第10章 静电场中的能量 真题体验-【学霸黑白题】2024-2025学年新教材高中物理必修第三册(人教版2019)

真题体验第十章 静电场中的能量 黑题高考真题缚 限时：60min 考点1电场强度、电势和电势能 A.在运动过程中，电势能先增加后减少 1.(2023·海南高考)（多选）如图所示，正三角 B.在P点的电势能大于在N点的电势能 形三个顶点固定三个等量电荷，其中A、B带 C.在M点的机械能等于在N点的机械能 正电，C带负电，O、M、N为AB边的四等分点， D.从M点运动到N点的过程中，电场力始终 下列说法正确的是 ( 不做功 A.M、N两点电场强度相同 4.(2021·湖南高考)（多选） B.M、N两点电势相同 如图.圆心为0的圆处于匀 C,负电荷在M点电势能比在O点时要小 强电场中，电场方向与圆平 D.负电荷在N点电势能比在O点时要大 面平行，ab和cd为该圆直 径.将电荷量为q(g>0)的 粒子从a点移动到b点，电场力做功为2W (W>0):若将该粒子从c点移动到d点，电场 A母前方市®B 力做功为W.下列说法正确的是 (第1题) (第2题) A.该匀强电场的场强方向与a山平行 2.(2023·山东高考)（多选）如图所示，正六棱 B.将该粒子从d点移动到b点，电场力做功 柱上下底面的中心为O和O',A、D两点分别 为0.5W 固定等量异号的点电荷，下列说法正确的是 C.a点电势低于c点电势 ( D.若只受电场力，从d点射入圆形电场区域 A.F'点与C'点的电场强度大小相等 的所有带电粒子都做曲线运动 B.B点与E'点的电场强度方向相同 考点3电场线和等势面 C.A'点与F'点的电势差小于O'点与D'点的 5.(2021·全国甲卷)（多选）某电场的等势面如 电势差 图所示，图中a、b、c,d、e为电场中的5个点，则 D.将试探电荷+g由F点沿直线移动到O点， ( 其电势能先增大后减小 考点2电场力做功和能量的转化 3.(2023·全国乙卷)（多选）在0点 处固定一个正点电荷，P点在O点 A.一正电荷从b点运动到e点，电场力做 右上方.从P点由静止释放一个带0 正功 负电的小球，小球仅在重力和该点 B.一电子从a点运动到d点，电场力做功为 电荷电场力作用下在竖直面内运 4eV 动，其一段轨迹如图所示.M、N是轨迹上的两 C.b点电场强度垂直于该点所在等势面，方向 点，OP>OM,OM=ON,则小球 向右 第十章黑白题045 D.a、b、c、d四个点中，b点的电场强度大小 材料尺度的变化上下移动，两极板间电压不 最大 变若材料温度降低时，极板上所带电荷量变 6.(2022·浙江高考)某种气体一电子放大器的 少，则 局部结构是由两块夹有绝缘介质的平行金属 A.材料竖直方向尺度减小 薄膜构成，其上存在等间距小孔，其中相邻两 B.极板间电场强度不变 孔截面上的电场线和等势线的分布如图所示 C.极板间电场强度变大 下列说法正确的是 D.电容器电容变大 接外电路 被测材料 加热别 (第8题) (第9题) 9.(2022·北京高考)利用如图所示电路观察电 容器的充、放电现象，其中E为电源，R为定值 A.a点所在的线是等势线 电阻，C为电容器，A为电流表，V为电压表 B.b点的电场强度比c点大 下列说法正确的是 ( C.b、c两点间的电势差的值比a、c两点间 A.充电过程中，电流表的示数逐渐增大后趋 的大 于稳定 D.将电荷沿图中的线从d→e→→g移动时电 B.充电过程中，电压表的示数迅速增大后趋 场力做功为零 于稳定 7.(2023·辽宁高考)（多选）图(a)为金属四极 C.