2024教科版高中物理必修第三册同步
专题强化练3 电场中的图像问题
1.(2022北京丰台期末)如图所示,A、B为匀强电场中同一条电场线上的两点,一个正电荷从A点由静止释放,仅在静电力的作用下从A点运动到B点,以下图像中能正确描述正电荷在运动过程中各物理量随时间变化关系的是 ( )
A B
C D
2.(2022福建莆田二中期中)如图甲所示为电场中的一条电场线,在电场线上建立坐标轴,坐标轴上O~x2间各点的电势分布如图乙所示,则 ( )
A.在O~x2间,电场强度先减小后增大
B.在O~x2间,电场强度方向没有发生变化
C.若一负电荷从O点运动到x2点,电势能逐渐减小
D.从O点由静止释放一仅受静电力作用的正电荷,则该电荷在O~x2间一直做匀加速运动
3.(2022湖南师大附中期末)空间有一电场,其在x轴上各点的电场强度E随坐标x变化的图像如图所示,x轴正方向为电场的正方向,图像关于原点O对称,坐标x0和-x0处是图像的最高点和最低点且两点场强大小相等。下列说法正确的是 ( )
A.原点O是x轴上电势最高的点
B.电子在x0处的电势能等于在-x0处的电势能
C.仅在电场力作用下,电子从-x0处由静止释放后,向x轴正方向运动,到达O点时加速度最大
D.仅在电场力作用下,电子从x0处以一定初速度v0沿x轴负方向运动,经过-x0处时速度仍为v0
4.(2022上海复兴高级中学期中)在电场中,一带电粒子仅受静电力作用从静止开始做直线运动。若以运动起点O为坐标原点,沿粒子运动方向建立x轴,其电势能Ep与位移x的关系如图所示。电场强度E、粒子速度v、加速度a、动能Ek与位移x的关系可能正确的是 ( )
A B
C D
5.(2022重庆八中期末)如图1所示,OB为电场中的一条电场线,A、B为电场线上的两点,一带电粒子仅在电场力作用下由静止从O点沿电场线运动,该带电粒子的动能Ek随其坐标变化的关系如图2所示。下列说法正确的是 ( )
图1 图2
A.带电粒子可能带负电
B.该电场可能是正点电荷产生的电场
C.A点的电场强度小于B点的电场强度
D.粒子由A点运动到B点电势能减少EkB-EkA
6.(2022福建厦门月考)静电场方向平行于x轴,将一电荷量为-q的带电粒子在x=d处由静止释放,粒子只在电场力作用下沿x轴运动,其电势能Ep随x的变化关系如图所示。若规定x轴正方向为电场强度E、加速度a的正方向,四幅示意图分别表示电势φ随x的分布、场强E随x的分布、粒子的加速度a随x变化的关系和粒子的动能Ek随x变化的关系,其中正确的是 ( )
7.(2021广东广州大学附属中学月考)如图甲所示,在匀强电场中,虚线为电场线,与Ox轴成θ=37°角,Ox轴上有a、b、c三点,Oa=bc=ab=2 cm,Ox轴上各点的电势φ的变化规律如图乙所示。取sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。求:
(1)电场线方向和场强大小;
(2)c点的电势和电子在a点的电势能(结果用eV表示)。
8.(2022江苏南通期末)在平行于纸面的圆形区域ABCD内有匀强电场,圆心为O、半径为R。如图甲所示,动点P从A点沿圆周逆时针运动,θ为PO连线转过的角度,转动过程P所在位置的电势φ随角度θ的变化如图乙所示。求:
(1)电荷量为+q的带电粒子在A点处的电势能Ep;
(2)匀强电场的场强大小E。
答案与分层梯度式解析
专题强化练3 电场中的图像问题
1.C 2.B 3.ABD 4.C 5.BD 6.D
1.C 匀强电场中,正电荷受到的电场力大小和方向都不变,根据牛顿第二定律可知加速度也保持不变,故C正确,D错误;正电荷从静止开始做匀加速直线运动,速度v与时间t成正比,位移x与时间t的二次方成正比,故A、B错误。
2.B
图形剖析
