2020届高考物理总复习第七章静电场核心素养提升练二十一7.2电容器与电容带电粒子在电场中的运动新人教版.docx

电场能的性质(45分钟100分)(20分钟50分)一、选择题(本题共5小题，每小题7分，共35分，14题为单选题，5题为多选题)1.在真空中A、B两点分别放有异种点电荷-Q和+2Q，以A、B连线中点O为圆心作一圆形路径acbd，如图所示，则下列说法正确的是()A.场强大小关系有Ea=Eb、Ec=EdB.电势高低关系有ab、cdC.将一负点电荷沿圆弧由a运动到b的过程中电场力做正功D.将一正点电荷沿直线由c运动到d的过程中电势能始终不变【解析】选C。对比等量异种点电荷的电场分布可知，题图中场强大小关系有EbEa，Ec=Ed，故A错误；因沿着电场线方向电势逐渐降低可知，aaB，EAEBB.粒子带负电，aAaB，EAEBC.粒子带正电，aAaB，EAEBD.粒子带负电，aAaB，EAEB【解析】选D。电场线由高等势面指向低等势面，且电场线与等势面垂直，由于粒子的电场力指向运动轨迹的凹侧，与电场线方向相反，则粒子带负电，故A、C错误；等差等势面越密场强越大，B处等差等势面较密集，则场强大，带电粒子所受的电场力大，加速度大，即aAaB，负电荷在电势高的地方电势能小，则EAEB，故B错误，D正确。【加固训练】(2018临汾模拟)(多选)图中K、L、M为静电场中的3个相距很近的等势面(K、M之间无电荷)。一带电粒子射入此静电场后，依abcde轨迹运动。已知电势KLM，ULK=UML，且粒子在ab段做减速运动。下列说法中正确的是(不计重力)()A.粒子带正电B.粒子在a点的加速度小于在c点的加速度C.粒子在a点的动能大于在e点的动能D.粒子在c点的电势能大于在d点的电势能【解析】选A、B、D。由于KLM，所以电场线的方向向左，由轨迹的弯曲方向判断出带电粒子所受电场力大体向左，画出电场线的分布，如图所示。粒子受到的电场力的方向向左，电场线的方向向左，即粒子受到的电场力的方向与电场线的方向相同，所以粒子带正电，故A正确；等差等势面的疏密表示电场的强弱，由图可知，c点的电场大，所以粒子在c点受到的电场力大，由牛顿第二定律可知，粒子在a点的加速度小于在c点的加速度，故B正确；a和e在同一条等势面上，所以粒子在a点的电势能等于在e点的电势能，在a点的动能等于在e点的动能，故C错误；由轨迹的弯曲方向判断出带电粒子所受电场力大体向左，粒子从c到d的过程中电场力做正功，所以在c点的电势能大于在d点的电势能，故D正确。4.(2019张家界模拟)空间存在一静电场，电场中的电势随x的变化规律如图所示，下列说法正确的是()A.x=4 m处电场强度可能为零B.x=4 m处电场方向一定沿x轴正方向C.电荷量为e的负电荷沿x轴从O点移动到x=6 m处，电势能增大8 eVD.沿x轴正方向，电场强度先增大后减小【解析】选C。-x图象的斜率等于电场强度，则知x=4 m处的电场强度不为零，故A错误；从O到x=4 m处电势不断降低，但x=4 m点的电场方向不一定沿x轴正方向，故B错误；负电荷沿x轴正方向移动，沿x轴正方向电势降低，负电荷在电势高的地方电势能小，所以电势能增大，增大了8 eV，故C正确；由斜率看出，从O到x=6 m，图象的斜率先减小后增大，则电场强度沿x轴正方向先减小后增大，故D错误。5.如图所示，实线为某电场中未知方向的三条电场线，a、b两个带电粒子从电场中M点以相同初速度v0飞出，且初速度方向竖直向上，两粒子在电场力作用下的运动轨迹如图中虚线所示，不计两带电粒子之间的相互作用力和粒子的重力，则()A.a一定带正电，b一定带负电B.a的速度将减小，b的速度将增大C.a的加速度将减小，b的加速度将增大D.两个粒子的电势能都减小【解析】选C、D。