新版必修3第10章 静电场中的能量练习与应用(解析版)

第10章静电场中的能量练习与应用（解析版）—2019版新教科书《物理》选修第三册第01节电势能和电势练习与应用（教科书第29/30页）如图10.1-5,在电场强度为60N/C的匀强电场中有A、B、C三个点，AB为5cm,BC为12cm，其中AB沿电场方向，BC和电场方向的夹角为60。。将电荷量为4X10-8C的正电荷从A点移到B点，再从B点移到C点，静电力做了多少功？若将该电荷沿直线由A点移到C点，静电力做的功又是多少？c./:—>图10.1-5【解析】从A点移到B点，静电力做的功W二Eqx=60x4x10-8x5x10-2J=1.2x10-7JABAB从B点移到C点，静电力做的功1W-Eqxcos60o=60x4x10-8x12x10-2x—J=1.44x10-7JBCBC2W二W+W二2.64x10-7J沿直线由A点移到C点，静电力做的功11W=EqxcosCAB=60x4x10-8x（5+12x—）x10-2xJ=2.64x10-7JBCAC22因为，如图所示，ACcosCAB=AB+BCcos600电荷量q1为4x10-9C的试探电荷放在电场中的A点，具有6x10-8J的电势能。A点的电势是多少？若把q2为一2x10-10C的试探电荷放在电场中的A点，q2所具有的电势能是多少？E6x108【解析】A点的电势是9=PA=V=15VAq4x10-9q2所具有的电势能是E=9q=15x(-2x10-10)J=一3x10-9J.2P2A23．回答下列题目后小结：如何根据试探电荷的电势能来判断电场中两点电势的高低？q在A点的电势能比在B点的大，A、B两点哪点电势高？—q在C点的电势能比在D点的大，C、D两点哪点电势高？q在E点的电势能为负值，一q在F点的电势能是负值，E、F两点哪点电势高？【解析】根据9=Pqq在A点的电势能比在B点的大，A点电势高；—q在C点的电势能比在D点的大，D点电势高；q在E点的电势能为负值，则电势为负，一q在F点的电势能是负值，则电势为正，E、F两点F点电势高。 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf ：正电荷，电势能大的，电势高，负电荷，电势能小的，电势高。正电势高于负电势。4．根据图10.1-6解答以下题目，然后进行小结：如何根据匀强电场的电场线来判断两点电势的高低？M、N是匀强电场中同一条电场线上的两点，哪点电势高？M、P是匀强电场中不在同一条电场线上的两点，AB是过M点与电场线垂直的直线，则M、P两点哪点电势高？4A叽也一:r■a圈101-6【解析】M、N是匀强电场中同一条电场线上的两点，M点电势高；(2)M、P是匀强电场中不在同一条电场线上的两点，AB是过M点与电场线垂直的直线，则M、P两点M点电势高.小结：(1)同一条电场线上的两点，上游的点电势高，因为沿电场线电势降落。不在同一条电场线上的两点，作其中一点的等势线，然后找等势线上与另一点在同一条电场线上的点，然后进行比较。如图10.1-7,A、B是点电荷电场中同一条电场线上的两点，把电荷量qx为10-9C的试探电荷从无穷远移到A点，静电力做的功为4x10-8J；把q2为一2x10-9C的试探电荷从无穷远移到B点，静电力做的功为—6x10-8Jo请判断：场源电荷是正电荷还是负电荷？场源电荷的位置是在A、B的左边还是右边？斗§圈10.1-7【解析】W把电荷量q1为10-9C的试探电荷从无穷远移到A点，静电力做的功为4x10-8J,所以J二-t=-40Vq1W把q2为一2x10-9C的试探电荷从无穷远移到B点，静电力做的功为一6x10-8J。所以笃二--2二-30Vq2场源电荷是负电荷，场源电荷的位置是在A的左边。—个电场中有A、B两点，电荷量q1为2x10-9C的试探电荷放在电场中的A点，具有一4x10-8j的电势能；q2为一3x10-9C的试探电荷放在电场中的B点，具有9x10-8j的电势能。