2023年全国高考物理真题汇编：静电场中的能量

10/16静电场中的能量一、单项选择题1．〔2023·江苏·高考真题〕如下图，正方形ABCD四个顶点各固定一个带正电的点电荷，电荷量相等，O是正方形的中心。现将A点的电荷沿OA的延长线向无穷远处移动，则〔 〕在移动过程中，O点电场强度变小在移动过程中，C点的电荷所受静电力变大C．在移动过程中，移动的电荷所受静电力做负功D．当其移动到无穷远处时，OA点2．〔2023·河北·高考真题〕如图，真空中电荷量为2q和q(q0)的两个点电荷分别位于MN点，形成一个以MN延长线上O点为球心，电势为零的等势面〔取无穷处电势为零〕，P为MN连线上的一点，S为等势面与直线MN的交点，T为等势面上的一点，以下说法正确的选项是〔〕T0A．P点电势低于S点电势 B．T点电场强度方向指向O点C．除无穷远处外，MN直线上还存在两个电场强度为零的点D．将正摸索电荷q从点移到P点，静电力做正功T03．〔2023·湖北·高考真题〕密立根油滴试验装置如下图，两块水平放置的金属板分别与电源的正负极相接，板间产生匀强电场。用一个喷雾器把密度一样的很多油滴从上板中间的小孔喷入电场，油滴从喷口喷出时由于摩擦而带电。金属板间电势差为U时，电荷量为q、半径为r的球状油滴在板间保持静止。假设仅将金属板间电势差调整为2U，则在板间能保持静止的球状油滴所带电荷量和半径可以为〔 〕A．q，r B．2q，r C．2q，2r D．4q，2r4．〔2023·浙江·高考真题〕如下图，带等量异种电荷的两正对平行金属板M、N间存在L〔不考虑边界效应〕。t=0时刻，M板中点处的粒子源放射两个速度大小为v0的一样粒子，垂直M板向右的粒子，到达N板时速度大小为2v0；平行M板向下的粒子，刚好从N板下端射出。不计重力和粒子间的相互作用，则〔 〕A．MN板电势B．两个粒子的电势能都增加C．粒子在两板间的加速度a

2v20LDN板下端射出的时间t〔21〕L2v05．〔2023·湖南·高考真题〕如图，四根完全一样的均匀带正电绝缘长棒对称放置在长方体a、b、c、da处的绝缘棒，假定另外三根绝缘棒电荷分布不变。关于O点处电场强度方向和电势的变化，以下说法正确的选项是〔〕Aa，电势减小Bc，电势减小Ca，电势增大Dc，电势增大6．〔2023·浙江·高考真题〕某种气体—电子放大器的局部构造是由两块夹有绝缘介质的平行金属薄膜构成，其上存在等间距小孔，其中相邻两孔截面上的电场线和等势线的分布如下图。以下说法正确的选项是〔〕A．a点所在的线是等势线B．bc点大C．b、c两点间的电势差的值比a、c两点间的大D．d→e→f→g移动时电场力做功为零二、多项选择题7．〔2023·全国·高考真题〕一种可用于卫星上的带电粒子探测装置，由两个同轴的半圆柱形带电导体极板〔RRd〕和探测器组成，其横截面如图〔a〕所示，点O为圆心。在截面内，极板间各点的电场强度大小与其到OO点。4个带正电的同种粒子从极板间通过，到达探测器。不计重力。粒子1、2做圆周运O、半径分别为r、r

