章末卷9 静电场-【高考领航】2025年高考物理总复习四测通关卷

章末卷9　静电场 (满分：100分) 一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求) 1.静电喷涂是一种利用静电作用使雾化涂料微粒在高压电场作用下带上电荷，并吸附于被涂物的涂装技术，静电喷涂机的结构如图所示，电场线的方向由工件指向喷口，工件接地并规定大地的电势为零，下列说法正确的是(　　) A.雾化涂料微粒带正电，工件带负电 B.静电喷涂机喷口处的电势大于零 C.工件表面处的电场强度小于喷口处的电场强度 D.工件与喷口之间的电场线与真空中等量同种点电荷之间的电场线类似 2.如图所示，△ABC为正三角形，AB和AC边上放有带等量异种电荷的绝缘细棒，O为BC边中点，D为BC中垂线上O点右侧的一点，P为BC上的一点，选无穷远处电势为0，则下列说法正确的是(　　) A.O点和D点场强可能大小相等，方向相同 B.D点的电势一定低于P点 C.将一正检验电荷沿直线从O点运动到D点，电势能不变 D.将一正检验电荷沿直线从O点运动到P点，电场力做负功 3.如图所示，在匀强电场中，将带电荷量为－6×10－6 C的点电荷从电场中的A点移到B点，电场力做了－2.4×10－5 J的功，再从B点移到C点，电场力做了1.2×10－5 J的功。已知电场的方向与△ABC所在的平面平行。下列说法正确的是(　　) A.A、B两点的电势差UAB＝－4 V B.B、C两点的电势差UBC＝2 V C.A点的电势比C点的电势高 D.场强的方向垂直于AC指向B 4.如图为某一径向电场的示意图， 电场强度大小可表示为E＝，k为常数，比荷相同的两带电粒子分别在半径R1、R2的圆轨道上运动，不考虑粒子间的相互作用及重力，则(　　) A.轨道R1上的粒子速度更大 B.轨道R2上的粒子速度更大 C.轨道R1上的粒子角速度更大 D.质量大的粒子动能不一定大 5.以静电场中某点为原点建立一维坐标系，电势φ随x变化的规律如图所示，图像关于x＝x2对称。由图可知(　　) A.x2处电场强度为0 B.负电荷在x1处的电势能大于在x3处的电势能 C.正电荷从x1处移到x3处的过程中，电场力做负功 D.负电荷仅在电场力作用下从x2处运动到x3处，加速度逐渐减小 6.如图，在极板A、B间加上恒定电压，φA>φB，两极板的长度为2d。现有一带正电粒子以速度v0从两板正中间O点水平入射，C点为其运动轨迹上的一点且到OO′的距离为h，最终带电粒子恰好能从下极板射出。已知带电粒子的质量为m、电荷量为q，不计重力。则(　　) A.粒子在C点的速度大小为 B.两极板间的电场强度大小为 C.两极板间的距离为4h D.两极板间恒定电压的大小为 7.电子被加速器加速后轰击重金属靶时，会产生射线，可用于放射治疗。现用一直线加速器来加速质子，使其从静止开始被加速到1.0×107 m/s。已知加速电场的电场强度大小为1.3×105 N/C，质子的质量为 1.67×10－27 kg。电荷量为1.6×10－19 C。则下列说法正确的是(　　) A.加速过程中质子的电势能增加 B.质子受到的电场力大小约为2×10－15 N C.质子加速需要的时间约为4×10－7 s D.加速器加速的直线长度约为4 m 二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 8.位于A、B处的两个带有不等量负电荷的点电荷在平面内电势分布如图所示，图中实线表示等势线，则(　　) A.a点和b点的电场强度相同 B.正电荷从d点移到f点，电场力做正功 C.负电荷从a点移到c点，电场力做正功 D.