现把q3为一5x10-9C的试探电荷由A点移到B点，静电力做正功还是负功？数值是多少？【解析】根据9=—P，A点的电势为P=-20V,B点的电势为P-30V，qABW=qU=q（p—p）=—5.0x10-8J.负功。3AB3AB如图10.1-8,A、B为一对等量同种电荷连线上的两点（其中B为中点），C为连线中垂线上的一点。今将一个电荷量为q的负点电荷自A沿直线移到B再沿直线移到C,请分析在此过程中该电荷的电势能的变化情况。in.i-B【解析】A到B,电势降低，电势能增大。因为BC是等势线，所以B到C,电势不变，电势能不变。第02节电势差练习与应用（教科书第34页）在某电场中，已知A、B两点之间的电势差UAB为20V,q为一2x10-9C的电荷由A点移动到B点，静电力做的功是多少？电势能是增加还是减少，增加或者减少多少？【解析】静电力做的功是W二qU=-4.0x10-8J3AB电势能是增加，增加4.0x10-8J在研究微观粒子时常用电子伏（eV）作为能量的单位。1eV等于一个电子经过1V电压加速后所增加的动能，那么，1eV等于多少焦耳？【解析】AE=W=eU=1eV=1.6x10-19Jk如图10.2-4，回答以下问题。（1）A、B哪点的电势比较高？负电荷在哪点的电势能比较大？（2）负电荷由B点移动到A点时，静电力做正功还是负功？（3）A、B两点的电势差UAB是正的还是负的？UBA呢？【解析】（1）B点的电势比较高，负电荷在A点的电势能比较大；（2）负电荷由B点移动到A点时，静电力做负功；（3）A、B两点的电势差UAB是负的，Uba是正的。电场中两个电势不同的等势面能不能相交？说明理由。【解析】电场中两个电势不同的等势面不能相交。可用反证法证明：如果电场中两个电势不同的等势面相交，则交点处的电势有2个，事实上，同一点的电势只有一个，所以不能相交。某电场的等势面如图10.2-5所示，试画出电场线的大致分布。若单位正电荷沿任一路径从A点移到B点，静电力所做的功是多少？说明理由。正电荷从A点移到C点，跟从B点移到C点，静电力所做的功是否相等？说明理由。【解析】若单位正电荷沿任一路径从A点移到B点，静电力所做的功是零，因为A和B是等势点即UAB=0O正电荷从A点移到C点，跟从B点移到C点，静电力所做的功相等，因为U二U,W二qU二4qACBC如图10.2-6,在与纸面平行的匀强电场中有A、B、C三个点，其电势分别为6V、2V和2V。试画出经过A点的一条电场线。EAB阳102-6圏10.2-6蓉案图连接BC，为等势线，从A向BC作垂线，是电场线。第03节电势差与电场强度的关系练习与应用如图10.3-3，真空中平行金属板M、N之间的距离d为0.04m,有一2x10-15kg的带电粒子位于M板旁，粒子的电荷量为8x10-15C，给两金属板加200V直流电压。图10.3-31)求带电粒子所受的静电力的大小。(2)求带电粒子从M板由静止开始运动到达N板时的速度。（3）如果两金属板距离增大为原来的2倍，其他条件不变，则上述问题（1）（2）的 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案 又如何？【解析】（1）带电粒子所受的静电力的大小F二Uq二禦x8x10-15N二4x10-11Nd0.04一、1、一、i'2qU（2）根据动能定理W=Qu=mv2,带电粒子从M板由静止开始运动到达N板时的速度v=,：代入2Vm，代入v=40m/s数据解得。（3）如果两金属板距离增大为原来的2倍，其他条件不变，则上述问题（1）F'Uq=兰0x8x10-15N=2x10-11Nd'0.08,\2qU十卄（2）v=J—v，不变。m空气是不导电的。但是如果空气中的电场很强，使得气体分子中带正、负电荷的微粒所受的方向相反的静电力很大，以至于分子破碎，空气中出现可以自由移动的电荷，空气就变成了导体。