高中物理专题攻略：第六章 静电场 章末质量检测

第六章静电场(时间90分钟，满分100分)命题设计难度题号目标较易中等稍难库仑力和电场力1、3、5电势、电势能2、4、6、12物体在电场中的平衡和运动3、4、5综合应用7、89、10、11、13、1415、16一、选择题(本大题共12个小题，共60分，每小题至少有一个选项正确，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)1．(2009·江苏高考)两个分别带有电荷量－Q和＋3Q的相同金属小球(均可视为点电荷)，固定在相距为r的两处，它们间库仑力的大小为F.两小球相互接触后将其固定距离变为eq\f(r,2)，则两球间库仑力的大小为 ()A.eq\f(1,12)F B.eq\f(3,4)FC.eq\f(4,3)F D．12F解析：两带电金属球接触后，它们的电荷量先中和后均分，由库仑定律得：F＝keq\f(3Q2,r2)，F′＝keq\f(Q2,(\f(r,2))2)＝keq\f(4Q2,r2).联立得F′＝eq\f(4,3)F，C选项正确．答案：C2．(2010·南通模拟)如图1所示，匀强电场E的区域内，在O点放置一点电荷＋Q.a、b、c、d、e、f为以O为球心的球面上的点，aecf平面与电场平行，bedf平面与电场垂直，则下列说法中正确的是 ()A．b、d两点的电场强度相同B．a点的电势等于f点的电势C．点电荷＋q在球面上任意两点之间移动时，电场力一定做功D．将点电荷＋q在球面上任意两点之间移动时，从a点移动到c点电势能的变化量一定最大解析：b、d两点的场强为＋Q产生的场与匀强电场E的合场强，由对称可知，其大小相等，方向不同，A错误；a、f两点虽在＋Q所形电场的同一等势面上，但在匀强电场E中此两点不等势，故B错误；在bedf面上各点电势相同，点电荷＋q在bedf面上移动时，电场力不做功，C错误；从a点移到c点，＋Q对它的电场力不做功，但匀强电场对＋q做功最多，电势能变化量一定最大，故D正确．答案：D3．如图2所示，一质量为m、带电荷量为q的物体处于场强按E＝E0－kt(E0、k均为大于零的常数，取水平向左为正方向)变化的电场中，物体与竖直墙壁间的动摩擦因数为μ，当t＝0时刻物体处于静止状态．若物体所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，且电场空间和墙面均足够大，下列说法正确的是()A．物体开始运动后加速度先增加、后保持不变B．物体开始运动后加速度不断增大C．经过时间t＝eq\f(E0,k)，物体在竖直墙壁上的位移达最大值D．经过时间t＝eq\f(μqE0－mg,μkq)，物体运动速度达最大值解析：物体运动后，开始时电场力不断减小，则弹力、摩擦力不断减小，所以加速度不断增加；电场力减小到零后反向增大，电场力与重力的合力一直增大，加速度也不断增大，B正确；经过时间t＝eq\f(E0,k)后，物体将脱离竖直墙面，所以经过时间t＝eq\f(E0,k)，物体在竖直墙壁上的位移达最大值，C正确．答案：BC4．如图3所示，两平行金属板竖直放置，板上A、B两孔正好水平相对，板间电压为500V．一个动能为400eV的电子从A孔沿垂直板方向射入电场中．经过一段时间电子离开电场，则电子离开电场时的动能大小为 ()A．900eV B．500eVC．400eV D．100eV解析：由于电子动能Ek＝400eV<500eV，电子在电场中先做匀减速直线运动后反向做匀加速直线运动，最终从A孔出射，电场力做功为零，电子动能大小不变．C项正确．答案：C5．平行板电容器的两极板A、B接于电源两极，两极板竖直、平行正对，一带正电小球悬挂在电容器内部，闭合电键S，电容器充电，悬线偏离竖直方向的夹角为θ，如图4所示，则下列说法正确的是 ()图4A．保持电键S闭合，带正电的A板向B板靠近，则θ减小B．保持电键S闭合，带正电的A板向B板靠近，则θ增大C．电键S断开，带正电的A板向B板靠近，则θ增大D．电键S断开，带正电的A板向B板靠近，则θ不变解析：对A、B选项，因电键S闭合，所以A、B两极板的电势差不变，由E＝eq\f(U,d)可知极板间场强增大，悬挂的带正电小球受到的电场力增大，则θ增大，选项A错误B正确；对C、D选项，因电键S断开，所以电容器两极板所带电荷量保持不变，由C＝eq\f(Q,U)、C＝eq\f(εrS,4πkd)和E＝eq\f(U,d)可推出，E＝eq\f(4πkQ,εrS)，与两极板间距离无关，两极板间场强保持不变，悬挂的带正电的小球受到的电场力不变，则θ不变，D项正确．答案：BD6．(2010·黄冈模拟)如图5所示，AC、BD为圆的两条互相垂直的直径，圆心为O，半径为r，将带等电荷量的正、负点电荷放在圆周上，它们的位置关于AC对称，＋q与O点的连线和OC夹角为30°，下列说法正确的是 ()A．