放电过程中，电流表的示数均匀减小至零 杆带电粒子质量分析器的局部结构示意图， D.放电过程中，电压表的示数均匀减小至零 图(b)为四极杆内垂直于x轴的任意截面内 考点5带电体在电场中的运动 的等势面分布图，相邻两等势面间电势差相 10.(2021·全国乙卷)（多选）四个带电粒子的 等，则 电荷量和质量分别为(+q,m)、(+g,2m)、 (+3g,3m)、(-q,m),它们先后以相同的速度 从坐标原点沿x轴正方向射人一匀强电场 中，电场方向与y轴平行.不计重力，下列描 绘这四个粒子运动轨迹的图像中，可能正确 图 的是 A.P点电势比M点的低 B.P点电场强度大小比M点的大 C.M点电场强度方向沿：轴正方向 D.沿x轴运动的带电粒子，电势能不变 考点4电容器 8.(2022·重庆高考)如图为某同学采用平行板 电容器测量材料竖直方向尺度随温度变化的 装置示意图，电容器上极板固定，下极板可随 必修第三册RJ黑白题046 11.(2023·湖北高考)（多选）一带正电微粒从 b.已知颗粒的电荷量与其半径的平方成 静止开始经电压U,加速后，射入水平放置的 正比，进入收集器的均匀混合气流包含 平行板电容器，极板间电压为U2,微粒射入 了直径为10um和2.5m的两种颗粒， 时紧靠下极板边缘，速度方向与极板夹角为 若10m的颗粒恰好100%被收集，求 45°，微粒运动轨迹的最高点到极板左右两端 2.5um的颗粒被收集的百分比. 的水平距离分别为2L和L,到两极板距离均 为d,如图所示.忽略边缘效应，不计重力.下 列说法正确的是 ( 蒂电颗拉 收集器 45n A.L:d=2:1 B.U1:U2=1:1 C.微粒穿过电容器区域的偏转角度的正切 13.(2022·辽宁高考)如图所示，光滑水平面AB 值为2 和竖直面内的光滑4圆弧导轨在B点平滑连 D.仅改变微粒的质量或者电荷数量，微粒在 电容器中的运动轨迹不变 接，导轨半径为R质量为m的带正电小球将 12.(2023·北京高考)某种负离子空气净化原 轻质弹簧压缩至A点后由静止释放，脱离弹 理如图所示.由空气和带负电的灰尘颗粒物 簧后经过B点时的速度大小为√gR,之后沿 (视为小球)组成的混合气流进入由一对平 轨道B0运动.以O为坐标原点建立直角坐 行金属板构成的收集器在收集器中，空气和 标系x0Oy,在x≥-R区域有方向与x轴夹角 带电颗粒沿板方向的速度。保持不变.在匀 为0=45°的匀强电场，进人电场后小球受到 强电场作用下，带电颗粒打到金属板上被收 的电场力大小为，2mg.小球在运动过程中电 集，已知金属板长度为L,间距为d,不考虑重 荷量保持不变，重力加速度为g求： 力影响和颗粒间相互作用， (1)弹簧压缩至A点时的弹性势能： (1)若不计空气阻力，质量为m、电荷量为-4 (2)小球经过0点时的速度大小： 的颗粒恰好全部被收集，求两金属板间 (3)小球过0点后运动的轨迹方程 的电压U: (2)若考虑空气阻力，颗粒所受阻力与其相 对于空气的速度方向相反，大小为 f=,其中r为颗粒的半径，k为常量.假 设颗粒在金属板间经极短时间加速达到 最大速度 a.半径为R、电荷量为-g的颗粒恰好全 部被收集，求两金属板间的电压U2: 第十章黑白题047故A正确：B.将B板下移一段距离时，由于二极管的存在，板间场强 Eq+mg=ma, 不变，带电粒子所受的电场力大小不变，运动时间变长，小球将打 解得：a=2g。 在N点的右侧，故B错误：C.