正电荷从e点沿图中虚线移到f点，电势能先减小后增大 9.如图所示，间距为d的水平正对平行板A、B通过二极管与电动势为E0的电源相连，A板接地，在两板之间的C点固定一个带电荷量为＋q的点电荷，C点与B板之间的距离为0.75d，下列说法正确的是(　　) A.图中二极管的连接方式不能使电容器充电 B.固定在C点的点电荷电势能为－0.25qE0 C.把B板水平向右移动一些，B板的电势降低 D.把A板向下移动一些，C点的点电荷受到的电场力减小 10.在竖直向上的匀强电场中，有两个质量相等、带异种电荷的小球A、B(均可视为质点)处在同一水平面上。现将两球以相同的水平速度v0向右抛出，最后落到水平地面上，运动轨迹如图所示，两球之间的静电力和空气阻力均不考虑，则(　　) A.A球带正电，B球带负电 B.A球和B球同时落地 C.在下落过程中，两球电势能都增加 D.两球从抛出到各自落地的过程中，A球的动能变化量比B球的小 三、非选择题(本题共5小题，共54分) 11.(7分)某同学在“用电流传感器观察电容器的充、放电过程”实验中，按图(a)连接电路。实验中，电源的输出电压恒为8 V，有定值电阻R1、R2和R3，其中R1＝R2。 (a) (b) (1)若想用电流传感器观察电容器的充电过程，应把单刀双掷开关S接　　　　(填“1”或“2”) 位置。 (2)开关接“2”时， 经过R1的电流方向为　　　　(填“a→b” 或“b→a” )。 (3) 将电容器充满电后，开关剥离至另一侧，观察电容器的放电过程。此时电流传感器记录的电流I随时间t变化图像如图(b)所示，则充满电的电容器的带电荷量约为　　　　C (结果保留两位有效数字)。根据实验数据及实验中所用元件参数，本实验中所用的电容器最可能是下列图中的　　　　　　。 12.(9分)电容储能已经在电动汽车，风、光发电，脉冲电源等方面得到广泛应用。某同学设计图甲所示电路，探究不同电压下电容器的充、放电过程，器材如下： 　　　　甲 电容器C(额定电压10 V，电容标识不清)； 电源E(电动势12 V，内阻不计)； 电阻箱R1(阻值0～99 999.9 Ω)； 滑动变阻器R2(最大阻值20 Ω，额定电流2 A)； 电压表V(量程15 V，内阻很大)； 发光二极管D1、D2，开关S1、S2，电流传感器，计算机，导线若干。 回答以下问题： (1)按照图甲连接电路，闭合开关S1，若要升高电容器充电电压，滑动变阻器滑片应向　　　　　(填“a”或“b”)端滑动。 (2)调节滑动变阻器滑片位置，电压表表盘如图乙所示，示数为　　　　　V。(保留一位小数) 乙 (3)继续调节滑动变阻器滑片位置，电压表示数为8.0 V时，开关S2掷向1，得到电容器充电过程的I­t图像，如图丙所示。借鉴“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中估算油膜面积的方法，根据图像可估算出充电结束后，电容器存储的电荷量为　　　　　C。(结果保留两位有效数字) 丙 (4)本电路中所使用电容器的电容约为　　　F。(结果保留两位有效数字) (5)电容器充电后，将开关S2掷向2，发光二极管　　　　　(填“D1”或“D2”)闪光。 13.(10分)如图所示，带电平行板倾斜放置与水平面间的夹角为θ，两板间的电压U＝8×103 V，两板间的距离d＝0.4 m，圆形光滑轨道竖直固定放置，最低点B正好在上极板的边缘，C点是圆弧轨道的最高点；质量m＝0.1 kg、电量q＝＋10－4 C的小球，从平行板下极板边缘A点由静止释放，在平行板间的匀强电场中，正好沿水平直线AB做匀加速运动，经过B点进入圆弧轨道，刚好到达最高点C点，电场只存在带电平行板内，外部没有电场，重力加速度g取10 m/s2，不计空气阻力。