2025年高考物理 人教版必修第3册第10章　第2节含答案

2025年高考物理人教版必修第3册第10章第2节含答案第十章第2节课后知能作业基础巩固练1．下列各物理量中，与试探电荷有关的量是()A．电场强度E B．电势φC．电势能Ep D．电势差U答案：C解析：电势、电势差、电场强度都是表述电场本身性质的物理，与试探电荷无关。2．将一个电荷量为q的正电荷在匀强电场中从A点移到B点，电场力做功W，则A、B两点之间的电势差等于()A．eq\f(W,q) B．eq\f(q,W)C．qW D．0答案：A解析：根据电场力做功的公式：W＝qUAB，所以UAB＝eq\f(W,q)，故A正确。3．电场中有a、b两点，已知φa＝－500V，φb＝1500V，将电荷量为q＝－4×10－9C的点电荷从a移到b时，电场力做功为()A．负功8×10－6J B．正功8×10－6JC．负功4×10－6J D．正功4×10－6J答案：B解析：电场力做功W＝qUab＝q(φa－φb)＝－4×10－9×(－2000)J＝8×10－6J，电场力做正功，故B正确，A、C、D错误。故选B。4．在电场中A、B两点间的电势差为UAB＝75V，B、C两点间的电势差为UBC＝－100V，则A、B、C三点电势高低关系为()A．φA>φB>φC B．φC>φA>φBC．φC>φB>φA D．φA<φC<φB答案：B解析：由题意，UAB＝φA－φB＝75V，则得：φA>φB；UBC＝φB－φC＝－100V，则得φB<φC；又UAC＝UAB＋UBC＝(75－100)V＝－25V，则得：φA<φC；故有：φC>φA>φB。故A、C、D错误，B正确。故选B。5.如图，带箭头的实线表示某静电场的电场线，虚线表示其等势面。已知a、b、c三点的电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec，电势分别为φa、φb、φc，则()A．Ea<Eb，φb＝φc B．Ea>Eb，φa>φbC．Ea>Eb，φa<φb D．Ea＝Ec，φb＝φc答案：B解析：由图示可知，a处的电场线密，b处的电场线稀疏，因此a点的电场强度大，b点的场强小，即Ea>Eb；沿着电场线的方向，电势逐渐降低，则a点的电势高于c点的电势，即φa>φc；b、c两点在同一等势面上，电势相等，φb＝φc，则φa>φb。故B正确，A、C、D错误。故选B。6．空间P、Q两点处固定电荷量绝对值相等的点电荷，其中Q点处为正电荷，P、Q两点附近电场的等势线分布如图所示，a、b、c、d、e为电场中的5个点，设无穷远处电势为0，则()A．e点的电势大于0B．a点和b点的电场强度相同C．b点的电势低于d点的电势D．负电荷从a点移动到c点时电势能增加答案：D解析：根据电场等势面的图像可以知道，该电场是等量异种电荷的电场，选无穷远处电势为0，则中垂面是等势面，电势为0，故A错误；等量异种电荷的电场，它具有对称性，a点和b点的电场强度大小相等，而方向不同，故B错误；沿着电场线的方向电势降低，b点离正电荷的距离更近，所以b点的电势较高，高于d点的电势，故C错误；a点离正电荷近，a点电势高于c点，根据负电荷在电势高处电势能小，知负电荷从a点移到c点，电势能增加，故D正确。故选D。能力提升练7.根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，如图所示虚线表示原子核所形成的电场的等势线，且三个等势线之间距离相等，实线表示一个α粒子(带正电)的运动轨迹。在α粒子从a运动到b、再运动到c的过程中，下列说法中正确的是()A．加速度先变小，后变大B．bc两点间电势差为ba两点间电势差的2倍C．电势能先增大，后减小D．