Rrr

Rd3O点r

的位置入射1 2 1 2 2O点r4O点rO点r

的位置出射，轨迹1 1 2如图〔b〕中虚线所示。则〔 〕3入射时的动能比它出射时的大4入射时的动能比它出射时的大12入射时的动能13入射时的动能8．〔2023·全国·高考真题〕如图，两对等量异号点电荷q、qq0固定于正方形的4个顶点上。L、N是该正方形两条对角线与其内切圆的交点，O为内切圆的圆心，M为切点。则〔〕A．LN两点处的电场方向相互垂直B．M点的电场方向平行于该点处的切线，方向向左C．MO点，电场力做正功D．LN点，电场力做功为零9．〔2023·全国·高考真题〕地面上方某区域存在方向水平向右的匀强电场，将一带正电荷的小球自电场中Р点水平向左射出。小球所受的重力和电场力的大小相等，重力势能和电Р点。则射出后，〔〕A．小球的动能最小时，其电势能最大B．小球的动能等于初始动能时，其电势能最大C．小球速度的水平重量和竖直重量大小相等时，其动能最大D．从射出时刻到小球速度的水平重量为零时，重力做的功等于小球电势能的增加量三、解答题10．〔2023·江苏·高考真题〕某装置用电场掌握带电粒子运动，工作原理如下图，矩形ABCD区域内存在多层紧邻的匀强电场，每层的高度均为d，电场强度大小均为E，方向沿AB边长为12dBC边长为8dm、电荷量为q的粒子流从装置左端中点射入电场，粒子初动能为Ek，入射角为，在纸面内运动，不计重力及粒子间的相互作用力。当0时，假设粒子能从CDt；当Ek4qEd时，假设粒子从CD边射出电场时与轴线OOd，求入射角的范围；8 当Ek3qEd，粒子在为22范围内均匀射入电场，求从CD边出射的粒子与入射粒子的数量之比NN0。111．〔2023·辽宁·高考真题〕如下图，光滑水平面AB4BRm的带正电小球将轻质弹簧压缩至A点后由静止释gR放，脱离弹簧后经过B点时的速度大小为 ，之后沿轨道BO运动。以O为坐标原点建gR立直角坐标系xOyxRx轴夹角为45的匀强电场，进入电场后小球受到的电场力大小为2mg。小球在运动过程中电荷量保持不变，重力加速度为g。求：A点时的弹性势能；O点时的速度大小；O点后运动的轨迹方程。12．〔2023·广东·高考真题〕密立根通过观测油滴的运动规律证明白电荷的量子性，因此获得了1923年的诺贝尔奖。图是密立根油滴试验的原理示意图，两个水平放置、相距为d的足够大金属极板，上极板中心有一小孔。通过小孔喷入一些小油滴，由于碰撞或摩擦，局部油滴带上了电荷。有两个质量均为mAB，在时0t内都匀速下落了距离h1

。此时给两极板加上电压U〔上极板接正极〕，A连续以原速度下落，B经过一段时间后向上匀速运动。Bt内上升了距离hh2 2

h，随1后与A合并，形成一个球形油滴，连续在两极板间运动直至匀速。球形油滴受到的1空气阻力大小为f km3v，其中k为比例系数，m为油滴质量，v为油滴运动速率，不计1空气浮力，重力加速度为g。求：k；A、B的带电量和电性；B上升距离h2电势能的变化量；油滴匀速运动速度的大小和方向。参考答案1．D【详解】A．O是等量同种电荷连线的中点，场强为0AOA方向移至无穷远处，O点电场强度变大，故A不符合题意；移动过程中，C点场强变小，正电荷所受静电力变小，故B错误；C．AOA方向，移动过程中，移动电荷所受静电力做正功，故C错误；D．AOA方向，沿电场线方向电势降低，移动到无穷远处时，O点的电势高A点电势，故D正确。应选D。2．B【详解】A．在直线MN上，左边正电荷在M右侧电场强度水平向右，右边负电荷在直线MN上电场强度水平向右，依据电场的叠加可知MN间的电场强度水平向右，沿着电场线电势渐渐降低，可知P点电势高于等势面与MN交点处电势，则P点电势高于S点电势，故A错误；由于正电荷的电荷量大于负电荷电荷量，可知在N左侧电场强度不行能为零，则N右侧，设MN距离为L，依据k2q(Ld)2

kq(d)2MN电场强度为零的点只有一个，故C错误；由A选项分析可知：T点电势低于P电势，则正电荷在T点的电势能低于在P电势的电0势能，将正摸索电荷q0

TP点，电势能增大，静电力做负功，故D错误；B．设等势圆的半径为RANxMN距离为L，如下图依据kqx结合电势的叠加原理A、S满足k2qkqLx xk2q kqL2Rx 2Rx解得xL32LR3T点的场强方向必过等势面的圆心，O点电势k2qkq3kqO LL L 2L3 3可知T OTO点，故B正确。应选B。3．D【详解】初始状态下，液滴处于静止状态时，满足EqmgU U q r3gd 32U 4AB22U 4q r3gd 3可得qq2AB错误；2U 4CD2U22U 4q (2r)3gd 3可得q4qC错误，D正确。应选D。4．C【详解】A．由于不知道两粒子的电性，故不能确定M板和N板的电势凹凸，故A错误；B．依据题意垂直M板向右的粒子，到达N板时速度增加，动能增加，则电场力做正功，电势能减小；则平行M板向下的粒子到达N板时电场力也做正功，电势能同样减小，故B错误；CDd，对于平行M板向下的粒子刚好从N板下端射出，在两板间做类平抛运动，有Lvt2 0d1at22对于垂直M板向右的粒子，在板间做匀加速直线运动，因两粒子一样，在电场中加速度一样，有2v20

v20

2ad联立解得L 2v2t2v0

，a 0L故C正确，D错误；应选C。5．A【详解】依据对称性可知，移去a处的绝缘棒后，电场强度方向垂直指向a，再依据电势r处的电势为kq〔取无穷远处电势为零〕ra处的绝缘棒后，qO点的电势减小。应选A。6．C【详解】A．因上下为两块夹有绝缘介质的平行金属薄膜，则a点所在的线是电场线，选项A错误；cbcb点大，选项B错误；bcb、ca、c两点间的大，选项C正确；dg两点在同一电场线上，电势不相等，则将电荷沿图中的线从d→e→f→g移动时电场力做功不为零，选项D错误。应选C。BD【详解】C．在截面内，极板间各点的电场强度大小与其到O点的距离成反比，可设为Erk带正电的同种粒子1、2在均匀辐向电场中做匀速圆周运动，则有v2 v2qEm11 r1