将A板上移一段距离，电容减小，面电 在电场中运动的时间1.2√示√ 2R2R R 容器所带电量不变，板间场强不变，带电粒子所受的电场力大小不 变，粒子小球仍然打在N点，故C错误：D,在A板下面插入一很薄的 金属板，AB间距d减小，电容增大，则电量Q增大，所以场强增大，电 下落的高度为h,=2, 场力变大，粒子做类平抛运动，竖直方向上的加速度增大，运动时间 解得h,=R. 变短，小球将打在N点的左侧，故D正确.故选AD. 水平方向坐标x=2R 9。D解析：A.x1~4处场强方向沿x轴正方向，根据沿看着电场线方向 竖直方向坐标y=-(R+M,)=-(R+R》=-2R, 电势降低，？处电势高于，处电势，则电势能不等，放A错误： 则离开第四象限电场时的位置坐标为(2R,-2R): BD.x,-x,处场强方向沿x轴正方向，则正点电荷由x,运动到x:的 (3)小球从B点以=2R的速度进人第四象限内的电场做类平 过程中顺著电场线方向移动，电场力一直做正功，正电荷的电势能诚 抛运动。 小，故D正确，B错误：C.由U=E可知，E-x图线与x轴所固的面积 表示电势差，则知，3两点之间的电势差小于，x:两点之间的电 2√ 出电场时竖直方向的分速度，=，=2g×√ 势差故C错误故选D. 出电场后至打在荧光屏上运动的时间，=R 10.D解析：A.粒子在电场中做类平抛运动，水平方向x=o1,竖直方 向户子·经，由m45之可得 mo2√2mt0,放A错 解得6侣 R 1 误：B.由am45=之，可得tm45°= 之，可得，=2故粒 出电场后至打到奖光屏上在竖直方向运动的距离妇=5+】。 9 解得h=gR, 千速度大小为√+5n,动能为=2m2=5张o,故B错 因此小球打在荧光屏上的位置距x轴的距离H=R+h,+2=R+R+ 误：C.由动能定理可得q=E-Eo.可得U= 50,则该点电势为 8R=3125R 9= 4E0,故C错误：D.平抛运动的速度方向偏角的正切是位移方 真题体验第十章 静电场中的能量 向偏角正切的两倍，即n=2anB,可知速度正切unc=21an45°， 围题 高考度坚连 所以只要粒子落在M八连线上，即使增大初速度，速度与竖直方向 的夹角也不变，故D正确故选D. 1,BC解析：A.根据场强叠加以及对称性可知，M,N两点的场强大小 11.(1)1.58m/s,方向向右(2)1.5N,方向竖直向下(3)2.5m 相同.但是方向不同.选项A错误：B.因为在A,B处的正电荷在M,N 解析：(1)设滑块在B点速度为，对滑块从A到B的过程应用动能 两点的合电势相等，在C点的负电荷在M,N两点的电势也相等， 则M,N两点电势相等，选项B正确：CD.因负电荷从M到O,A、B两 、定理mgR-4R=】m2,=158m,方向向右 电荷的合力对负电荷的库仑力从)指向M.则该力对负电荷做负功. C点的负电荷也对该负电荷做负功，可知三个电荷对该负电荷的合 (2)在B点由牛顿第二定律可得F、-mg=mR联立解得R= 力对其做负功，则该负电荷的电势能增加，即负电荷在M点的电势 1.5N.由牛顿第三定律可知，小滑块对B点的压力大小为1.5N,方 能比在0点小：同理可知负电荷在N点的电势能比在0点小，选项 向竖直向下. C正确，D错误，故选BC. (3)由题意知5=7.5x105×1×10N=0.75N,4mg=0.05×0.1× 2.ACD解析：D.根据点电荷的等势线画法，可知试探电荷由F点沿 10N=0.05N,因此有E>umg,所以小滑块最终在园弧轨道的BC 直线移到0点，电势先增大后诚小，电势能先增大后减小，D正确： 部分往复运动，C点离水平而的高度4满足关系式mgh= C.由等量异种电荷的电势分布可知P=中>0，单g=一中<0,9=0。 