、a 兩點的電勢差為Uda = jd -ja = 0 -1.5mV = -1.5mV故 A 錯誤;B.從 b 點移到 d 點,電勢升高,負電荷電勢能減小,故 B 正確;C.如圖,電勢的分布情況相當于等量異種電荷,左側為負電荷,右側為正電荷,有對稱性可知,a、b 兩點的電場強度等大同向,C 錯誤;D.c、d 兩點的電場強度相同,從 c 到 d 的直線上,等差等勢面先密集后稀疏,電場強度先變大后變小,D正確。故選 BD。【題型 4 微觀粒子電勢能單位——電子伏特的應用】【例 4】(2024·新余二模)中國科學家在稻城“拉索”基地探測到迄今為止最高能量的g 射線,能量值為1.40 1015eV,即( )A.1.40 1015V B.2.24 10-4 J C.2.24 10-4C D.2.24 10-4 W【答案】B15 15 -19【詳解】g 射線的能量值為E =1.40 10 eV =1.40 10 1.6 10 J = 2.24 10-4 J故選 B。【變式 4-1】(2017·南京一模)大型強子對撞器 LHC(Large Hadron Collider)是一座歐洲核子研究組織CERN 的粒子加速器與對撞機,加速管中的單個質子具有的能量為 7TeV(7×1012電子伏),此能量最接近( )A.一只蝸牛爬行時的動能 B.遼寧艦正常行駛時的動能C.手機充滿 1 次電消耗的電能 D.家用空調工作 1h 消耗的電能【答案】A【詳解】由題意有 7×1012電子伏=7×1012×1.6×10-19J=1.12×10-6J 則此能量接近一只蝸牛爬行時的動能;遼寧艦正常行駛時的動能、手機充滿 1 次電消耗的電能以及家用空調工作 1h 消耗的電能要比此值大得多。故選 A。【變式 4-2】關于靜電場,下列說法正確的是( )A.靜電場的電場線一定是閉合的B.電子伏特(eV)是電功率的單位,但不是國際單位C.處于靜電平衡的導體,內部場強處處相等,電勢也處處相等D.任一點的電場強度總是指向該點電勢降落最慢的方向【答案】C【詳解】A.靜電場的電場線不是閉合的,A 錯誤;B.電子伏特(eV)是電功的單位,B 錯誤;C.處于靜電平衡的導體,內部場強處處相等,電勢也處處相等,C 正確;D.任一點的電場強度總是指向該點電勢降落最快的方向,D 錯誤。故選 C。【變式 4-3】(多)下列說法中,正確的是( )A.電子伏是能量的單位B.1J=1.60×1019eVC.只要是均勻的球形帶電體,不管球的大小,都能被看成點電荷D.帶電體間的距離比它們本身的大小大得多,以至于帶電體的形狀和大小對它們間相互作用力的影響可忽略不計時,帶電體就可以視為點電荷【答案】AD【詳解】A.根據W =qU可知,電子伏是功或能量的單位,故 A 正確;B.由W =qU 可知1J=1.60×10-19eV故 B 錯誤;CD.點電荷是一種理想化模型,當帶電體間的距離比它們本身的大小大得多,以至于帶電體的形狀和大小對它們間相互作用力的影響可忽略不計時,帶電體就可以視為點電荷,因此帶電體是否可以視為點電荷要具體問題具體分析,不能僅根據帶電體的體積大小或形狀來分析,故 C 錯誤,D 正確。故選 AD。知識點 2:等勢面1.定義:電場中電勢相同的各點構成的面.2.等勢面的特點(1)在同一個等勢面上移動電荷時,靜電力不做功.(2)等勢面一定跟電場線垂直,即跟電場強度的方向垂直.(3)電場線總是由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面.【題型 5 等勢面與電場的關系】【例 5】(2023-·煙臺期末)下列關于電場的說法正確的是( )A.電場線越密集的地方,電勢越高B.電場線越密集的地方,電勢差越大C.等差等勢面越密集的地方,同一電荷所受的電場力越大D.等差等勢面越密集的地方,同一電荷的電勢能越大【答案】C【詳解】AB.電場線越密集的地方,電場強度越大,電勢不一定越高,電勢差不一定越大,故 AB 錯誤;CD.等差等勢面越密集的地方,電場強度越大,同一電荷所受的電場力越大,同一電荷的電勢能不一定越大,故 C 正確,D 錯誤。故選 C。【變式 5-1】(2023·安徽期末)高樓都裝有避雷針。某次雷雨天氣閃電擊中避雷針,避雷針發生尖端放電現象。若避雷針放電時的電場線分布如圖所示,在空間取一條水平線 abc 和一條圓弧線 adc,bd 連線為 ac連線的中垂線,電場線關于直線 bd 對稱,以下說法正確的是( )A.