a点动能大于c点动能答案：C解析：由题可知，可视为点电荷形成电场，由牛顿第二定律keq\f(Qq,r2)＝ma，在α粒子从a运动到b、再运动到c的过程中，距离先减小后增大，所以加速度先变大后变小，A错误；点电荷形成的电场中，越靠近场源电荷，电场强度越大，则由公式U＝Ed，图中两等势面间的距离相等，但是电场强度不恒定，所以不满足两倍关系，B错误；电场是由原子核形成的，即场源电荷带正电，运动电荷α粒子也带正电，所以电场力是排斥力，所以靠近过程电场力做负功，远离过程电场力做正功，因此电势能先增大后减小，C正确；越靠近正场源电荷，电势越高，则φa>φc，据Wac＝qUac，又α粒子的q为正，Uac为正，所以电场力做正功，动能增加，因此a点动能小于c点动能，D错误。故选C。8.某电场的等势面如图所示，A、B、C是等势面上的三点，下列说法正确的是()A．负点电荷在A点受到的电场力小于在C时的电场力B．将正点电荷从A点移到C点，电场力做负功C．负点电荷在A点的电势能小于在B点的电势能D．正点电荷在B点的电势能大于在C点的电势能答案：D解析：如图为等差等势面，其疏密反应电场强度的大小，故A点电场强度大于C点电场强度，根据F＝Eq知，负点电荷在A点受到的电场力大于在C时的电场力，故A错误；将正点电荷从A点移到C点，电势降低，正电荷电势能减小，电场力做正功，故B错误；A、B在同一等势面上，电势能相等，故C错误；B点电势大于C点电势，正点电荷在B点的电势能大于在C点的电势能，故D正确。故选D。9．(多选)电缆周围的电场分布对电缆的电气化强度影响很大。如图所示为电缆终端周围的电场分布情况，图中虚线为等势线，实线为电场线，下列说法正确的是()A．电场中b点的场强小于c点的电场强度B．将一电子放在c点，电子的电势能为－30eVC．将一质子由a点经b点移至c点，电场力先做正功后做负功D．在b点由静止释放一带正电的粒子，粒子将沿电场线运动答案：AB解析：电场线的疏密表示电场强度的大小，b点疏密程度小于c点疏密程度，所以b点的场强小于c点的电场强度，故A正确；根据Ep＝qφ，可知将一电子放在c点，电子的电势能为Ep＝－e×30V＝－30eV，故B正确；由图可知Uab<0，Ubc>0，可知将一质子由a点经b点移至c点，电场力先做负功后做正功，故C错误；由于b点电场线不是直线，所以在b点由静止释放一带正电的粒子，粒子并不会沿电场线运动，故D错误。故选AB。10.(多选)如图所示，实线为某静电场中的一簇电场线，其中过a、b、c三点的电场线为一条直线，且b为ac的中点。虚线为某一带电粒子进入该电场后仅在电场力作用下的运动轨迹，粒子依次通过三条电场线上的d、b、e三处位置。下列说法中正确的是()A．该粒子带正电B．带电粒子在e点的加速度大于它在d点的加速度C．ab两点之间的电势差Uab小于bc两点之间的电势差UbcD．带电粒子从d点运动到e点的过程中电势能一直在减小答案：AC解析：带电粒子在静电场中做曲线运动，合力指向轨迹内侧，粒子仅受电场力作用，可知带电粒子在b点所受电场力方向水平向右，与电场强度方向相同，可知该带电粒子带正电，故A正确；电场线分布的疏密程度反映了电场的强弱，d点附近电场线分布比e点的更密集，d点的场强大于e点的场强，因此粒子在d点所受到的电场力大于在e点所受到的电场力，根据F＝Eq＝ma，可知粒子在d点的加速度大于它在e点的加速度，故B错误；电场线分布的疏密程度反映了电场的强弱，c点附近电场线分布比a点的更密集，则c点的场强大于a点的场强，那么ab之间的平均电场强度小于bc之间的平均电场强度，根据U＝Ed，可知，ab两点之间的电势差Uab小于bc两点之间的电势差Ubc，故C正确；根据上述可知，带电粒子从d点运动到e点的过程中，电场力对带电粒子做负功，则其电势能一直在增大，故D错误。故选AC。11．带电荷量为＋3×10－6C的粒子只在静电力作用下先后经过电场中的A、B两点，静电力做功6×10－4J，已知B点电势为50V，则(1)A、B两点间的电势差是多少？(2)A点的电势是多少？