根据轨迹弯曲方向可知两个粒子在M点所受的电场力方向相反，由于电场线方向未知，所以不能判断电场力的方向，也就不能确定粒子的电性，故A错误；由于出发后电场力对两个粒子均做正功，所以两个粒子的动能均增大，电势能均减小，故B错误，D正确；由电荷所受的电场力为F=Eq，加速度为a=，电场线越密，场强越大，加速度越大，则知a的加速度将减小，b的加速度将增大，故C正确。【总结提升】带电粒子在电场中直线运动的分析方法二、计算题(本题共15分，需写出规范的解题步骤)6.(2019石家庄模拟)如图所示，ABCD且A、B、C、D位于一半径为r的竖直圆上，在C点有一固定点电荷，电荷量为+Q。现从A点将一质量为m，电荷量为-q的小球由静止释放，小球沿光滑绝缘轨道ADB运动到D点时速度为，g为重力加速度，不考虑运动电荷对静电场的影响，求：(1)小球运动到D点时对轨道的压力。(2)小球从A点到D点过程中电势能的改变量。【解析】(1)小球运动到D点时，由牛顿第二定律得：FN+k-mg=m解得：FN=2mg-k由牛顿第三定律得，小球运动到D点时对轨道的压力大小为：FN=FN=2mg-k方向竖直向下 (2)小球从A运动到D，根据动能定理得：mgr+W电=mv2-0解得：W电=-mgr由功能关系得：Ep=-W电=mgr答案：(1)2mg-k方向竖直向下(2)mgr(25分钟50分)7.(7分)(创新预测)(多选)真空中有一半径为r0的带电金属球壳，若取无穷远处为零电势，通过其球心的一直线上各点的电势分布规律可用图中曲线表示，r表示该直线上某点到球心的距离，r1、r2分别是该直线上A、B两点离球心的距离。下列说法中正确的是()A.该球壳带负电B.A点的电场强度大于B点的电场强度C.若r2-r1=r1-r0，则A-B0-AD.将电子从A点移到B点，电场力做正功【解析】选B、C。根据图象，从球壳向外电势降低，电场线从正电荷出发终止于负电荷，沿着电场线电势逐渐降低，该球带正电，故A错误；由于-r图象斜率大小等于场强，则A点的电场强度大于B点的电场强度，故B正确；从O到A再到B，电场强度逐渐减小，故若r2-r1=r1-r0，则A-B2=01D.x2x3段的电场强度大小方向均不变【解析】选D。根据电势能与电势的关系Ep=q，场强与电势差的关系E=得，E=，由数学知识可知Ep-x图象切线的斜率等于Eq，x1处切线斜率为零，则知x1处电场强度为零，故A错误，由图看出在0x1段图象切线的斜率不断减小，可知场强减小，粒子所受的电场力减小，加速度减小，做非匀变速运动，x1x2段图象切线的斜率不断增大，场强增大，粒子所受的电场力增大，做非匀变速运动，x2x3段斜率不变，场强不变，即电场强度大小和方向均不变，是匀强电场，粒子所受的电场力不变，做匀变速直线运动，故B错误，D正确；根据电势能与电势的关系Ep=q，粒子带负电，q2=03，故C错误。8.(7分)(创新预测)(多选)如图所示，空间有一圆锥OBB，点A、A分别是两母线的中点。现在顶点O处固定一正的点电荷，下列说法中正确的是()A.A、A两点的电场强度相同B.平行于底面的圆心为O1的截面为等势面C.将一正的试探电荷从A点沿直径移到A点，静电力对该试探电荷先做负功后做正功D.若B点的电势为B，A点的电势为A，则BA连线中点C处的电势C小于【解析】选C、D。点A、A到O点的距离相等，根据点电荷的场强公式E=k分析可知，A与A的电场强度大小相等，但方向不同，故A错误；点电荷的等势面是同心圆，平行于底面的圆心为O1的截面上各个点到O点的距离不等，不是等势面，故B错误；将一正的试探电荷从A点沿直径移到A点，电势先升高后降低，电势能先增大后减小，静电力对该试探电荷先做负功后做正功，故C正确；由于A、C间场强大于C、B间场强，由U=Ed知，A、C间的电势差大于C、B间的电势差，则有A-CC-B，则Cm