A、C两点的电势关系是φA＝φCB．B、D两点的电势关系是φB＝φDC．O点的场强大小为eq\f(kq,r2)D．O点的场强大小为eq\f(\r(3)kq,r2)解析：由等量异种点电荷的电场分布和等势面的关系可知，等量异种点电荷的连线的中垂线为一条等势线，故A、C两点的电势关系是φA＝φC，A对；空间中电势从左向右逐渐降低，故B、D两点的电势关系是φB＞φD，B错；＋q点电荷在O点的场强与－q点电荷在O点的场强的大小均为eq\f(kq,r2)，方向与BD方向向上和向下均成60°的夹角，合场强方向向右，根据电场的叠加原理知合场强大小为eq\f(kq,r2)，C对D错．答案：AC7．(2009·四川高考)如图6所示，粗糙程度均匀的绝缘斜面下方O点处有一正点电荷，带负电的小物体以初速度v1从M点沿斜面上滑，到达N点时速度为零，然后下滑回到M点，此时速度为v2(v2<v1)．若小物体电荷量保持不变，OM＝ON，则()图6A．小物体上升的最大高度为eq\f(v12＋v22,4g)B．从N到M的过程中，小物体的电势能逐渐减小C．从M到N的过程中，电场力对小物体先做负功后做正功D．从N到M的过程中，小物体受到的摩擦力和电场力均是先增大后减小解析：因为OM＝ON，M、N两点位于同一等势面上，所以从M到N的过程中，电场力时小物体先做正功再做负功，电势能先减小后增大，B、C错误；因为小物体先靠近正点电荷后远离正点电荷，所以电场力、斜面压力、摩擦力都是先增大后减小，D正确；设小物体上升的最大高度为h，摩擦力做功为W，在上升过程、下降过程根据动能定理得－mgh＋W＝0－eq\f(1,2)mv12①mgh＋W＝eq\f(1,2)mv22，②联立①②解得h＝eq\f(v12＋v22,4g)，A正确．答案：AD8．如图7所示，在竖直向上的匀强电场中，一根不可伸长的绝缘细绳的一端系着一个带电小球，另一端固定于O点，小球在竖直平面内做匀速圆周运动，最高点为a，最低点为b.不计空气阻力，则 ()A．小球带负电B．电场力跟重力平衡C．小球在从a点运动到b点的过程中，电势能减小D．小球在运动过程中机械能守恒解析：由于小球在竖直平面内做匀速圆周运动，速率不变化，由动能定理，外力做功为零，绳子拉力不做功，电场力和重力做的总功为零，所以电场力和重力的合力为零，电场力跟重力平衡，B正确．由于电场力的方向与重力方向相反，电场方向又向上，所以小球带正电，A不正确．小球在从a点运动到b点的过程中，电场力做负功，由功能关系得，电势能增加，C不正确．在整个运动过程中，除重力做功外，还有电场力做功，小球在运动过程中机械能不守恒，D不正确．答案：B9．(2009·安徽高考)在光滑的绝缘水平面上，有一个正方形abcd，顶点a、c处分别固定一个正点电荷，电荷量相等，如图8所示．若将一个带负电的粒子置于b点，自由释放，粒子将沿着对角线bd往复运动．粒子从b点运动到d点的过程中()图8A．先做匀加速运动，后做匀减速运动B．先从高电势到低电势，后从低电势到高电势C．电势能与机械能之和先增大，后减小D．电势能先减小，后增大解析：这是等量同种电荷形成的电场，根据这种电场的电场线分布情况，可知在直线bd上正中央一点的电势最高，所以B错误．正中央一点场强最小等于零，所以A错误．负电荷由b到d先加速后减速，动能先增大后减小，则电势能先减小后增大，但总和不变，所以C错误，D正确．答案：D10.(2009·天津高考)如图9所示，带等量异号电荷的两平行金属板在真空中水平放置，M、N为板间同一电场线上的两点，一带电粒子(不计重力)以速度vM经过M点在电场线上向下运动，且未与下板接触，一段时间后，粒子以速度vN折回N点，则 ()A．粒子受电场力的方向一定由M指向NB．粒子在M点的速度一定比在N点的大C．粒子在M点的电势能一定比在N点的大D．电场中M点的电势一定高于N点的电势解析：由题意可知M、N在同一条电场线上，带电粒子从M点运动到N点的过程中，电场力做负功，动能减小，电势能增加，故选项A、C错误，B正确；由于题中未说明带电粒子及两极板的电性，故无法判断M、N两点的电势高低，选项D错误．答案：B11．如图10所示，光滑绝缘直角斜面ABC固定在水平面上，并处在方向与AB面平行的匀强电场中，一带正电的物体在电场力的作用下从斜面的底端运动到顶端，它的动能增加了ΔEk，重力势能增加了ΔEp.则下列说法正确的是 ()A．电场力所做的功等于ΔEkB．物体克服重力做的功等于ΔEpC．合外力对物体做的功等于ΔEkD．电场力所做的功等于ΔEk＋ΔEp解析：物体沿斜面向上运动的过程中有两个力做功，电场力做正功，重力做负功，根据动能定理可得：WF＋WG＝ΔEk由重力做功与重力势能变化的关系可得WG＝－ΔEp，由上述两式易得出A错误，B、C、D正确．