专题1 带电体的电场&专题2 静电场中的图像问题-【学霸黑白题】2024-2025学年新教材高中物理必修第三册(教科版2019)

题 带电体的电场 限时 15分钟 1.(多选)如图所示，半径为2r的均匀带电球 示，在半球面AB上均匀分布负电荷，总的 体电荷量为Q,过球心O的x轴上有一点 电荷量为-q,球面半径为R,CD为通过半球 P,已知P到0点的距离为3r,现若挖去图 顶点与球心O的轴线，M、N、P为CD上的 中半径均为r的两个小球，且剩余部分的电 点，且M0=ON=2R,NP=R当P点固定一 荷分布不变，静电力常量为k,则下列分析 电荷量为-Q的点电荷时，N点电场强度为 中正确的是 0.则M点的场强大小为 g A.挖去两小球前，两个小球在P点产生的 A. B. 4R2 4R225R 电场强度相同 C. hq hQ D. kq 24kQ B.挖去两小球前，整个大球在P点产生的 4R225R2 2R225R 电场强度大小为k 4.如图甲所示，半径为R的均匀带电圆形平 93 板，单位面积带电荷量为σ（σ>0），其轴线 C.挖去两小球后，P点电场强度方向与挖 上任意一点P(坐标为x)的电场强度可以 去前相同 由电场强度的叠加原理求出：E=2πho1 D.挖去两小球后，剩余部分在P点产生的 电场强度大小为400-27,10Q )，方向沿x轴现考虑单位面积带电 3600 √R+R 2.(2024·湖北武汉月考)用5 荷量为σ。的无限大均匀带电平板，从其中 根完全相同的均匀绝缘带 间挖去一半径为r的圆板后（如图乙所示）， 电棒围成正五边形abcde,O 在其轴线上任意一点Q(坐标为x)处放置 为该五边形的中心，ab、bc 一个点电荷9。，则9。所受电场力的大小为 de、ea所带电荷量均为+Q,cd所带电荷量为 -3Q,此时0点处的场强的大小为E,若移 走cd棒而保持其他棒的位置和电荷分布不 变，则0处的场强的大小为 ( A5B号 c D. A.2Tk004o B.2Tkooqo 3.(2024·四川甘孜期中)均匀带电球壳在球 x2+r2 2+r 壳外某处产生的电场可等效看作相同电荷 D.2rkoo90、 量的点电荷位于球心处产生的电场.如图所 C.2mkooo 进阶突破·专项练 题 静电场中的图像问题 C限时 30分钟 题型1中-x图像 D.若o= qPo 1.(2023·福建龙岩三模)如图所示，带电绝 粒子运动到x,时速度大小 m 缘体球的球心为O,用r表示球内、外各点 为 990 到球心的距离，其中A、B、C位置离球心的 m 距离分别为r2,用p表示球内、外各点 3.(2024·重庆月考)（多选）空间存在一平行 电势，其φ-r图像如图所示，下列说法正确 于纸面的匀强电场，在电场内取某点记为坐 的是 标原点O,沿某一方向建立x轴，选取x轴 A.该绝缘体球带负电 上到O点距离为r的P点，以O为圆心、「 B.A点的电场强度小于B点的电场强度 为半径作圆，如图甲所示（图甲中a、b…h各 C.B点的电场强度大小为9 ,点等分圆周).从P点起沿圆周逆时针方向 r3-r2 移动一周，圆上各点的电势中会随转过角 D.负点电荷在B点的电势能比在C点的电 度0发生变化.当半径r分别取ro、2ro、3ro 势能小 时，其0-0图像如图乙所示，三条曲线所对 应的电势均在，=π时达到最大值，最大值 6 3 分别为24o29曲线③与横轴相切.则 下列说法正确的是 1 02r3 (第1题) (第2题) D 2 2.（2024·四川南充调研)某静电场方向平行 于x轴，其电势o随x的分布可简化为如图 2元 所示的曲线.一质量为m、带电荷量为+g的 粒子（不计重力），以初速度从O点进入 A.曲线①对应的r取值为3r 电场，沿x轴正方向运动.下列叙述正确的是 B.坐标原点0的电势为39o () A.粒子从0运动到x,的过程中做匀减速 C电场强度大小为公，方向与x轴成后斜 运动 向右 B.粒子从O运动到x的过程中，电势能先 D.