专题17静电场及其应用-【好题汇编】三年（2022-2024）高考物理真题分类汇编（全国）（解析版）

专题17静电场及其应用考点三年考情（2022-2024）命题趋势考点1库仑定律（5年3考）2023年学业水平等级考试上海卷：相同小球电荷均分；2023高考海南卷：库仑定律，受力平衡；2022高考上海物理学科水平测试：库仑定律；2022高考辽宁物理：库仑定律，受力平衡；1.库仑定律高考考查频率较高，考查方式主要有：单独考查库仑定律；与平衡条件综合考查等。2.电场强度和场强叠加、静电力的考查有多种形式，多个点电荷电场叠加的考查有增加的趋势。考点2电场强度和静电力（5年4考）2024高考江西卷：静电力；2023高考全国乙卷：电场叠加；2023年高考湖南卷：电场叠加；2024高考江苏卷：静电场中试探电荷在两点的静电力F与电荷量q满足的关系图像，判断场强大小；2023高考海南卷：正三角形三个顶点固定三个等量电荷，判断场强、电势等。考点01库仑定律1.（2023年学业水平等级考试上海卷）三个大小相同的导体小球x、y、z分别带电+4μC、0μC和-10μC，小球x先于小球y接触，分开后小球y再与小球z接触，最后小球y的带电量为A.-4μCB.-3μCC.-2μCD.-1μC【参考答案】A【名师解析】根据完全相同导体小球接触后电荷量均分，可知x先于小球y接触，分开后小球y带电荷量为+2C，再与小球z接触，先中和后将剩余-8C均分，最后小球y的带电量为-4C，A正确。2.（2023高考海南卷）如图所示，一光滑绝缘轨道水平放置，直径上有A、B两点，AO=2cm，OB=4cm，在AB固定两个带电量分别为Q1、Q2的正电荷，现有一个带正电小球静置于轨道内侧P点（小球可视为点电荷），已知AP：BP=n：1，试求Q1：Q2是多少（）A.2n2：1 B.4n2：1 C.2n3：1 D.4n3：1【参考答案】C【名师解析】对小球受力分析如图所示由正弦定理有其中∠CPH=∠OPB，∠CHP=∠HPD=∠APO其中△APO中，同理有其中，联立有Q1：Q2=2n3：1，C正确。3.（2022高考上海物理学科水平测试）水平面上有一带电量为Q的均匀带电圆环，圆心为O，其中央轴线上距离O点为d的位置处也有带电量为q的点电荷。若点电荷受到的电场力为F，则Fk（k为静电力恒量）(选填：“＞”、“＜”或“＝”)。静电力恒量k的单位为（用“SI单位制”中的基本单位表示）。【参考答案】＜kg·m3·s-4·A-2【命题意图】本题考查库仑定律+矢量合成+国际单位制+微元法+模型思维【名师解析】把均匀带电圆环平均分成N小段，每一小段都可以看出点电荷，电荷量为q’=Q/N。设q’与点电荷q之间的连线和带电圆环圆心与点电荷q之间的连线之间的夹角为θ，由库仑定律，q’与点电荷q之间的库仑力大小为F’=k点电荷q受到的总库仑力大小为F=NF’cosθ=Nkcosθ=kcos3θ由于cosθ＜1，所以F＜k。由库仑定律，F=k，可得k=。用“SI单位制”中的基本单位表示力F的单位是kg·m/s2，距离r的单位为m，电荷量的单位为A·s，所以静电力恒量k的单位为=kg·m3·s-4·A-2。4.（2022高考辽宁物理）如图所示，带电荷量为的球1固定在倾角为光滑绝缘斜面上的a点，其正上方L处固定一电荷量为的球2，斜面上距a点L处的b点有质量为m的带电球3，球3与一端固定的绝缘轻质弹簧相连并在b点处于静止状态。此时弹簧的压缩量为，球2、3间的静电力大小为。迅速移走球1后，球3沿斜面向下运动。为重力加速度，球的大小可忽略，下列关于球3的说法正确的是（）A.带负电B.运动至a点的速度大小为C.运动至a点的加速度大小为D.运动至ab中点时对斜面的压力大小为【参考答案】BCD【命题意图】本题考查库仑定律、平衡条件、牛顿运动定律及其相关知识点.【名师解析】根据题图几何关系可知三小球构成一个边长为L的等边三角形，小球1和3之间的力大于小球2和3之间的力，弹簧处于压缩状态，故小球1和3之间的作用力一定是斥力，由于小球1带正电，所以小球3带正电，选项A错误；小球3运动至a点时，弹簧的伸长量等于，根据对称性可知，小球2对小球3做功为0；弹簧弹力做功为0，故根据动能定理有，解得，选项B正确；小球3在b点时，设小球3的电荷量为q，根据库仑定律和平衡条件，得。设弹簧的弹力为F，根据受力平衡，沿斜面方向有，解得。