φ-x图线的斜率的大小表示电场强度大小,由题图乙得知,图线的斜率先增大后减小,则电场强度先增大后减小,但斜率一直是负的,场强方向没有改变,A错误,B正确;由题图乙可知,O~x2间,电势逐渐降低,负电荷在高电势处电势能小,故负电荷从O点运动到x2点,电势能逐渐增大,C错误;从O点由静止释放一仅受静电力作用的正电荷,则该电荷在O~x2间做加速运动,但电场强度先增大后减小,所以电荷的加速度先增大后减小,不是匀加速运动,D错误。
3.ABD
图形剖析
由图可得在x轴负半轴电场方向指向x轴负方向,在x轴正半轴电场方向指向x轴正方向,由于沿电场方向电势逐渐降低,故O点电势最高,故A正确;由对称性可知,x0与-x0处电势相等,由公式Ep=φq可知,电子在x0与-x0处电势能相等,故B正确;电子经过O点时,电场强度为0,所以所受电场力为0,加速度最小,故C错误;由于x0与-x0处电势相等,所以电子从x0到-x0处电场力做功为0,由动能定理可知动能变化量为0,故D正确。
4.C Ep-x图线上某点的切线的斜率表示电场力,故电场力逐渐减小,根据E=,知电场强度也逐渐减小,故A错误;根据动能定理有F·Δx=ΔEk,故Ek-x图线上某点切线的斜率表示电场力,电场力逐渐减小,与D图矛盾,故D错误;题图中v-x图线是直线,表示经过相同位移速度增加量相等,又是加速运动,故增加相同的速度需要的时间逐渐减小,即加速度逐渐增加,而实际上电场力减小,导致加速度减小,与B图矛盾,故B错误;粒子做加速度减小的加速运动,故C可能正确。
5.BD 带电粒子从A点到B点动能变大,电场力做正功,则电场力向右,则粒子带正电,选项A错误;因Ek-x图线的斜率等于电场力,可知从A点到B点电场力减小,场强减小,则该电场可能是正点电荷产生的电场,A点的电场强度大于B点的电场强度,选项B正确,C错误;粒子由A点运动到B点动能增加了EkB-EkA,则电势能减少了EkB-EkA,选项D正确。
6.D 根据Ep=φq可知,由于粒子带负电,电势的变化应与题图中Ep的变化相反,故φ-x图线应如图所示,选项A错误;φ-x图线的斜率表示电场强度,沿电场方向电势降低,则知在x=0的左侧,存在向左的匀强电场,x=0右侧存在向右的匀强电场,选项B错误;根据牛顿第二定律知qE=ma,粒子在匀强电场中运动时加速度不变,由于粒子带负电,粒子的加速度在x=0左侧为正值,大小不变,在x=0右侧加速度为负值,且大小不变,选项C错误;因为带电粒子只受电场力作用,所以带电粒子的动能与电势能总和保持不变,即Ek-x图像应与Ep-x图像的形状上下对称,故选项D正确。
7.答案 (1)电场线方向斜向下,场强大小为1 000 V/m (2)-16 V -32 eV
解析 (1)由题图乙可知沿x正方向电势降低,所以电场线方向斜向下;φ-x图线的斜率表示电场强度沿x方向的分量,由题图乙可知Ex=800 V/m,所以E==1 000 V/m
(2)由题意得O点的电势为48 V,O、c间的距离为Oc=8 cm=0.08 m,所以O、c间的电势差为
UOc=E·Oc·cos 37°=1 000×0.08×0.8 V=64 V
由于UOc=φO-φc,将UOc=64 V、φO=48 V代入得φc=-16 V
O、a间的电势差为UOa=E·Oa·cos 37°=1 000×0.02×0.8 V=16 V
由于UOa=φO-φa,将UOa=16 V、φO=48 V代入得φa=32 V
所以电子在a点的电势能为Ep=-eφa=-32 eV
8.答案 (1)2qφ0 (2)
解析 (1)A点的电势为2φ0,电荷量为+q的带电粒子在A点处的电势能为Ep=2qφ0
(2)PO从θ=α转到θ=α+π的过程,恰好转过π,圆周上电势最高点与最低点恰好在一条直径的两端,其连线与电场线平行,可得场强大小为E=
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
()