圓弧 adc 是一條等勢線B.a、c 兩點的電勢相同C.a、c 兩點的電場強度相同D.同一正點電荷在 b 點的電勢能比在 d 點大【答案】B【詳解】A.圓弧線 adc 在 a、c 處與電場線不垂直,所以圓弧線不是等勢線,A 錯誤;B. a、c 兩點關于 bd 直線對稱,所以這兩點的電勢相同,B 正確;C.電場強度是矢量,其方向沿電場線的切線方向,結合圖可知,a、c 兩點的電場強度方向不相同,所以a、c 兩點的電場強度不相同,C 錯誤;D.將正電荷從 b 點移動到 d 點,電場力做負功,電勢能增加,所以同一正點電荷在 b 點的電勢能比在 d 點小,D 錯誤。故選 B。【變式 5-2】某電場等勢面的分布情況如圖所示,下列說法正確的是( )A.A、B 兩點的電場強度大小相同,方向不同B.同一電荷在 Q 點的電勢能比在 P 點大C.同一電荷沿折線 BQA移動與沿折線BPA移動,靜電力做功一樣大D.把電子從等勢面 e 移動到等勢面 c,靜電力做功為10eV【答案】C【詳解】A.電場線的疏密程度代表場強大小,A、B 兩點的電場強度大小與方向均不同,A 錯誤;B.電勢能大小與電荷的電性有關,B 錯誤;C.靜電力做功與路徑無關,C 正確;D.把電子從等勢面 e 移動到等勢面 c,靜電力做功為W = -e(je -jc ) = -10eVD 錯誤。故選 B。【變式 5-3】(2024·龍巖開學考)(多)如圖所示,虛線 a、b、c 代表電場中的三個等勢面,相鄰等勢面之間的電勢差相等,實線為一帶電的質點僅在電場力作用下通過該區域時的運動軌跡,P、R、Q 是這條軌跡上的三點,R 同時在等勢面 b 上,據此可知( )A.三個等勢面中,c 的電勢最低B.帶電質點在 P 點的電勢能比在 Q 點的大C.帶電質點在 R 點的加速度方向垂直于等勢面 bD.帶電質點在 P 點的動能與電勢能之和比在 Q 點的小【答案】BC【詳解】A.由于沒有給出帶電質點帶何種電荷,因此無法判斷三個等勢面電勢高低,A 錯誤;B.若帶電質點從 P 向 Q 運動,利用運動軌跡的彎曲方向可知,受力向下,電場力做正功,電勢能減小,因此帶電質點在 P 點的電勢能比在 Q 點的大,B 正確;C.由于等勢面與電場線垂直,而帶電質點受力的方向與電場線平行,因此質點在 R 點的加速度方向垂直于等勢面 b,C 正確;D.在整個運動過程中,只有電場力做功,動能和電勢能的和保持不變,D 錯誤。故選 BC。【題型 6 靜電平衡狀態時的電勢比較】【例 6】(2024·浙江開學考)如圖所示,一個金屬桿原來不帶電。現在沿著桿的軸線方向放置一個正點電荷 Q,金屬桿達到靜電平衡狀態后,下列說法正確的是( )A.d 點電勢高于 b 點B.b 點場強的方向由 c 指向 aC.桿上感應電荷產生的電場在軸線上 a、b、c 三點的場強大小 Ea = Eb = EcD.將導體棒右端接地后再斷開,最后移走點電荷,導體棒最終帶正電【答案】A【詳解】A.由于點電荷帶正電,所以電場方向由點電荷指向金屬桿,根據沿電場方向電勢降低,可知,d點電勢高于 b 點,故 A 正確;B.金屬桿達到靜電平衡狀態后,內部場強為 0,故 B 錯誤;C.金屬桿達到靜電平衡狀態后,內部場強為 0,則感應電荷在內部某點產生的場強與點電荷在該點產生的場強大小相等,方向相反,則桿上感應電荷產生的電場在軸線上 a、b、c 三點的場強大小關系為Ea < Eb < Ec故 C 錯誤;D.將導體棒右端接地后再斷開,則導體棒靠近點電荷的右端帶負電,最后移走點電荷,導體棒最終帶負電,故 D 錯誤。故選 A。【變式 6-1】如圖所示,帶空腔的導體在電場中達到靜電平衡狀態,則( )A.空腔 C 內的電場強度為 0B.殼壁帶空腔的導體在電場中達到靜電平衡狀態,W 內的電場強度水平向右C.殼壁 W 的內表面有凈剩電荷D.導體左側外表面的電勢比右側外表面的高【答案】A【詳解】A.帶空腔的導體在電場中達到靜電平衡狀態,則空腔 C 內的電場強度為 0,故 A 正確;BC.殼壁帶空腔的導體在電場中達到靜電平衡狀態,W 內的電場強度為 0,殼壁 W 的內表面沒有凈剩電荷,故 BC 錯誤;D.達到靜電平衡狀態,導體為等勢體,導體左側外表面的電勢與右側外表面的電勢相等,故 D 錯誤。故選 A。