从e到f,电势先降低后升高，从h到a, 增大后减小再增大 电势一直升高 题型2E-x图像 C.若=2 90,则粒子运动到：处时速 4.(2024·福建泉州期中)沿电场中某条直电 场线方向建立x轴，该电场线上各点电场强 度最大，其大小为 度E随x的变化规律如图所示，坐标原点 O2黑白题物理|必修第三册·JK 0x1x2和x3分别与x轴上0、A、B、C四点 A.点电荷Q,带负电 相对应，相邻两点间距相等.一个带正电的 B.试探电荷在x2~x之间受到的电场力沿 粒子从O点由静止释放，运动到A点的动 x轴正方向 能为E,仅考虑电场力作用，则( C.x~x4之间的电场强度沿x轴正方向 A.从O点到C点，电势先升高后降低 D.两点电荷Q、Q2电荷量的比值 B.粒子先做匀加速运动，后做变加速运动 为)2 C.粒子在AB段电势能变化量的绝对值大 居 于BC段电势能变化量的绝对值 7.(2024·广东广州期中)》 D.粒子在AB段电势能变化量的绝对值小 空间存在一电场，一带负 于BC段电势能变化量的绝对值 电的粒子仅在电场力作 0 用下从x,处沿x轴负方向运动，初速度大 小为。，其电势能E。随坐标x变化的关系 如图所示，图线关于纵轴左右对称，以无穷 远处为零电势能点，粒子在原点0处电势 (第4题) (第5题) 能为E。,在x,处电势能为E,则下列说法 5.(2024·江苏南通期中)真空中有一静止、 中正确的是 半径为。的均匀带正电的球体，场强E沿 A.从x,到O之间，该电场的场强先减小后 半径r方向分布情况如图所示，图中E。、「o、 增大 2以及静电力常量k都是已知量，下列 B.由x,运动到O过程加速度一直减小 说法中正确的是 C.粒子经过x1、-x,处速度相同 A.r。处电势最高 D.粒子能够一直沿x轴负方向运动，一定 B.r、2两处的电场强度方向相反 C.r、2两处的电势差等于E(r2-,)》 2(E。-E,) 有o< m D.利用已知量可求出球体所带的电荷量 题型4其他图像 题型3E,-x图像 8.一正电荷在电场中仅受电 6.如图所示，在原点 场力作用，从A点运动到B O和x轴负半轴上 点，速度随时间变化的图像 坐标为-处分别 0 Q 固定两点电荷Q、 如图所示，A。分别对应电荷在A、B两点的 时间，则下列说法中正确的是 Q2(两点电荷的电 A.A处的场强大于B处的场强 荷量和电性均未知).一带负电的试探电荷 从坐标为x2处以一定的初速度沿x轴正方 B.A处的电势低于B处的电势 向运动，其电势能的变化情况已在图中绘 C.电荷在A处的电势能小于在B处的电 出，图线与x轴交点的横坐标为x,图线最 势能 高点对应的横坐标为x4,不计试探电荷受 D.从A到B的过程中，电场力对电荷做 到的重力，则下列判断正确的是( 正功 进阶突破·专项练032.A 解析:A.玩具饮水鸟的内部结构如图所示 3.重力势能减小.动能增加 可水 的鸟嘴 解析:由图可知,锥体“向上”滚动时,重心降低,重力势能减小,动能 增加. -玻瑞管 第2~3节 能源 环境保护与可持续发展 1.C 解析;A.煤炭、石油不是可再生能源,A错误;B.天然气不是可再 -易挥发液体 生能源,也不是新能源,B错误;C.太阳能、风能是符合图中阴影部分 的能源,C.正确;D.地热能和核能不是来自太阳辐射的能源,D错误 其原理是先把鸟嘴浸入水里,又直立起来,水分蒸发后吸热使得头部 气压小于肚子中的气压,从而使肚子中的部分液体压入头部,使重心 故选C. 上移,鸟的身体变得不稳定而发生倾斜,倾斜的过程中肚子中的玻璃 2. A 解析:经过短暂时间A.吹到叶片处的空气的质量为m=nS·Ar 管口脱离液面,从而使头部的液体又回流到肚子中,使鸟的身体再回 到开始的竖直状态,而刚才倾斜的过程中鸟嘴刚好又沾到了水,之后 0.18.Fi_0.0ps. 鸟回到竖直状态后,鸟嘴的水分蒸发,重复前面的过程,即饮水鸟上 发电机的功率为P-- △r 下运动的能量来源于周围空气的内能,A正确;B.