qE√R一(R-h)丁，所以小滑块在水平轨道上通过的总路程x满 Pr>0,因此9-Pr=p-9r<9-Pr=p,C正确：AB.由等量异种电 足mgR-gER=umgx,解得x=2.5m 荷的对称性可知F”和C电场强度大小相等，B和E电场强度方向不 12.(0'(2)(2R.-2R)(3)3125k 同，A正确，B错误：故选ACD 3.BC解析：ABC.由题知，OP>OM,OM=DN,则根据点电荷的电势分 解析：(1)小球从P点运动到B点的过程中，根据动能定理得 布情况可知中u=9,>中，则带负电的小球在运动过程中，电势能先 3meR-g5R=2m2-0. 减小后增大，且E>Ew=E,则小球的电势能与机械能之和守恒， 则带负电的小球在M点的机械能等于在N点的机械能，A错误， 解得g置 BC正确：D,从M点运动到N点的过程中，电场力先做正功后做负 (2)在第四象限电场中，小球做类平抛运动.根居牛顿第二定律得 功，D错误故选BC 参考答案与解析黑白题23 4.AB解析：根据题意可知：粒子从a点移动到b点，电场力做功为2厚9，B解析：A充电过程中，随着电容器C两极板电荷量的积累，电路 (W>0):若将该粒子从©点移动到d点，电场力做功为W,移动距离 中的电流逐渐减小，电容器充电结束后，电流表示数为零，A错误： b在电场方向的投影为d,移动距离cd在电场方向的投影为d4, B.充电过程中，随着电容器C两极板电荷量的积累，电压表测量电 根据电场力做功表达式：W电=gEd,可知d是dr的两倍，设圆形电 容器两端的电压，电容器两端的电压迅速增大，电容器充电结束后， 场区域的半径为R,如图 最后趋于稳定，B正确： CD.电容器放电过程.刚开始电势差较高，所以放电效率高，对应的 电流表和电压表的示数不是均匀减小至零的.CD错误故选B 10.AD解析：设质量为m.电荷量为g的粒子经过时间1在y轴方向 偏转位移为y,粒子的初速度为，比荷为电场强度大小为E.根据 牛顿第二定律可得加速度大小为：=些=比，水平方向粒子做匀速 由几何关系得：d在ab方向的投影等于R,刚好满足d是dr的 直线运动.则有：。，即经过相同时间水平位移相等，经直方向根 两倍.所以电场线的方向由a指向b,场强方向与ab平行，故A正确： 由A选项的结论可知：2W=2R,由图可知：d到b的距离在电场方 据位移时间关系可得了，装理可得y由于() 向的投影dn=2R,粒于从山点移动到6点电场力做功：Wa=9E, 与(+3g,3m)的比荷相同，故轨迹相同，由于(-9，m)与其他三个粒 子电性相反，故偏转方向相反，如果电场线平行于y轴向下，则正电 2R=05W,故B正确：沿电场方向电势逐海降低，a点电势高于（点 荷向下偏转，负电荷向上偏转，(+4.m)与(+3g,3m)重合，且 (+q,m)与（一g,m)关于x轴对称，在1时刻沿y方向的位移大于 电势，c与c'为等势点，所以a点电势高于c点电势，故C错误：如果 (+g,2m).故A正确，BC错误：如果电场线平行于y轴向上，则正电 粒子进人电场时的速度方向与山平行，即电场力与速度方向共线， 荷向上偏转，负电荷向下偏转，(+g,m)与(+3.3m)重合，且 则粒子会做直线运动，不会做曲线运动.故D错误，故选AB (+g,m)与(-q,m）关于x轴对称，在：时刻沿y方向的位移大于 5.BD解析：be两点在同一个等势面上，可知b,e两点间电势差为零， (+9,2m).故D正确故选AD. 电场力所做的功W=U,电场力做功为零，故A错误：电子从点运 11.BD解析：B.