【變式 6-2】(2023·焦作期中)如圖所示,豎直固定放置半徑為 R、上端有很小的孔的金屬球殼,將豎直懸掛的帶電量為+Q的小球(可視為點電荷)放置在金屬球殼的球心處,整個裝置處于電場強度為 E 的水平向左的勻強電場中。在金屬球殼的縱截面上有 A、B、C 三點,則( )A.達到靜電平衡后,金屬球殼空腔內沒有電場B.達到靜電平衡后,金屬球殼空腔內的電場線水平向左C.達到靜電平衡后,A、B、C 三點的電勢關系為jB = jC = jAD.達到靜電平衡后,A、B、C 三點的電勢關系為jB > jC > jA【答案】C【詳解】A.達到靜電平衡后,由于帶電量為+Q的小球(可視為點電荷)放置在金屬球殼的球心處,整個裝置處于電場強度為 E 的水平向左的勻強電場中,則金屬球殼空腔內電場強度不為零,金屬球殼空腔內有電場,故 A 錯誤;B.達到靜電平衡后,金屬球殼空腔內的場強等于點電荷+Q與水平向左的 E 的合場強,點電荷+Q的場強是發散向外的,故多數情況下球殼空腔內的場強電場線不是水平向左的,故 B 錯誤;CD j = j = j.達到靜電平衡后,金屬球殼 B 是一個等勢體,A、B、C 三點的電勢關系為 B C A ,故 C 正確,D錯誤。故選 C。【變式 6-3】(2023·沙坪壩期中)(多)如圖所示,在帶正電的導體 C 附近,將兩個相互接觸的金屬導體A、B 均放在絕緣支座上。下列說法正確的是( )A.A、B 剛放在 C 附近時,正負電荷分別向兩端移動讓導體 A、B 帶電B.A、B 放在 C 附近穩定時,B 的電勢等于 A 的電勢C.A、B 放在 C 附近穩定時,A 內部中心點的場強大小等于 B 內部中心點的場強大小D.A、B 放在 C 附近穩定時,A 內部中心點的場強大小大于 B 內部中心點的場強大小【答案】BC【詳解】A.A、B 相接觸放在 C 附近,由于靜電感應,B 端的負電荷移動,故 A 左端帶負電,B 右端帶正電,故 A 錯誤;B.由于 A、B 相接觸放在 C 附近,所以 A 和 B 是等勢體,電勢相等,故 B 正確;CD.A、B 相接觸放在 C 附近時,AB 是等勢體,內部合場強始終為零,則 A 內部中心點的場強等于 B 內部中心點的場強,故 C 正確,D 錯誤。故選 BC。【題型 7 圖像問題】【例 7】(2020·長沙期中)空間有一電場,在 x 軸上-x0 到 x0 間電勢 φ 隨 x 的變化關系如圖所示,圖線關于 φ 軸對稱。一質量為 m、電荷量為 +q 的粒子僅受電場力作用,以沿+x 方向的初速度 v0 ,從 x 軸上的-x1點向右運動,粒子的運動一直在 x 軸上,到達原點 O 右側最遠處的坐標為 x2 , x2 點與-x1點間的電勢差為U21 ,則( )mv2A. x > x ,U = 02 0 21 2qmv2B. x0 > x2 > x1,U21 = 02q2C. x2 < x Umv1,021 = - 2q2D. x2 - Umv, 21 = -02q【答案】B-x W x【詳解】由于粒子初速度不為零,因此從 1點加速到 O 點電場力做功 1 小于從 O 點減速到 2 點克服電場W -x力所做的功 2 ,因此 1點與 O x點之間的電勢差小于 2 點與 O 點的電勢差,根據電勢和 x 的變化關系圖象可知x2 > x1x由圖知 0 點處電勢無窮大,因此有x0 > x2 > x1x -x從 2 點到 1點過程中,依據動能定理得qU 1= mv 221 2 0- 0解得U mv221 =02q故 ACD 錯誤,B 正確。故選 B。【變式 7-1】空間存在著平行于 x 軸方向的靜電場,A、M、O、N、B 為 x 軸上的點,OA<OB,OM=ON,AB 間的電勢 φ 隨 x 的分布為如圖.一個帶電粒子在電場中僅在電場力作用下從 M 點由靜止開始沿 x 軸向右運動,則下列判斷中正確的是( )A.粒子可能帶正電B.粒子一定能通過 N 點C.粒子從 M 向 O 運動過程所受電場力逐漸增大D.AO 間的電場強度小于 OB 間的電場強度【答案】B【詳解】A.由圖可知,AB 兩點電勢相等,O 點的電勢最高,A 到 O 是逆電場線,粒子僅在電場力作用下,從 M 點由靜止開始沿 x 軸向右運動即逆電場線方向運動,故粒子一定帶負電,A 錯誤;B.由圖可知,AB 兩點電勢相等,M 點的電勢小于 N 點的電勢,故 M 到 O 電場力做的功大于 O 到 N 電場力做的功,所以粒子能通過 N 點,故 B 正確;C.