高中物理：静电场中的能量-测试题(含答案)

好教育云平台入学调研考试卷第好教育云平台入学调研考试卷第=page12*2-123页（共=sectionPages12*224页）好教育云平台入学调研考试卷第=page12*224页（共=sectionPages12*224页）高中物理：静电场中的能量测试题（含答案）注意事项：此卷只装订不密封1．答题前,先将自己的姓名、准考证号填写在试题卷和答题卡上,此卷只装订不密封2．选择题的作答：每小题选出答案后,用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑,写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。3．非选择题的作答：用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。4．考试结束后,请将本试题卷和答题卡一并上交。一、选择题(本题共12小题,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,第1～8题只有一项符合题目要求,第9～12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)1．下面是某同学对电场中的一些概念及公式的理解,其中正确的是()A．根据电场强度的定义式E＝eq\f(F,q)可知,电场中某点的电场强度与试探电荷所带的电荷量成反比C．根据真空中点电荷的电场强度公式E＝keq\f(Q,r2)可知,电场中某点的电场强度与场源电荷所带的电荷量无关D．根据电势差的定义式UAB＝eq\f(WAB,q)可知,带电荷量为1C的正电荷,从A点移动到B点克服电场力做功为1J,则A、B两点间的电势差为－1V2．如图所示,在粗糙的水平面上固定一个点电荷Q,在M点无初速度释放一个带有恒定电荷量的小物块,小物块在Q的电场中运动到N点停止,则从M到N的过程中,下列说法错误的是()A．小物块所受的静电力逐渐减小B．小物块具有的电势能逐渐减小C．M点的电势一定高于N点的电势D．小物块电势能的减少量一定等于克服摩擦力做的功3．如图所示,实线为两个点电荷Q1、Q2产生的电场的电场线,虚线为正电荷从A点运动到B点的运动轨迹,则下列判断正确的是()A．A点的场强小于B点的场强B．Q1的电荷量大于Q2的电荷量C．正电荷在A点的电势能小于在B点的电势能D．正电荷在A点的速度小于在B点的速度4．如图所示,M、N是真空中的两块平行金属板,质量为m、电荷量为q的带电粒子,以初速度v0由小孔进入电场,当M、N间电压为U时,粒子恰好能到达N板,如果要使这个带电粒子到达M、N板间距的eq\f(1,2)后返回,下列措施中能满足此要求的是(不计带电粒子的重力)()A．使初速度减为原来的eq\f(1,2)B．使M、N间电压加倍C．使M、N间电压提高到原来的4倍D．使初速度和M、N间电压都减为原来的eq\f(1,4)5．如图所示,把一个平行板电容器接在电压U＝10V的电源上。现进行下列四步操作：(1)合上K；(2)在两板中央插入厚为eq\f(d,2)的金属板；(3)断开K；(4)抽出金属板。则此时电容器两板间的电势差为()A．20 B．10VC．5V D．0V6．如图,电荷量分别为q和－q(q>0)的点电荷固定在正方体的两个顶点上,a、b是正方体的另外两个顶点。则()A．a点和b点的电势相等B．a点和b点的电场强度大小相等C．a点和b点的电场强度方向相反D．将负电荷从a点移到b点,电势能增加7．如图甲所示,大量的质量为m、电荷量为e的电子由静止开始经电压为U0的电场加速后,先后从上极板的边缘平行极板方向进入偏转电场,其中偏转电场两极板间的电压UAB随时间t变化的规律如图乙所示。已知偏转极板间的距离为d,板长为l,不计电子的重力及电子间的相互作用,电子通过偏转极板间所用的时间极短,可认为偏转电压不变,当偏转电压为3U0时,粒子刚好从距上极板eq\f(1,3)d的P点射出,下列说法正确的是()A．d＝2lB．当UAB＝3U0时,电子射出偏转电场时的速度为C．当UAB＝3U0时,电子射出偏转电场时速度的偏转角为45°D．在eq\f(4,5)T～T时间内进入偏转电场的电子都不能从极板右侧射出8．如图所示,在竖直平面内xOy坐标系中分布着与水平方向成45°夹角的匀强电场,将一质量为m、带电荷量为q的小球,以某一初速度从O点竖直向上抛出,它的轨迹恰好满足抛物线方程y＝kx2,且小球通过点,已知重力加速度为g,则()A．