，qE2

m2r2可得112mv21

qEr2 112

qEr2212入射时的动能，故C错误；3O点r2

的位置入射并从距点r的位置出射，做向心运动，电场力做正O1O3入射时的动能比它出射时的小，故A错误；4O点rO点r

的位置出射，做离心运动，电场力做负1 24入射时的动能比它出射时的大，故B正确；D3做向心运动，有3qEmv232 r2可得1mv2

qEr22

1 mv22 3 2 2 113入射时的动能，故D正确；应选BD。AB【详解】ANNO，N点处于两负电荷连线的中NNONN指向OLOL，L点处于两正电荷连线的中LOLLOL，由于正方形两对角线垂直平分，则L和N两点处的电场方向相互垂直，故A正确；B．正方形底边的一对等量异号电荷在M点产生的场强方向向左，而正方形上方的一对等量MM点离上方一对等量异号电荷距离较远，则M点的场方向向左，故B正确；C．由图可知，MO点位于两等量异号电荷的等势线上，即MO点电势相等，所以将MO点，电场力做功为零，故C错误；D．由图可知，LNLN点，电场力做功不为零，故D错误。应选AB。BD【详解】A．如下图Eqmg故等效重力G的方向与水平成45。当v 0时速度最小为v v，由于此时v存在水平重量，电场力还可以向左做负功，故y min 1 1此时电势能不是最大，故A错误；BD．水平方向上vEqt0 m在竖直方向上vgt由于Eqmg，得vv0如下图，小球的动能等于末动能。由于此时速度没有水平重量，故电势能最大。由动能定理可知W W 0G EqBD正确；m2EkC．当如图中v1所示时，此时速度水平重量与竖直重量相等，动能最小，故C错误；应选BDm2Ekd8d10．〔1〕t

；〔2〕3030或

；〔3〕N:N

50%cos0

6 6 0【详解】〔1〕电场方向竖直向上，粒子所受电场力在竖直方向上，粒子在水平方向上做匀速直线运动，速度分解如下图粒子在水平方向的速度为vvcosx 01Ek2Ekm2Ekm

mv2可知2解得m2Ek8m2Ekt v cosx 0粒子进入电场时的初动能1E 4qEd mv2k 2 0粒子进入电场沿电场方向做减速运动，由牛顿其次定律可得qEma粒子从CD边射出电场时与轴线OO的距离小于d，则要求2ad(vsin)20解得1sin12 2所以入射角的范围为3030或6 6设粒子入射角为”D点射出，由于粒子进入电场时，在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向反复做加速一样的减速运动，加速运动。粒子的速度2Ekm4 3qEd3 mv2Ekm4 3qEd3 m运动时间为3mdqE8d3mdqEt 总v”cos” cos”粒子在沿电场方向，反复做加速一样的减速运动，加速运动，则2adv1d

2(v”sin”)22adv2d

2(v )21d2adv3d

2(v )22d2adv4d

2(v )23d2adv5d

2(v )24d2adv6d

2(v )25d则v v v2d 4d v v v

v”sin”1d 3d 5d则粒子在分层电场中运动时间相等，设为t0，则1 1 8d 4dt t = =0 6总 6 v”cos” 3v”cos”且1qEdv”sint0

t22m 0代入数据化简可得6cos2”8sin”cos”10即”70解得tan”=7〔舍去〕或tan”=1解得”=4则从CD边出射的粒子与入射粒子的数量之比”N:N=0

50%23gR3gR11．〔1〕mgR；〔2〕v ；〔3〕y26Rx2 0【详解】〔1〕AB，依据能量守恒定律得1E mv21p 2 B

1mgR2BO，依据动能定理有mgRqE 2R

1mv2

mv212 O 2 B1解得3gRv 3gROO点时速度竖直向上，受电场力和重力作用，将电场力分解到x轴和yx轴方向有qEcos45max竖直方向有qEsin45mgmay解得ag，a 0x yOx轴方向做初速度为零的匀加速直线运动，y轴方向做匀速直线运动，即做类平抛运动，则有1x gt2，yvt2 OO点后运动的轨迹方程y26Rxk

20m3gt；〔2〕油滴A不带电，油滴B带负电，电荷量q0

mgd(h0 hU

h)2