(3)电势能变化了多少？(4)动能变化了多少？答案：(1)200V(2)250V(3)减少了6×10－4J(4)增加了6×10－4J解析：(1)根据电场力做功与电势差的关系WAB＝qUAB可得A、B两点间的电势差UAB＝eq\f(WAB,q)＝eq\f(6×10－4,3×10－6)V＝200V。(2)已知B点电势为50V，且有UAB＝φA－φB＝200V。可得A点的电势为φA＝250V。(3)根据ΔEp＝－WAB＝－6×10－4J可得电势能减少了6×10－4J。(4)根据动能定理可得ΔEk＝WAB＝6×10－4J可知动能增加了6×10－4J。12．如图所示，一电荷量为Q的正点电荷固定在倾角为30°的光滑绝缘斜面底部的C点，斜面上有A、B两点，且A、B和C在同一直线上，A和C相距为2L，B为AC中点。现将一带正电q、质量为m的小球从A点由静止释放，当带电小球运动到B点时速度正好又为零，已知带电小球在A点处的加速度大小为eq\f(g,3)，静电力常量为k，求：(1)小球运动到B点时的加速度大小。(2)B和A两点间的电势差。答案：(1)eq\f(1,6)g(2)eq\f(mgL,2q)解析：(1)小球在A点受到的库仑力为FA＝keq\f(Qq,2L2)根据牛顿第二定律可得mgsin30°－FA＝maA＝m·eq\f(g,3)小球在B点受到的库仑力为FB＝keq\f(Qq,L2)根据牛顿第二定律可得FB－mgsin30°＝maB联立解得小球运动到B点时的加速度大小为aB＝eq\f(1,6)g。(2)小球从A到B过程，根据动能定理可得mgLsin30°＋qUAB＝0解得UAB＝－eq\f(mgL,2q)则B和A两点间的电势差为UBA＝－UAB＝eq\f(mgL,2q)。第十章第3节课后知能作业基础巩固练1.如图所示，在某电场中画了三条电场线，a、b、c是同一条电场线上的三个点，b点是ac的中点，其电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec，电势分别为φa、φb、φc，已知a点的电势为φa＝20V，c点的电势为φc＝0，下列说法正确的是()A．Ea>Eb>Ec B．Ea＝Eb＝EcC．φb>10V D．φb<10V答案：C解析：电场线疏密表示电场强度的大小，电场线越密电场强度越大，则Ea<Eb<Ec，故A、B错误；若该电场为匀强电场，则由于b点为中点，则该点电势为10V，但由图可知，由于bc部分电场较强，而ab间电场较弱，可知，φb>10V，故C正确，D错误。2.一电场等势面的分布情况如图所示，A、B、C和D分别为不同等势面上的点，则()A．A点的电场强度比B点的小B．C点的电势比D点的高C．将电子从D点移动到A点，电场力做功为15eVD．将电子从B点移动到C点，电势能减小5eV答案：D解析：电场线与等势面垂直，电场线密的地方电场强度大，等势面密，电场线疏的地方电场强度小，等势面疏；故A点场强大，A错误；由图可知，C点电势为10V，D点电势为15V，C点的电势比D点的低，B错误；将电子从D点移动到A点，UDA＝φD－φA＝15V，电场力做功WDA＝qUDA＝－15eV，C错误；将电子从B点移动到C点，UBC＝φB－φC＝－5V，WBC＝qUBC＝5eV，WBC＝EpB－EpC，故电势能减小5eV，D正确。故选D。3.如图所示，A，B，C，D为匀强电场中相邻的四个等势面，一个电子垂直经过等势面D时，动能为20eV，飞经等势面C时，电势能为－10eV，飞至等势面B时速度恰好为零，已知相邻等势面间的距离均为5cm，则下列说法错误的是()A．等势面A的电势为－10VB．等势面B的电势为零C．电子再次飞经等势面D时，动能为10eVD．