小球3运动至a点时，弹簧伸长量等于，根据对称性，利用牛顿第二定律可得，解得，选项C正确；当小球3运动至ab中点时，弹簧弹力为0，此时小球2对小球3的力为斜面对小球的支持力为根据牛顿第三定律可知，小球对斜面的压力大小为，选项D正确。考点02电场强度和电场力1.（2024高考江西卷）极板间一蜡烛火焰带有正离子、电子以及其他的带电粒子，两极板电压保持不变，当电极板距离减小时，电场强度如何变？电子受力方向？（）A.电场强度增大，方向向左 B.电场强度增大，方向向右C.电场强度减小，方向向左 D.电场强度减小，方向向右【答案】B【解析】由题知，两极板电压保持不变，则根据电势差和电场强度的关系有当电极板距离减小时，电场强度E增大，再结合题图可知极板间的电场线水平向左，则可知电子受到的电场力方向向右。B正确。2.（2024高考江苏卷）在静电场中有a、b两点，试探电荷在两点的静电力F与电荷量q满足如图所示的关系，请问a、b两点的场强大小关系是（）A. B. C. D.【答案】D【解析】根据可知图像斜率表示电场强度，由图可知根据题意无法得出和的数量关系。D正确。3.（2023高考全国甲卷）在一些电子设备中，让阴极发射的电子束通过适当的非匀强电场，可以使发散的电子束聚焦。下列4幅图中带箭头的实线表示电场线，如果用虚线表示电子可能的运动轨迹，其中正确的是A. B.C. D.【参考答案】D【命题意图】本题考查对电场线的理解，电子在非匀强电场中的运动及其相关知识点。【解题思路】根据电子所受电场力与电场线切线方向相反，且指向轨迹的凹侧，可知正确的是D。4.（2023学业水平等级考试上海卷）如图所示，a为匀强电场，b为非匀强电场，三个电荷用绝缘轻杆连接成正三角形，则整个系统所受合力的情况是A.a为0，b为0B.a为0，b不为0C.a不为0，b为0D.a不为0，b不为0【参考答案】B【名师解析】a为匀强电场，整个系统所受电场力为零，b为非匀强电场，整个系统所受电场力不为零，B正确。5.（2023高考海南卷）如图所示，正三角形三个顶点固定三个等量电荷，其中带正电，带负电，为边的四等分点，下列说法正确的是（）A.、两点电场强度相同 B.、两点电势相同C.负电荷在点电势能比在点时要小 D.负电荷在点电势能比在点时要大【参考答案】BC【名师解析】根据场强叠加以及对称性可知，MN两点的场强大小相同，但是方向不同，选项A错误；因在AB处的正电荷在MN两点的合电势相等，在C点的负电荷在MN两点的电势也相等，则MN两点电势相等，选项B正确；因负电荷从M到O，因AB两电荷的合力对负电荷的库仑力从O指向M，则该力对负电荷做负功，C点的负电荷也对该负电荷做负功，可知三个电荷对该负电荷的合力对其做负功，则该负电荷的电势能增加，即负电荷在M点的电势能比在O点小；同理可知负电荷在N点的电势能比在O点小。选项C正确，D错误。6.（2022高考河北）如图，真空中电荷量为和的两个点电荷分别位于点与点，形成一个以MN延长线上点为球心，电势为零的等势面（取无穷处电势为零），为MN连线上的一点，S为等势面与直线MN的交点，为等势面上的一点，下列说法正确的是（）

A.点电势低于点电势 B.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.将正试探电荷从T点移到P点，静电力做正功【参考答案】B【命题意图】本题考查静电场及其相关知识点。【名师解析】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，根据电场的叠加可知MN间的电场强度水平向右，沿着电场线电势逐渐降低，可知点电势高于等势面与MN交点处电势，则点电势高于点电势，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左侧电场强度不可能为零，则N右侧，设MN距离为，根据可知除无穷远处外，直线MN电场强度为零的点只有一个，故C错误；由A选项分析可知：点电势低于电势，则正电荷在点的电势能低于在电势的电势能，将正试探电荷从T点移到P点，电势能增大，静电力做负功，故D错误；设等势圆的半径为，AN距离为x，MN距离为，如图所示根据点电荷电势公式：结合电势的叠加原理，、满足，解得，由于电场强度方向垂直等势面，可知T点的场强方向必过等势面的圆心，O点电势可知，可知T点电场方向指向O点，故B正确。7.（2022山东物理）半径为R的绝缘细圆环固定在图示位置，圆心位于O点，环上均匀分布着电量为Q的正电荷。点A、B、C将圆环三等分，取走A、B处两段弧长均为的小圆弧上的电荷。将一点电荷q置于延长线上距O点为的D点，O点的电场强度刚好为零。圆环上剩余电荷分布不变，q为（）