根据上述可知,当 令0.09S=k,当u=8m/s时.有680kW=k·8};当v=4m/s时,有 水杯中的水干了之后,由于不能形成头部和肚子的压强差,小鸟不能 P.=·4,联立各式解得P=85kW 再上下运动,即小鸟不能点头“喝”水,B错误;C.这种玩具饮水鸟仍 然遵循能量守恒定律.不是一架永动机.C错误;D.根据上述可知,此 该电站每天的发电量至少为W=Pt=85x12kw·h=1020kW·h. 现象没有违背热力学第二定律,D错误.故选A 故选A. 进阶突破·专项练 专题一 带电体的电场 棒的垂直平分线从0点向上,两个电场方向互成144*}角;则根据场 1. BCD 解析:A.两小球分别在x轴上下两侧,电性相同,它们在P点 强叠加原理可知.aoc、de、cn带电棒的合场强方向竖直向下,且有 产生的场强分别斜向上和斜向下,与x轴夹角相等,方向不同 E =2E.cos36*-2E.cos72*.又因为ol棒在0点的电场方向竖直向 故A错误;B.大球所带电荷均匀分布整个球体,它在外部产生的电 下.所以5根带电棒的合场强为2E.c0s36*-2E.c0s72*+3E.=E.解 场可等效为所有电荷集中在球心0点在外部产生的电场,由库仑定 得二 ,移走ol棒后o点的电 小球在P点的合场强也沿x轴方向,且小于大球在P点的场强,由场 3.D 解析:假设半球面AB右侧有一相同的半球面A'B'组成一个完整 强叠加原理可知.挖去两小球后.P点场强方向不变,故C正确;D.设 的均匀带电球壳,球壳所带电荷量为-2.设半球面AB在N点的场 两小球的球心到P点的距离为1.有几何关系1-V+(3r)-10r. 强大小为E.,半球而A'B'在N点的场强大小为E..则有E.+E。 球体积公式为V-4-R”,小球半径是大球半径的一半,故小球体积 2 度为0.则有E,-t-0.联立解得E.-t 3x2D V1080= *翰 P点固定一电荷量为-0的点电荷时,M点的场强大小为E.=E+ 400 400 0 400-2710..故D正确,故选BCD. 3600 4.A 解析:无限大均匀带电平板R取无限大,在0点产生的场强 E.=2mo。1 一)~2-hro.半径为,的圆板在o点产生的 R 场强度是其他儿根棒各自对0点的电场强度的3倍,因此设ab、be 1.无限大均匀带电平板,从其中间挖去 de、ca在0点的电场强度都为E.,cd棒在0点的电场强度为3E.; ab、a带电棒完全相同,这两根带电棒在0点产生的电场强度大小 一半径为,的圆板后的场强是两个场强的差,所以E=E.-E。=2n。 相同,另由于两根带电棒关于0点左右轴对称,所以这两根带正电的 棒在0点的电场方向都是沿着棒的垂直平分线从0点向下,两个电 P 场方向互成72*角;同理可知,c、de带电棒在0点的电场方向沿着 选A. 参考答案与解析 黑白题57 专题二 静电场中的图像问题 E=ma.可知,加速度先增大后减小,故B错误;CD.根据1q/1= 1.D 解析:A.根据c一r图像可知,从0点向外电势逐渐降低,面顺着 IAE.1.E一图像面积表示电势差,由图可知在AB段面积较大,故电 电场线方向电势是降低的,说明电场线是从0点向外的,而电场线也 势差较大,电场力做功较大,故粒子在AB段电势能变化量的绝对值 是从正电荷出发,终止于负电荷或者无限远的,可以判断该绝缘体球 大于BC段电势能变化量的绝对值.故C正确,D错误.故选C 带正电,故A错误;B.根据电场强度与电势差的关系可知,一r图像 5.D 解析:AB.由图可知,场强E沿半径,方向始终大于0.7..7.两处 在某点的斜率表示那一点电场强度,本题A点的斜率大于B点的斜 的电场强度方向相同,电势沿着场强方向逐渐降低,故△、处不是电 率,所以A点的电场强度大于B点的电场强度,故B错误;C.-7图 势最高处.可知球心处的电势最高,故AB错误;C.在E-r图像中,曲 线与坐标轴所围成的面积表示电势差的大小,故可得r,七。