电子在等势面D时的电势能为－20eV答案：C解析：电子从D到B的过程，根据动能定理得：－eUDB＝0－EkD，解得：UDB＝eq\f(EkD,e)＝eq\f(20eV,e)＝20V，即D点电势高于B点电势，电场方向竖直向上，则电场强度为：E＝eq\f(UDB,d)＝eq\f(20,0.1)V/m＝200V/m，电子经过等势面C时的电势能为－10eV，则C点的电势为φC＝eq\f(EpC,－e)＝eq\f(－10eV,－e)＝10V，所以C点与B点的电势差为UCB＝φC－φB＝EdCB，代入数据可得B点电势为0，因为CA间的电势差等于DB间的电势差，可知A点电势为－10V，故A、B正确；整个过程中，只有电场力对电子做功，根据能量守恒定律得，电子再次经过D等势面时，动能不变，仍然为20eV，故C错误；由前面的分析，可得D点的电势为20V，所以电子在D点时具有电势能为EpD＝－e×20V＝－20eV，故D正确。本题选不正确的，故选C。4.如图所示，实线为电场线，虚线为等势面，φa＝50V，φc＝20V，则a、c连线中点b的电势φb为()A．等于35V B．大于35VC．小于35V D．等于15V答案：C解析：由图看出，ab段电场线比bc段电场线密，故ab段场强较大，根据公式U＝Ed可知，a、b间电势差Uab大于b、c间电势差Ubc，即：φa－φb>φb－φc，得到：φb<eq\f(φa＋φc,2)＝eq\f(50＋20,2)V＝35V。故选C。5.如图所示，边长为1m的正方体ABCD－EFGH所处空间中存在匀强电场(图中未画出)。已知A、B、F三点的电势分别为20V、10V、0，则下列判断正确的是()A．电场方向从F指向AB．A、E两点电势差和H、D两点电势差相等C．场强大小为10eq\r(2)V/m时，BCHE平面为等势面D．场强大小可能为20V/m答案：C解析：已知A、B、F三点的电势分别为20V、10V、0，根据匀强电场电势差与电场强度的关系可知φA－φE＝φB－φF，代入数据解得：φE＝10V，则BE连线为等势线，电场线垂直等势线指向电势较低的方向，所以电场方向从A指向F，故A错误；根据匀强电场电势差与电场强度的关系可知A、E两点电势差和D、H两点电势差相等，故B错误；根据A项可知电场强度如图，则电场强度E＝eq\f(UAF,AF)＝eq\f(20－0,\r(2))V/m＝10eq\r(2)V/m，此时BCHE平面为等势面，故C正确，D错误。6.静电透镜是电子透镜的一种，它被广泛应用于电子器件(如阴极射线示波管)中。如图所示，虚线是某电子透镜中电场的等差等势线，一电子在该电场中的运动轨迹如图中实线所示，A、B、C分别是轨迹与等势线的交点。已知A点的电势为零，电子在A点的动能为32eV，在B点的电势能为－15eV，不计电子重力，下列说法正确的是()A．电子一定是从A点运动到C点B．电子在经过C点时的动能为62eVC．B点的电势低于A点电势D．电子在关于等势线d对称的两点所受电场力相同答案：B解析：分析可知粒子可能是从A点运动到C点，也可能是从C点运动到A点，故A错误；电子只在电场力作用下运动，则电子的电势能和动能之和不变，为32eV，又由于图中为等差等势线，电子在B点的电势能为－15eV，B点的电势为15V，A点的电势为零，则等势线g的电势为30V，则电子在C点的电势能为－30eV，因此动能为62eV，故B正确；B点的电势为15V，高于A点电势，故C错误；电子在关于等势线d对称的两点所受电场力大小一定相同，但方向不一定相同，故D错误。能力提升练7.如图，在匀强电场中，场强方向与△abc所在平面平行，ac⊥bc，∠abc＝60°，eq\x\to(ac)＝0.2m，一个电荷量q＝1×10－5C的正电荷从a移到b，电场力做功为零；同样的电荷从a移到c，电场力做功为1×10－3J，则该匀强电场的场强大小和方向分别为()A．500V/m，沿ab由a指向bB．500V/m，垂直ab向上C．1000V/m，沿ac由a指向cD．