电场强度的大小为B．小球初速度的大小为C．小球通过点P时的动能为D．小球从O点运动到P点的过程中电势能减少9．如图为静电除尘机的原理示意图,废气先经过一个机械过滤装置再进入静电除尘区,带负电的尘埃在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积,图中虚线为电场线(方向未标)。不考虑尘埃在迁移过程中的相互作用和电荷量变化,则()A．电场线方向由放电极指向集尘极B．图中A点电势高于B点电势C．尘埃在迁移过程中做变加速运动D．尘埃在迁移过程中电势能减小10．某静电场中x轴上电场强度E随x变化的关系如图所示,设x轴正方向为电场强度的正方向。一带电荷量大小为q的粒子从坐标原点O沿x轴正方向运动,结果粒子刚好能运动到x＝3x0处,假设粒子仅受电场力作用,E0和x0已知,则()A．粒子一定带负电B．粒子的初动能大小为eq\f(3,2)qE0x0C．粒子沿x轴正方向运动过程中电势能先增大后减小D．粒子沿x轴正方向运动过程中最大动能为2qE0x011．如图所示,两个等量异种点电荷分别位于P、Q两点,P、Q两点在同一竖直线上,水平面内有一正三角形ABC,且PQ连线的中点O为三角形ABC的中心,M、N为PQ连线上关于O点对称的两点,则下列说法中正确的是()A．A、B、C三点的电势相等B．电子在O点具有的电势能大于在B点具有的电势能C．M点场强大于N点场强D．将一正点电荷从A点移到O点,电场力做负功12．如图所示,水平面内有A、B、C、D、E、F六个点,它们均匀分布在半径R＝2cm的同一圆周上,空间有一方向与圆平面平行的匀强电场。已知A、C、E三点的电势分别为φA＝(2－eq\r(3))V、φC＝2V、φE＝(2＋eq\r(3))V,下列判断正确的是()A．电场强度的方向由A指向DB．电场强度的大小为100V/mC．该圆周上的点电势最高为4VD．将电子从D点沿DEF移到F点,静电力做正功二、非选择题(本题共6小题,共52分。把答案填在题中的横线上或按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)13．(6分)平行的带电金属板A、B间是匀强电场,如图所示,两板间距离是5cm,两板间的电压是60V。(1)两板间的场强是________V/m；(2)电场中有P1和P2两点,P1点离A板0.5cm,P2点离B板也是0.5cm,P1和P2两点间的电势差U12＝________V；若将一个带电量q＝－2.0×10－5C的电荷放在P1点,则该电荷在p1处的电势能是________J。14．(6分)在测定电容器电容的实验中,将电容器、电压传感器、阻值为3kΩ的电阻R、电源、单刀双掷开关S按图甲所示电路图进行连接。先使开关S与1相连,电源给电容器充电,充电完毕后把开关S掷向2,电容器放电,直至放电完毕,实验得到的与电压传感器相连接的计算机所记录的电压随时间变化的图线如图乙所示,图丙为由计算机对图乙进行数据处理后记录了“峰值”及图线与时间轴所围“面积”的图象。(1)根据图甲所示的电路,观察图乙可知：充电电流与放电电流方向________(填“相同”或“相反”),大小都随时间________(填“增大”或“减小”)。(2)该电容器的电容为________F。(结果保留两位有效数字)(3)某同学认为：仍利用上述装置,将电压传感器从电阻两端改接在电容器的两端,也可以测出电容器的电容值,请你分析并说明该同学的说法是否正确________。15．(6分)如图所示,A、B、C为一等边三角形的三个顶点,某匀强电场的电场线平行于该三角形所在的平面。现将电荷量为10－8C的正点电荷从A点移到B点,电场力做功为3×10－6J,将另一电荷量为10－8C的负点电荷从A点移到C点,克服电场力做功3×10－6J。(1)求电场线方向,UAB、UAC、UBC各为多少？(2)若AB边长为2eq\r(3)cm,求电场强度。16．(8分)电荷量为q＝1×10－4C的带正电小物块置于粗糙的绝缘水平面上,所在空间存在沿水平方向的匀强电场,场强E与时间t的关系及物块速度v与时间t的关系分别如图甲、乙所示,若重力加速度g取10m/s2,求：(1)物块的质量m；(2)物块与水平面之间的动摩擦因数；(3)物块运动2s过程中,其电势能的改变量。17．(12分)一束电子流经U1＝5000V的加速电压加速后,在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场,如图所示,两极板间电压U2＝400V,两极板间距d＝2.0cm,板长L1＝5.0cm。