两处的电 -: 势差大于E(r-r.),故C错误;D. 根据r。处的场强为E。,有E。 故C错误;D. 根据-r图像可知.B点的电势比在C点的电势高,而 Er?} 根据电势能与电势的关系公式E.=o可知,若是负点电荷,电势高 的地方电势能小,故D正确,故选D 6. C 解析;A.由电场的分布特点知.点电荷0.带正电,点电荷0.带 2.C 解析:A.一x图像的斜率表示电场强度,由图像可知粒子从0向 负电,选项A错误;BC.试探电荷在x。~x:之间电势能增大,试探电 右运动到x的过程中电场强度减小,方向沿;轴负方向,粒子所受的 荷受到的电场力对试探电荷做负功,所以试探电荷所受电场力沿; 电场力方向也沿:轴负方向,粒子做加速度减小的减速运动,故A错 轴负方向,电场强度沿;轴正方向,故B错误,C正确:D.由题图可知 误;B.粒子从0运动到x.的过程中,电势先增大后减小,根据E。 .处的电场强度为零,则 D错误.故选C 到x。处时电势能最小,电势能减少量最大,动能的增加量最大,速度 7.C 解析:A.在E.一-图像中,图像斜率的绝对值反映电场力的大小 在电荷量保持不变的情况下,电场力的变化趋势和场强的变化趋势 最大,根据动能定理有· 相等,根据图像可知,由x心.到0之间,斜率的绝对值先增大后减小 故电场强度先增大后减小.故A错误;B.根据上述分析可知,从 到 0之间,电场强度先增大后减小.电场力就先增大后减小,加速度就 动,当减速为零时,根据动能定理有a(0-)=0-- _m解得= 先增大后减小,故B错误;C.在xo到-x:之间,由x.到0.电场力先 做负功,电势能增大,带负电粒子减速,再由0到一i,电场力做正功 电势能减小.带负电粒子加速,图线关于纵轴左右对称,故电场力 的正功与负功一样多,故粒子在经过xt、-xt,处速度相同,故C正确; 3. AD 解析:A.由题目所给信息可知,三条曲线均在a=6.时,电势最 D. 粒子要能够一直沿;轴的负方向运动,就一定要能冲过0点,根 大,如图所示,可见半径越大,电势的最大值越大,图线①对应半径为 2-o,电场强度方向 据动能定理可得:Eo-Ef-m,解得:ro> 2(E-) .故D错误 故选C. 与:轴负方向成-斜向左下方,故C错误;B.设坐标原点0的电势 8.D 解析:A.t-:图像的斜率等于加速度,由t-:图像看出,质点做加 速度增大的加速运动,而质点在电场中仅受电场力作用,则知电场力 为,则E= 3r2 ”,故 增大,说明电场强度增大,即A处的场强一定小于B处的场强 故A错误.B.由题意分析可知电荷的电场力方向由A到B.由于电荷 B错误;D.电场强度方向与:轴负方向成-斜向左下方,由电场线 带正电,电场线的方向由A到B.所以A点的电势高.故B错误.C.质 从电势高的地方指向电势低的地方,及匀强电场的等势面与电场线 点的动能增大,由能量守恒定律得知,其电势能一定减小,则有电荷 垂直,可得从。到/.电势先降低后升高,从h到a.电势一直升高,故 在A处的电势能一定大于在B处的电势能,故C错误.D.从A到 D正确.故选AD 的过程中,质点的动能增大,由动能定理得知,电场力一定对电荷 做正功,故D正确.故选D 专题三 静电场中的功能关系 1.B 解析:A.虚线为匀强电场中与场强方向垂直的等间距平行直线 即虚线为等差等势线,0点电势高于c点,沿着电场线的方向电势陶 低,可知匀强电场的方向如图所示,结合曲线运动的轨迹可知,M粒 子所受电场力方向与电场线方向相同,粒子带正电,V粒子所受电 4.C 解析:A.由F-x图可知.从0点到C点,场强方向不变,且正电荷 场力方向与电场线方向相反,N粒子带负电,A错误;B.a.0.e三 受到电场力方向与场强方向相同,则电场线方向从0点到C点.沿电 点分别在连续的等差等势线上.且M.V两粒子比荷相等,M粒子 场线方向电势降低,故A错误;B. 根据牛顿第二定律可得:F= 带正电.V粒子带负电.结合曲线可知,N从2点运动至a点和M从 必修第三册·JK 黑白题58