求： (1)平行板与水平面间的夹角θ及小球经过B点时的速度vB的大小； (2)圆形轨道的半径R。 14.(13分)辉光放电质谱法是利用辉光放电源作为离子源与质谱仪进行质谱测定的一种分析方法。辉光放电离子源是利用惰性气体在上千伏特电压下电离产生的离子撞击样品表面使之发生溅射，溅射产生的样品原子扩散至等离子中进一步离子化，进而被质谱分析器收集检测。溅射阀值是氩离子使被测样品产生溅射所需的最小动能。如图甲所示为辉光放电粒子源的简化示意图，两平行金属板A、B放在真空中，间距为d，B板接地，A板的电势φ随时间t变化情况如图乙所示。若在t＝0时刻，一在B板附近的氩离子在电场作用下由静止开始运动，正好在第3个周期结束时到达A板，恰好使样品发生溅射。氩离子质量为m，电荷量为＋q，重力不计，忽略运动过程中与其他粒子的碰撞。φ0、T为已知量。求： 甲　　　　　　　　　　 乙　　　 (1)氩离子在0～内的位移； (2)求该样品的溅射阀值。 15.(15分)如图所示，半径为5L、内壁光滑绝缘的圆弧形管道BC固定放置，O是圆心，OC是竖直半径，OB与OC之间的夹角为37°，弧形管道的管口C与光滑绝缘的水平轨道CD对接。以过B点的竖直线为边界(边界线无电场)其左侧存在竖直向上、电场强度为E0的匀强电场，在C点的右侧有与水平面的夹角为37°斜向左上方的匀强电场。现让带电荷量为q(q>0)的小球(可视为质点)从与O点等高的A点以一定的初速度水平向右抛出，并以竖直向上、大小为g的加速度运动到B点，无碰撞进入圆弧形管道BC并从C点射出，随后沿着水平轨道运动，小球与水平轨道之间恰好没有弹力的作用，当小球运动到D点时速度刚好为0。已知重力加速度大小为g，sin 37°＝，cos 37°＝，忽略电场的边缘效应。求： (1)小球在A点时的初动能； (2)A、O两点之间的距离，以及小球从B点刚进入弧形管道时管道对小球的弹力大小； (3)C点右侧的匀强电场的电场强度大小以及C、D两点之间的电势差。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 章末卷9　静电场 1.C　电场线的方向由工件指向喷口，可知，工件带正电，由于雾化涂料微粒在高压电场作用向工件运动，可知，微粒所受电场力方向与电场强度方向相反，则微粒带负电，故A错误；电场线的方向由工件指向喷口，沿电场线电势降低，工件接地，电势为0，故静电喷涂机喷口处的电势小于零，故B错误；电场线分布的疏密程度表示电场强弱，工件表面处的电场线分布比喷口处的电场线分布稀疏一些，则工件表面处的电场强度小于喷口处的电场强度，故C正确；等量异种点电荷的电场线分布关于连线的中垂线左右对称，可知工件与喷口之间的电场线与真空中等量同种点电荷之间的电场线并不类似，故D错误。 2.C　由场强的叠加和对称性可知，O点和D点场强方向相同，但D点场强要小于O点的场强，故A错误；由电场的分布特点可知，D点电势为0，P点电势小于0，所以D点的电势一定高于P点，故B错误；将一正检验电荷沿直线从O点运动到D点，电场力不做功，电势能不变，故C正确；将一正检验电荷沿直线从O点运动到P点，电场力做正功，故D错误。 3.C　由题可知UAB＝＝4 V，故A错误；同理可得UBC＝＝－2 V，故B错误；可以解得AC的电势差UAC＝φA－φC＝(φA－φB)－(φC－φB)＝UAB－UCB＝2 V，故A点的电势比C点的电势高，故C正确；由于该电场为匀强电场，所以等势面在所示平面内投影为直线且电势在任意直线上均匀变化。取A、B中点，此点电势为2 V，连接C点，得到相同电势的一条直线，由于电场强度方向垂直等势面且指向电势减小的方向，所以过B点作该直线垂线即得到一条电场线，方向如图所示，场强方向并不是垂直于AC的，故D错误。 