1000V/m，垂直ab向上答案：D解析：正电荷从a移到b，电场力做功为零，ab两点电势相等，故ab应为等势线；因电场线与等势面相互垂直，故过c做ab的垂线，一定是电场线；正电荷从a到c过程，ac两点间的电势差Uac＝eq\f(W,q)＝eq\f(1.0×10－3,1×10－5)V＝100V，即a点电势高于c点的电势，故电场线垂直于ab向上；ac间沿电场线的距离d＝eq\x\to(ac)·cos60°＝0.2×0.5m＝0.1m；由E＝eq\f(U,d)可知：电场强度E＝eq\f(100,0.1)V/m＝1000V/m。故D正确，A、B、C错误。故选D。8．如图所示，梯形abcd位于某匀强电场所在平面内，两底角分别为60°、30°，cd＝2ab＝4cm，a、b两点的电势分别为4V、0，将电荷量q＝1.6×10－3C的正电荷由a点移动到d点，需克服电场力做功6.4×10－3J，则该匀强电场的电场强度()A．垂直ab向上，大小为400V/mB．垂直bc斜向上，大小为400V/mC．平行ad斜向上，大小为200V/mD．平行bc斜向上，大小为200V/m答案：B解析：本题考查匀强电场电势差与电场强度的关系。根据电场力做功确定两点间电势差，结合匀强电场中电势差与电场强度关系，确定等势点、等势面，从而确定电场方向，再计算电场强度的大小。Uad＝eq\f(W,q)＝－eq\f(6.4×10－3,1.6×10－3)V＝－4V，因为φa＝4V，所以φd＝8V，如下图所示，过b点作be∥ad交cd于e，有Uab＝Ude，解得φe＝4V，又因为cd＝2ab，即e点是dc的中点，所以φe＝eq\f(φd＋φc,2)＝4V，解得φc＝0，所以bc在同一等势面上，由几何关系知，eb⊥bc，由电场线与等势面垂直知，电场强度方向垂直bc斜向上，大小为E＝eq\f(Ueb,ecsin30°)＝eq\f(4,2×10－2×\f(1,2))V/m＝400V/m，B正确，A、C、D错误。9．平时我们所处的地球表面，实际上存在场强大小为100V/m的电场，可将其视为匀强电场，在地面立一金属杆后空间中的等势面如图所示，空间中存在a、b、c三点，其中a点位于金属杆正上方，b、c等高，则下列说法正确的是()A．b、c两点的电势差Ubc＝0B．a点场强大小大于100V/mC．a点场强方向水平向右D．a点的电势低于c点答案：B解析：b、c两点的电势差Ubc＝200V－300V＝－100V，故A错误；等差等势面密集的地方，场强越大，所以a点场强大小大于100V/m，故B正确；电场线与等势面垂直，并且沿着电场线方向电势逐渐降低，所以a点场强方向竖直向下，故C错误；ac两点在同一等势面上，电势相等，故D错误。故选B。10.如图所示，以O点为圆心，以R＝0.20m为半径的圆与坐标轴交点分别为a、b、c、d，该圆所在平面内有一匀强电场，场强方向与x轴正方向成θ＝60°角，已知a、b、c三点的电势分别为4eq\r(3)V、4V、－4eq\r(3)V，则下列说法正确的是()A．该匀强电场的场强E＝40eq\r(2)V/mB．该匀强电场的场强E＝80V/mC．d点的电势为－2eq\r(3)VD．d点的电势为－4V答案：D解析：a、c两点之间的电势差U＝4eq\r(3)V－(－4eq\r(3)V)＝8eq\r(3)V，a、c两点之间沿电场线方向的距离d＝2Rsin60°＝eq\r(3)R，该匀强电场的场强E＝eq\f(U,d)＝40V/m，A、B错误；b、d之间沿电场线方向的距离d′＝2Rcos60°＝R，b、d之间电势差U′＝Ed′＝8V，由φb－φd＝8V，可得d点的电势为φd＝－4V，C错误，D正确。故选D。11.如图，同一平面内的a、b、c、d四点处于匀强电场中，电场方向与此平面平行，M为a、c连线的中点，N为b、d连线的中点。一电荷量为q(q>0)的粒子从a点移动到b点，其电势能减小W1；若该粒子从c点移动到d点，其电势能减小W2。下列说法正确的是