(1)求电子在两极板间穿过时的偏移量y；(2)若平行板的右边缘与屏的距离L2＝5.0cm,求电子打在屏上的位置与中心O的距离Y(O点位于平行板水平中线的延长线上)；(3)若另一个质量为m(不计重力)的二价负离子经同一电压U1加速,再经同一偏转电场,射出偏转电场的偏移量y′和打在屏上的偏移量Y′各是多大？18．(14分)如图所示,由两段相互平行的足够长的水平直杆PQ、MN和一半径为R的光滑半圆环MAP组成绝缘装置,固定在竖直平面内,其中MN杆是光滑的,PQ杆是粗糙的。现将一质量为m的带正电荷的小环套在MN杆上,小环所受的电场力为重力的eq\f(1,2)。(1)若将小环由D点静止释放,则刚好能到达P点,求DM间的距离；(2)若将小环由M点右侧5R处静止释放,设小环与PQ杆间的动摩擦因数为μ,小环所受最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,求小环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功。物理答案一、选择题(本题共12小题,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,第1～8题只有一项符合题目要求,第9～12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)1．【答案】D2．【答案】C【解析】小物块在从M运动到N的过程中,一定受到向右的摩擦力,所以库仑力一定向左。随着由M运动到N,离电荷Q距离越来越大,所以小物块受到的静电力即库仑力一定减小,A正确；由动能定理可得μmgx－WE＝0,即WE＝μmgx,静电力做正功,小物块具有的电势能减小,其减少量等于克服滑动摩擦力做的功值,B、D正确；因点电荷Q的电性未知,不能判断M、N两点电势的高低,C错误。3．【答案】C【解析】根据“电场线的密疏表示场强的大小”可知A点的场强比B点的场强大,故A错误；根据电场线分布情况可知Q1、Q2是同种电荷,由点电荷Q2周围电场线较密可知Q2带电荷量较多,故B错误；正电荷做曲线运动,受到的合力方向指向曲线的凹处,并且和电场线在一条直线上,所以正电荷电场力方向指向Q2,由于正电荷从A点运动到B点的过程中,电场力方向与速度方向的夹角总是大于90°,电场力做负功,电势能增大,即正电荷在A点的电势能小于在B点的电势能,故C正确；正电荷从A点运动到B点,电场力做负功,电势能增大,动能减小,故正电荷在A点的速度大于在B点的速度,故D错误。4．【答案】B【解析】在粒子刚好到达N板的过程中,由动能定理得－qEd＝0－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0),所以,令带电粒子离开M板的最远距离为x,则使初速度减为原来的eq\f(1,2),x＝eq\f(1,4)d,故A错误；使M、N间电压提高到原来的2倍,电场强度变为原来的2倍,x＝eq\f(1,2)d,故B正确；使M、N间电压提高到原来的4倍,电场强度变为原来的4倍,x＝eq\f(1,4)d,故C错误；使初速度和M、N间电压减为原来的eq\f(1,4),电场强度变为原来的eq\f(1,4),x＝eq\f(1,4)d,故D错误。5．【答案】A【解析】根据C＝eq\f(εrS,4πkd)分析每一步操作造成的影响如下：(1)合上K,电源对电容器充电,电容器两端电压为U,设电容为C,则带电荷量Q1＝CU,板间形成一个匀强电场,电场强度为E1＝eq\f(U,d)；(2)插入金属板,板的两侧出现等量异号的感应电荷,上、下形成两个匀强电场区域,其宽度均为eq\f(d,4)。由于整个金属板为等势体,则M板与金属板之间、金属板与N板之间的电势差均为eq\f(U,2),因此,其电场强度增为原来的2倍,即E2＝2E1。显然,在插入过程中,电源必须对M、N两板继续充电,使板上电荷量增为原来的2倍,即Q2＝2Q1；(3)断开K,M、N两板的电荷量保持不变,即Q3＝Q2＝2Q1；(4)抽出金属板,电容器的电容仍为C,而电荷量为2Q1,所以两板间电势差变为eq\f(2Q1,C)＝2U＝20V。6．【答案】B【解析】b点距q近,a点距－q近,则b点的电势高于a点的电势,A错误；如图所示,a、b两点的电场强度可视为E3与E4、E1与E2的合场强。