4.C　电场力提供粒子做圆周运动所需的向心力，则qE＝，解得v＝ ，比荷相同，所以两粒子速度大小相等，故AB错误；根据ω＝可知，轨道R1上的粒子半径小，角速度大，故C正确；粒子动能Ek＝mv2，两粒子速度大小相等，质量大的粒子动能大，故D错误。 5.A　图像的斜率表示电场强度，x2处的斜率为零，电场强度为0，故A正确；设负电荷的电荷量为－q，负电荷在x1处、x3处的电势能分别为Ep1＝－qφ1，Ep3＝－qφ3，根据图像得φ1>φ3，解得Ep1<Ep3，负电荷在x1处的电势能小于在x3处的电势能，故B错误；设正电荷的电荷量为q，正电荷在x1处、x3处的电势能分别为Ep1′＝qφ1，Ep3′＝qφ3，根据图像得φ1>φ3，解得Ep1′>Ep3′，将正电荷从x1处移到x3处，电势能减少，则电场力做正功，故C错误；负电荷仅在电场力作用下从x2处运动到x3处，图像的斜率增大，电场强度增大，负电荷所受的电场力增大，负电荷的加速度增大，故D错误。 6.B　粒子运动到C点过程，粒子做类平抛运动，则有h＝at12，d＝v0t1，根据牛顿第二定律有a＝，解得E＝，故B正确；粒子运动到C点过程，根据动能定理有qEh＝mv12－mv02，解得v1＝ ，故A错误；粒子恰好能够从下极板射出，则有H＝at22，2d＝v0t2，解得H＝8h，故C错误；根据电压与电场强度的关系有U＝Ed，结合上述解得U＝，故D错误。 7.D　电场力对质子做正功，质子的电势能减少，故A错误；质子受到的电场力大小F＝qE＝2.08×10－14 N，故B错误；质子的加速度大小a＝≈1.25×1013 m/s2，加速时间t＝≈8×10－7 s，故C错误；加速器加速的直线长度x＝≈4 m，故D正确。 8.BCD　a点的等势面比b点的稀疏，故a点的电场强度比b点的小，且两点场强方向也不同，故A错误；d点电势高于f点，正电荷从d点移到f点，即正电荷向低电势处移动，电场力做正功，故B正确；a点电势低于c点，从a到c，负电荷从低电势处移向高电势处，电场力做正功，故C正确；从e沿题图中虚线到f，电势先变低后变高，故沿此方向移动正电荷，电场力先做正功后做负功，电势能先减小后增大，故D正确。 9.BC　电容器充电，电流沿顺时针方向，通过二极管的电流从左向右，与二极管的通电方向相同，所以电容器能充电，A错误；稳定后有UAB＝E0，UAC＝＝0.25E0，又UAC＝φA－φC，因为φA＝0，所以φC＝－0.25E0，则C点的点电荷电势能为Ep＝φCq＝－0.25qE0，B正确；由二极管的单向导电性可知，电容器只能充电，不能放电，B板水平向右移动，两平行板的正对面积减小，由C＝，UAB＝可知Q不变，UAB变大，而φA＝0，可得φB＝，即B板的电势降低，C正确；A板向下移动，d增大，由C＝，UAB＝可知Q不变，UAB变大，由E＝可得E＝，即两板间的电场强度不变，C点的点电荷受到的电场力不变，D错误。 10.AD　根据题意可知，两个小球在水平方向均做匀速运动，且初速度相同，由题图可知，A球水平位移较大，则A球运动时间长，后落地，在竖直方向上，由于下落高度相等，由h＝at2可知，A球的加速度较小，由牛顿第二定律可知，A球受向上的电场力，B球受向下的电场力，则A球带正电，B球带负电，故B错误，A正确；下落过程电场力对A球做负功，对B球做正功，则A球电势能增加，B球电势能减小，由于下落高度相同，则两球重力势能的减小量相等，由能量守恒定律可知，每个小球的重力势能、电势能和动能之和保持不变，可知，对于A球，重力势能的减小等于A球电势能的增加和动能增加之和，对于B球，重力势能减小和电势能减小之和等于B球动能的增加，则两球从抛出到各自落地的过程中，A球的动能变化量比B球的小，故C错误，D正确。 