答案：BCD12．如图11所示，匀强电场中有a、b、c三点．在以它们为顶点的三角形中，∠a＝30°、∠c＝90°，电场方向与三角形所在平面平行．已知a、b和c点的电势分别为(2－eq\r(3))V、(2＋eq\r(3))V和2V．该三角形的外接圆上最低、最高电势分别为 ()A．(2－eq\r(3))V、(2＋eq\r(3))V B．0V、4VC．(2－eq\f(4\r(3),3))V、(2＋eq\f(4\r(3),3))V D．0V、2eq\r(3)V解析：如图，根据匀强电场的电场线与等势面是平行等间距排列，且电场线与等势面处处垂直，沿着电场线方向电势均匀降落，取ab的中点O，即为三角形的外接圆的圆心，且该点电势为2V，故Oc为等势面，MN为电场线，方向为MN方向，UOP＝UOa＝eq\r(3)V，UON∶UOP＝2∶eq\r(3)，故UON＝2V，N点电势为零，为最小电势点，同理M点电势为4V，为最大电势点．B项正确．答案：B二、计算题(本大题共4个小题，共40分，解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)13．(8分)(2010·蚌埠一模)两个正点电荷Q1＝Q和Q2＝4Q分别置于固定在光滑绝缘水平面上的A、B两点，A、B两点相距L，且A、B两点正好位于水平放置的光滑绝缘半圆细管两个端点的出口处，如图12所示．(1)现将另一正点电荷置于A、B连线上靠近A处静止释放，求它在AB连线上运动过程中达到最大速度时的位置离A点的距离．(2)若把该点电荷放于绝缘管内靠近A点处由静止释放，已知它在管内运动过程中速度为最大时的位置在P处．试求出图中PA和AB连线的夹角θ.解析：(1)正点电荷在A、B连线上速度最大处对应该电荷所受合力为零(加速度最小)，设此时距离A点为x，即keq\f(Q1q,x2)＝keq\f(Q2q,(L－x)2)解得x＝eq\f(L,3).(2)若点电荷在P点处所受库仑力的合力沿OP方向，则P点为点电荷的平衡位置，则它在P点处速度最大，即此时满足tanθ＝eq\f(F2,F1)＝eq\f(k\f(4Qq,(2Rsinθ)2),k\f(Qq,(2Rcosθ)2))＝eq\f(4cos2θ,sin2θ)即得：θ＝arctaneq\r(3,4).答案：(1)eq\f(L,3)(2)arctaneq\r(3,4)14．(10分)如图13所示，ABCD为竖直放在场强为E＝104V/m的水平匀强电场中的绝缘光滑轨道，其中轨道的eq\x\to(BCD)部分是半径为R的半圆形轨道，轨道的水平部分与其半圆相切，A为水平轨道上的一点，而且AB＝R＝0.2m，把一质量m＝0.1kg、带电荷量q＝＋1×10－4C的小球放在水平轨道的A点由静止开始释放，小球在轨道的内侧运动．(g取10m/s2)求：(1)小球到达C点时的速度是多大？(2)小球到达C点时对轨道压力是多大？(3)若让小球安全通过D点，开始释放点离B点至少多远？解析：(1)由A点到C点应用动能定理有：Eq(AB＋R)－mgR＝eq\f(1,2)mvC2解得：vC＝2m/s(2)在C点应用牛顿第二定律得：FN－Eq＝meq\f(vC2,R)得FN＝3N由牛顿第三定律知，小球在C点对轨道的压力为3N.(3)小球要安全通过D点，必有mg≤meq\f(vD2,R).设释放点距B点的距离为x，由动能定理得：Eqx－mg·2R＝eq\f(1,2)mvD2以上两式联立可得：x≥0.5m.答案：(1)2m/s(2)3N(3)0.5m15．(10分)半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内，环上套有一质量为m、带正电的珠子，空间存在水平向右的匀强电场，如图14所示．珠子所受静电力是其重力的eq\f(3,4)倍，将珠子从环上最低位置A点由静止释放，求：(1)珠子所能获得的最大动能是多少？(2)珠子对圆环的最大压力是多少？解析：(1)设qE、mg的合力F合与竖直方向的夹角为θ，因qE＝eq\f(3,4)mg，所以tanθ＝eq\f(qE,mg)＝eq\f(3,4)，则sinθ＝eq\f(3,5)，cosθ＝eq\f(4,5)，则珠子由A点静止释放后在从A到B的过程中做加速运动，如图所示．由题意知珠子在B点的动能最大，由动能定理得qErsinθ－mgr(1－cosθ)＝Ek，解得Ek＝eq\f(1,4)mgr.(2)珠子在B点对圆环的压力最大，设珠子在B点受圆环的弹力为FN，则FN－F合＝eq\f(mv2,r)(eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,4)mgr)即FN＝F合＋eq\f(mv2,r)＝eq\r((mg)2＋(q