这个现象叫作空气的“击穿”。一次实验中，电压为4x104V的直流电源的两极连在一对平行金属板上，如果把两金属板的距离减小到1.3cm,两板之间就会放电。这次实验中空气被击穿时的电场强度是多少？U4x104【解析】E——V/m—3x106V/md1.3x10-2带有等量异种电荷、相距10cm的平行板A和B之间有匀强电场（图10.3-4），电场强度E为2x104V/m,方向向下。电场中C点距B板3cm，D点距A板2cm。P.r1r图103-4（1）C、D两点哪点电势高？两点的电势差UCD等于多少？（2）如果把B板接地，则C点和D点的电势（pC和（pD各是多少？如果把A板接地，则（pC和%各是多少?在这两种情况中，UCD相同吗？(3)一个电子从C点移动到D点，静电力做多少功？如果使电子从C点先移到P点，再移到D点，静电力做的功是否会发生变化？【解析】C、D两点D点电势高，两点的电势差UCD=-Ed=-2x104x5x10-2V=—1000V.CDDC如果把B板接地，贝9C点和D点的电势叶Ed=2x104x3x10-2V=600V和CCB©=Ed=2x104x8x10-2V二1600VDDB如果把A板接©C=-Ed=-2x104x7x10-2V=-1400V,©D=-Ed=-2x104x2x10-2V=-400V.CCADAD在这两种情况中，UCD相同.—个电子从C点移动到D点，静电力做功W二eU二(-1.6x10-19)x(-1000)J二1.6x10-16J；如CD果使电子从C点先移到P点，再移到D点，静电力做的功不会发生变化。图10.3-5是某初中地理教科书中的等高线图(图中数字的单位是米)。小山坡的左边a和右边b,哪一边的地势更陡些？如果把一个球分别从山坡左右两边滚下(把山坡的两边看成两个斜面，不考虑摩擦等阻碍)，哪边的加速度更大？现在把该图看成一个描述电势高低的等势线图，图中的单位是伏特，。和b哪一边电势降落得快？哪一边的电场强度大？【解析】小山坡的左边a和右边b，b边的地势更陡些？如果把一个球分别从山坡左右两边滚下(把山坡的两边看成两个斜面，不考虑摩擦等阻碍)，b边的加速度更大•现在把该图看成一个描述电势高低的等势线图，图中的单位是伏特，a和b，b边电势降落得快？b边的电场强度大。第04节电容器的电容练习与应用1．用图10.4-1的电路给电容器充、放电。开关S接通1，稳定后改接2，稳定后又改接1，如此往复。下 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 记录了充、放电过程中某两个时刻通过电流表的电流方向，试根据该信息，在 表格 关于规范使用各类表格的通知入职表格免费下载关于主播时间做一个表格详细英语字母大小写表格下载简历表格模板下载 内各空格处填上合理的答案。雀此时帰级it国中电洩41齡此沈电iUl中的电-Jf-JtS审硏止A4441運琵#42电压丄莊册爬IS是N小医*电is■中的电客蛊丸在疤电谨是宦敵电(|A九.元电芯融中矣再个眄*1的电關*比图E04-I电容描的左，厳电【解析】农芜、敘电过程中苑两个时刻靖电路情込时刻在此时刻通过图中电流恳的电流方向电流表中的电流正在增丸还是跖卜开关S当就正在接適1还是接適2电客黑两端的电压正在增丸还是减小整孕电路中的能量正在怎样转化这个时俟电容器足在充电还是在放电打佝左2：1融转代为内能放电向右1増大化学能转化为电场眉总充电有人用图10.4-9描述某电容器充电时，其电荷量0、电压U、电容C之间的相互关系，请判断它们的正误，并说明理由。【解析】A错误，C不随Q变。B正确，C不随U变。C正确，Q二CU，其中C为定值，所以Q与U成正比。D正确，C不随Q变。有一个已充电的电容器，两极板之间的电压为3V，所带电荷量为4.5x10-4C，此电容器的电容是多少？将电容器的电压降为2V,电容器的电容是多少？所带电荷量是多少？