11.解析：(1)若想用电流传感器观察电容器的充电过程，应把单刀双掷开关S接1位置。 (2)充电后电容器上极板带正电，则开关接“2”时，电容器放电，经过R1的电流方向为a→b。 (3)根据q＝It，可知I­t图像与横轴围成的面积表示通过电流传感器的电荷量，图中所围面积大约有35个小方格，则有Q1＝35×0.2×10－3×0.2 C＝1.4×10－3 C，由于R1＝R2，则充满电的电容器的带电荷量约为Q＝2Q1＝2.8×10－3 C，电容器两板间电压为8 V，电容器的电容为C＝＝ F＝350 μF，本实验中所用的电容器最可能是图B。 答案：(1)1　(2)a→b　(3)2.8×10－3　B 12.解析：(1)滑动变阻器分压式接法，故向b端滑动充电电压升高。 (2)量程15 V，每个小格0.5 V，估读，故6.5 V。 (3)I­t图像所围的面积，等于电容器存储的电荷量，38个小格，故电容器存储的电荷量为3.8×10－3 C。 (4)由电容的定义式C＝得C＝4.8×10－4 F。 (5)开关S2掷向2，电容器放电，故D1闪光。 答案：(1)b　(2)6.5　(3)3.8×10－3　(4)4.8×10－4　(5)D1 13.解析：(1)平行板间的电场强度E＝ 对小球受力分析，可知电场力与重力的合力水平向右，由力的合成矢量三角形的几何知识可得 ＝cos θ 代入数据解得cos θ＝ 故θ＝60° 小球从A运动到B，由能量守恒可得 qU＝mvB2 解得vB＝4 m/s。 (2)小球刚好到达最高点，有mg＝m 小球从B运动到C，由机械能守恒定律可得 mg·2R＝mvB2－mvC2 综合解得R＝0.32 m。 答案：(1)60°　4 m/s　(2)0.32 m 14.解析：(1)氩离子在时间0～内做匀加速运动，有 a1＝，E＝ 氩离子在时间0～内的位移为x1＝a1()2 解得x1＝T2。 (2)在～T时间内做匀减速运动，有a1＝ 氩离子在一个周期内速度的增量为 Δv＝(a1－a2)＝T 氩离子经过3个周期，速度为v＝3Δv＝T 3个周期结束时氩离子的动能为Ek＝mv2 氩离子要使样品溅射，溅射阀值为E0＝Ek 解得E0＝。 答案：(1)T2　(2) 15.解析：(1)小球以大小为g、竖直向上的加速度从A点运动到B点，则有 E0q－mg＝mg 解得m＝ 由几何关系可得B、O两点间的高度差为h＝5Lcos 37° 设小球在A、B两点的速度分别为vA、vB，把小球在B点时的速度分别沿水平方向和竖直方向分解，由类平抛运动的规律可得 vA＝vBcos 37° 由动能定理可得(E0q－mg)h＝mvB2－mvA2 解得vB＝，vA＝，h＝4L 小球在A点的初动能为EkA＝mvA2＝。 (2)设小球类平抛运动的水平位移为x，由类平抛运动的规律可得小球在B点的速度的反向延长线经过水平位移的中点，由几何关系可得 ＝tan 37° A、O两点之间的距离为AO＝x＋5Lsin 37° 解得AO＝L 在B点把小球的重力分别沿着BO和垂直BO分解，沿着BO方向的分力为 Gx＝mgcos 37° 由向心力公式结合牛顿第二定律可得 FN＋Gx＝ 解得FN＝E0q。 (3)设C点右侧的匀强电场的电场强度大小为E，小球从C到D做匀减速直线运动，由二力合成的矢量三角形可得 Eqsin 37°＝mg 设C、D两点之间的电势差为UCD，小球从B到D由动能定理可得 －mg×5L(1－cos 37°)＋UCDq＝0－mvB2 解得E＝E0，UCD＝－。 答案：(1)　(2)L　E0q　(3)E0　－ 学科网（北京）股份有限公司 $$