A.正电荷， B.正电荷，C.负电荷， D.负电荷，【参考答案】C【命题意图】本题考查电场叠加及其相关知识点。【名师解析】取走A、B处两段弧长均为的小圆弧上的电荷，根据对称性可知，圆环在O点产生的电场强度为与A在同一直径上的A1和与B在同一直径上的B1产生的电场强度的矢量和，如图所示，因为两段弧长非常小，故可看成点电荷，则有由图可知，两场强的夹角为，则两者的合场强为根据O点的合场强为0，则放在D点的点电荷带负电，大小为根据，联立解得，故选C。

8.（2022·全国理综乙卷·19）如图，两对等量异号点电荷、固定于正方形的4个项点上。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.L和N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.将一带正电的点电荷从M点移动到O点，电场力做正功D.将一带正电的点电荷从L点移动到N点，电场力做功为零【参考答案】AB【名师解析】两个正电荷在N点产生的场强方向由N指向O，N点处于两负电荷连线的中垂线上，则两负电荷在N点产生的场强方向由N指向O，则N点的合场强方向由N指向O，同理可知，两个负电荷在L处产生的场强方向由O指向L，L点处于两正电荷连线的中垂线上，两正电荷在L处产生的场强方向由O指向L，则L处的合场方向由O指向L，由于正方向两对角线垂直平分，则L和N两点处的电场方向相互垂直，故A正确；正方向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异号电荷在M点产生的场强方向向右，由于M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；由图可知，M和O点位于两等量异号电荷的等势线上，即M和O点电势相等，所以将一带正电的点电荷从M点移动到O点，电场力做功为零，故C错误；由图可知，L点的电势低于N点电势，则将一带正电的点电荷从L点移动到N点，电场力做功不为零，故D错误。9．（2022年6月浙江选考）如图为某一径向电场示意图，电场强度大小可表示为，a为常量。比荷相同的两粒子在半径r不同的圆轨道运动。不考虑粒子间的相互作用及重力，则A．轨道半径r小的粒子角速度一定小B．电荷量大的粒子的动能一定大C．粒子的速度大小与轨道半径r一定无关D．当加垂直纸面磁场时，粒子一定做离心运动【参考答案】BC【命题意图】本题考查牛顿运动定律、电场力、圆周运动、洛伦兹力、动能及其相关知识点。【解题思路】粒子在半径为r的圆轨道运动，qE=mω2r，将代入，得ω2=，由此可知，轨道半径r小的粒子角速度一定大，A错误；由qE=mv2/r，解得q=Ek，即电荷量大的粒子的动能一定大，B正确；由qE=mv2/r，可知v2=qa/m，即粒子的速度大小与轨道半径r一定无关，C正确；若加垂直纸面向外的磁场时，带电粒子所受洛伦兹力指向圆心，则粒子做向心运动，D错误。10.（12分）（2023高考全国乙卷）如图，等边三角形位于竖直平面内，AB边水平，顶点C在AB边上方，3个点电荷分别固定在三角形的三个顶点上。已知AB边中点M处的电场强度方向竖直向下，BC边中点N处的电场强度方向竖直向上，A点处点电荷的电荷量的绝对值为q，求（1）B点处点电荷的电荷量的绝对值并判断3个点电荷的正负；（2）C点处点电荷的电荷量。【参考答案】q【命题意图】本题考查场强叠加及其相关知识点。【解题思路】【解析】（1）根据题述，可知A、B两点各带等量正电荷，A、B两点电荷在M点产生的电场相互抵消，C点带正电荷，设为Q，在M点产生的电场方向竖直向下。所以B点电荷所带电量为q。（2）设等边三角形边长为L，则AN=Lcos30°=L，根据点电荷电场强度公式，A点电荷在N点产生的电场强度EA=k，方向垂直BC由A指向N；B点电荷在N点产生的电场强度EB=k，方向由B指向C；C点电荷在N点产生的电场强度EC=k，方向由C指向B；要使N点场强竖直向上，则有：EBcos30°+EAcos60°＞ECcos30°，EBsin30°=EAsin60°+ECsin30°即ksin30°=ksin60°+ksin30°解得：Q=q。【易错提醒】场强是矢量，场强叠加必须运用平行四边形定则进行。11．（2023高考北京卷）如图所示