【解析】有一个已充电的电容器，两极板之间的电压为3V，所带电荷量为4.5x10-4C，此电容器的电容是C二Q二1.5x10-4F；将电容器的电压降为2V,电容器的电容仍是C二1.5x10-4F；所带电荷量是Q'=CU'=3.0x10-4C.心室纤颤是一种可能危及生命的疾病。一种叫作心脏除颤器的设备，通过一个充电的电容器对心颤患者皮肤上的两个电极板放电，让一部分电荷通过心脏，使心脏完全停止跳动，再刺激心颤患者的心脏恢复正常跳动。图10.4-10是一次心脏除颤器的模拟治疗，该心脏除颤器的电容器电容为15吓，充电至9.0kV电压，如果电容器在2.0ms时间内完成放电，这次放电有多少电荷量通过人体组织？【解析】Q=CU=15x10-6x9.0x103C=0.135C.第05节带电粒子在电场中的运动练习与应用真空中有一对平行金属板，相距6.2cm,两板电势差为90V。二价的氧离子由静止开始加速，从一个极板到达另一个极板时，动能是多大？这个问题有几种解法？哪种解法比较简便？【解法1】动能定理，E=qU=2x1.6x10-19x90J=2.88x10-17J.kUq90x2x1.6x10-19【解法2】牛顿定律，加速度a===4.6x10-16/mdm6.2x10-2xm速度v2二2ax-2x2.3x10-16x6.2x10-2/m-5.76x10-17/m1动能E=—mv2二2.88x10-17Jk2解法1：动能定理比较简便。某种金属板M受到一束紫外线照射时会不停地发射电子，射出的电子具有不同的方向，速度大小也不相同。在M旁放置一个金属网N。如果用导线将M、N连起来，从M射出的电子落到N上便会沿导线返回M,从而形成电流。现在不把M、N直接相连，而按图10.5-7那样在M、N之间加电压U,发现当U>12.5V时电流表中就没有电流。问：被这束紫外线照射出的电子，最大速度是多少？i2eU【解析】电子被减速到0,只mv2二eU，所以v=，代入已知数据解得v=2.10x106m/s(电mm牛mm子质量m=9.1x10-31kg)先后让一束电子和一束氢核通过同一对平行板形成的偏转电场，进入时速度方向与电场方向垂直。在下列两种情况下，分别求出电子偏转角的=正切与氢核偏转角的正切之比。(1)电子与氢核的初速度相同。(2)电子与氢核的初动能相同。vUql【解析】根据tane=T=得vdmv2001)电子与氢核的初速度相同，HYPERLINK\l"bookmark52"\o"CurrentDocument"tan0me~—Htan0mHe2)电子与氢核的初动能相同，让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物由静止开始经过同一加速电场加速，然后在同一偏转电场里偏转，它们是否会分离为三股粒子束？请通过计算说明。【解析】加速qU-[mv2，偏转tan0-二=-Uql，得tan0=与带电粒子的质量、电荷无关,20vdmv22dU00加所以不会分离为三股粒子束。电子从静止出发被1000V的电压加速，然后沿着与电场垂直的方向进入另一个电场强度为5000N/C的匀强偏转电场。已知偏转电极长6cm,求电子离开偏转电场时的速度及其与进入偏转电场时的速度方向之间的夹角。【解析】加速qU二2mv2,20v偏转tan9=—v0EqlEl，得tan0=--mv22U0加5000x0.060.15，2x10000=8.50Eql2y—at2—2mv20El24U，qEy—11mv2一mv2220解得v—1.9x107m/s某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中，质子先被加速到具有较高的能量，然后被引向轰击肿瘤，杀死其中的恶性细胞，如图10.5-8所示。若质子的加速长度为4.0m,要使质子由静止被加速到1.0x107m/s,加速匀强电场的电场强度应是多少？1mv2【解析】qEl--mv2，解得E-药，代入数据得E-1，3x105N/C