其中E1∥E3,E2∥E4,且知E1＝E3,E2＝E4,故合场强Ea与Eb大小相等、方向相同,B正确,C错误；由于φa＜φb,负电荷从低电势移至高电势过程中,电场力做正功,电势能减少,D错误。7．【答案】C【解析】电子由静止开始经电压为U0的电场加速有eU0＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0),解得,当UAB＝3U0时,进入偏转电场加速度,根据平抛运动规律有l＝v0t,eq\f(1,3)d＝eq\f(1,2)at2,vy＝at,联立解得d＝eq\f(3,2)l,,电子射出偏转电场时速度的偏转角为45°,合速度,选项AB错误,C正确；设电子恰能从极板右侧下边缘射出的偏转电压为U,则有,根据平抛运动规律有l＝v0t,d＝eq\f(1,2)at2,解得U＝9U0,所以当电子进入偏转电场的电压小于9U0的电子可以从从极板右侧射出,结合图象可知选项D错误。8．【答案】D【解析】小球以某一初速度从O点竖直向上抛出,它的轨迹恰好满足抛物线方程y＝kx2,说明小球做类平抛运动,则电场力与重力的合力沿y轴正方向,竖直方向qEsin45°＝mg,故电场强度的大小,A错误；小球受到的合力F合＝qEcos45°＝mg＝ma,所以a＝g,由平抛运动规律有：,,得初速度大小,B错误；又,所以通过点P时的动能,C错误；小球从O到P电势能减少,且减少的电势能等于电场力做的功,即,D正确。9．【答案】CD【解析】带负电的尘埃在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积,说明电场线方向由集尘极指向放电极,图中A点电势低于B点电势,选项A、B错误；由于放电极与集尘极之间的电场为非匀强电场,尘埃所受电场力不是恒力,所以尘埃在迁移过程中做变加速运动,选项C正确；尘埃在迁移过程中,电场力做正功,电势能减小,选项D正确。10．【答案】BD11．【答案】AD【解析】根据空间几何的位置关系可知,A、B、C三点到P、Q两点的距离均相等,三点的场强和电势均相等,故A正确；电子带负电,电势小的地方电势能大,由于O点电势大于B点的电势,电子在O点具有的电势能小于在B点具有的电势能,故B错误；根据等量异种电荷电场线的分布,可知电场线的疏密程度是关于O点所在的中垂线对称的,所以M点场强等于N点场强,故C错误；A点电势小于O点电势,正点电荷从A点移到O点,电势升高,电势能升高,电场力做负功,故D正确。12．【答案】BC【解析】AE中点G的电势,如图所示,FC是一个等势面,电场线与等势面垂直,且由电势高的等势面指向电势低的等势面,所以电场强度的方向由E指向A,故A错误；E、A两点间的电势差U＝φE－φA＝2eq\r(3)V,E、A两点间的距离d＝2Rsin60°＝2eq\r(3)cm,电场强度的大小,故B正确；顺着电场线电势降低,H点电势最高,U＝Ed,,代入数据解得φH＝4V,故C正确；从D移到F点,电势降低,电子带负电,电势能增加,静电力先做负功,故D错误。二、非选择题(本题共6小题,共52分。把答案填在题中的横线上或按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)13．(6分)【答案】120048－1.08×10－3【解析】(1)两板间的场强E＝eq\f(U,d)＝1200V/m。(2)P1和P2间沿电场方向的距离d12＝4cm,则U12＝Ed12＝48V,P1点和B板的电势差U1B＝Ed1B＝54V,其中U1B＝φ1－φB,可得φ1＝54V,该电荷在p1处的电势能EP1＝qφ1＝－1.08×10－3J。14．(6分)【答案】(1)相反减小(2)1.0×10－2(3)正确【解析】(1)根据图甲所示的电路,观察图乙可知充电电流与放电电流方向相反,大小都随时间减小。(2)根据电压－时间图线可知电容器的电荷量Q＝It＝eq\f(U,R)t,而电压的峰值为Um＝6V,则该电容器的电容C＝,设电压－时间图线与坐标轴围成的面积为S,联立解得C＝＝＝F＝1.0×10－2F。”15．(6分)【解析】(1)正点电荷从A点移到B点时,电场力做正功,故A点电势高于B点,可以求得UAB＝eq\f(W,q)＝300V同理可判断A点电势高于C点,可求得UAC＝eq\f(W,q)＝300V则UBC＝0由于匀强电场中的等势线是一簇平行直线,因此,BC为一等势线,故电场线方向垂直BC。设D为BC的中点,则电场线方向为由A指向D。(2)直线AB沿场强方向的距离d等于线段AD的长