由于 AO 的斜率不變,即 AO 之間的電場強度不變,所以粒子從 M 向 O 運動過程電場力不變,故 C 錯誤;D.由于 OA<OB,所以 OA 之間的電勢變化快于 OB 之間的電勢的變化,即 AO 間的電場強度大于 OB 間的電場強度,故 D 錯誤;故選 B。【變式 7-2】(多)空間存在一勻強電場,勻強電場的方向平行于正三角形 ABC 所在的平面,其邊長l = 2cm。若B C為 x 方向,則由 B 到 C 電勢變化如圖 2 所示,若 A C 規定為 y 方向,則由 A 到 C 電勢變化如圖 3 所示,下列說法正確的是( )A 100 21.勻強電場的大小為 N/C3B.勻強電場的大小為50 3N/CC.BC 方向電場強度大小為100N/C,方向由C BD. AC 方向電場強度大小為100N/C,方向由 A C【答案】AC【詳解】C.j - x 圖像斜率代表電場強度,由圖 2 可知 CB 方向上電場強度大小為E Djx = =100N/CDx沿電場線方向電勢逐漸降低,方向由C B,故 C 正確;D.由圖 3 可知 AC 方向電場強度大小為E Δj y = = 50N/CΔx 沿電場線方向電勢逐漸降低,所以方向 A C ,故 D 錯誤;AB.CB 與 AC 方向的電場強度與實際電場強度關系如圖所示,設電場方向與 CB 方向夾角為q ,則有E = E ×cosq =100N/C Ey = E ×cos 120° -q = 50N/Cx ,解得cosq 21= E 100 21= N/C7 , 3故 A 正確,B 錯誤。故選 AC。【變式 7-3】(多)如圖所示,粗糙絕緣的水平面附近存在一個平行于水平面的電場,其中某一區域的電場線與 x 軸平行,在 x 軸上的電勢j 與坐標 x 的關系用圖中曲線表示,圖中斜線為該曲線過點(0.15,3)的切線。現有一個質量為 0.20kg、電荷量為+2.0×10-8C 的滑塊 P(可看做質點),從 x=0.10m 處由靜止釋放,其與水平面的動摩擦因數為 0.02。取重力加速度 g=10m/s2。則下列說法正確的是( )A.x=0.15m 處的場強大小為 2.0×105N/CB.滑塊開始運動的一段時間加速度先逐漸減小后增大C.滑塊運動的最大速度為 0.414m/sD.滑塊最終不可能在 0.3m 處停下【答案】BD【詳解】AB.電勢 φ 與位移 x 圖線的斜率表示電場強度,則 x = 0.15m 處的場強E 3 105= V / m = 2 106 V / m0.15此時的電場力F = qE = 2 10-8 2 106 N = 0.04N滑動摩擦力大小f = mmg = 0.02 2N = 0.04N在 x = 0.15m 前,電場力大于摩擦力,做加速運動,加速度逐漸減小,x = 0.15m 后電場力小于摩擦力,做減速運動,加速度逐漸增大,故 A 錯誤,B 正確;C.在 x = 0.15m 時,電場力等于摩擦力,速度最大,根據動能定理得qU - fs 1= mv 22 m5因為 0.10m 和 0.15m 處的電勢差大約為1.5 10 V,代入求解,最大速度大約為 0.1m/s,故 C 錯誤;D.滑塊最終在 x = 0.3m處停下則滿足qU - fs ' = 0 - 0 x = 0.3m處的電勢j =1.25 105 V故從 x = 0.1m 到 x = 0.3m過程中,電勢差U = (4.5 -1.25) 105 V = 3.25 105 V電場力做W =qU = 2.0 10-8 3.25 105電 = 6.5 10-3 J摩擦力做功W f = fs ' = 0.02 0.2 10 0.30 - 0.10 = 8 10-3 J則W f > W電故滑塊不能滑到 x = 0.3m處,故 D 正確。故選 BD。 展開更多...... 收起↑ 資源列表 10.2 電勢差(舉一反三)(學生版) 2024-2025學年高二物理舉一反三系列 練習(人教版2019必修第三冊).pdf 10.2 電勢差(舉一反三)(教師版) 2024-2025學年高二物理舉一反三系列 練習(人教版2019必修第三冊).pdf 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