粒子在电容器中水平方向做匀速直线运动，竖直方向 动到d点，电场力所做的功W=gU=-e×(3V-7V)=4cV,故B正确： 做匀变速直线运动，根据电场强度和电势差的关系及场强和电场力 根据题意画出过点的电场线，电场线与等势面处处垂直，并指向电 势降低的方向，所以b点电场强度垂直于该点所在等势面，方向向 的关系可得B=F=6=m,粒子射入电容器后的迷度为o,水 左，故C错误：等势面越密集的地方，电场线越密集，电场强度越大， ?,b,,d四个点中，b点所在处等势线最密集，所以b点的电场强度 平方向和经直方向的分速度，，m45=受0550血45。 最大，故D正确.故选BD 6,C解析：A.因上下为两块夹有绝缘介质的平行金属薄膜，则点所 o,从射入到运动到最高点由运动学关系公式得广-2d,粒子射 2 在的线是电场线，选项A错误：B.因©处的电场线较b点密集，则e点 的电场强度比b点大，选项B销误：C.因6，©两处所处的线为等势 人电场时由动能定理可得心=之：联立解得么：=1：1 线，可知b,e两点间的电势差的值比a,e两点间的大，选项C正确： B正确：A.粒子从射人到运动到最高点由运动学公式可得2山=，， D.因dg两点在同一电场线上，电势不相等，则将电荷沿图中的线从 0+, dg移动时电场力做功不为零，选项D错误故选C 2 ·1,联立可得L:d=1:1,A错误：C.粒子穿过电容器时从 7.CD解析：A.因P点所在的等势面电势高于M点所在的等势面，可 最高点到穿出时h运动学公式可得L=,1,,1=1,射入电容器到 知P点电势比M点的高，选项A错误：B,因M点所在的等差等势面 密集，则M点场强较P点大，即P点电场强度大小比M点的小，选项 最高点有5=，解得与一子.设技子穿过电容器与水平方向的夫 B错误：C.场强方向垂直于等势面，且沿电场线方向电势逐渐降低， 角为位，则ma=”=2,粒子射入电场和水平线的夹角为B与 可知M点电场强度方向沿：轴正方向，选项C正确：D.因x抽上各 点电势相等，则沿x轴运动的带电粒子，电势能不变，选项D正确.故 45°，tan(a+B)= tan a+tan B =3,C错误：D.粒子射人到最高点的 1-tan ctan B 选CD. 过程水平方向的位移为x,竖直方向的位移为y= 8.A解析：D.根据题意可知极板之闻电压U不变.极板上所带电荷量 2a2,联立x Q变少，根据电容定义式C=9可知电容器的电容C变小，D错误， g儿4=.=m45e- m.t=a'r.F 2a解得y= C.根据电容的决定式C= 位可知极板同距4增大根据公=号可 0x2 4心，·即粒子在运动到最高点的过程中水平和竖直位移均与电荷 知极板间电场强度E诚小，C错误： 量和质量无关，最高点到射出电容器过程同理.即轨迹不会变化： A.极板间距d增大，材料竖直方向尺度减小，A正确故选A D正确.故选BD. 必修第三册·RJ黑白题24 2产md 12.(1)01= dkRro b.25% 静电场模块测评 解析：(1)见要紧靠上极板的颗粒能够落到下收集器右侧，颗粒就 黑题模块酒关测 能够全部收集，水平方向有L=o 1.C解析：A项：当正电荷放在金属壳外时，使金属壳左端带负电荷， 竖直方向4= 22 右端带正电荷，两端出现电压，越应电场与外电场相叠加，所以内部 根据牛顿第二定律gE=m, 电场强度为0，起到屏敲的作用B项：当正电荷放在金属壳外时，使 金属壳左端带负电荷，由于右端接地，则不带电，两端仍出现电压，感 应电场与外电场相叠加，所以内部电场强度为0，起到屏蔽的作用 2产mr C项：当正电荷放在金属壳内时，使金属内壳带负电荷，外壳带正电 解得U,= 93: 荷，出现感应电场，没起到屏蔽的作用D项：当正电荷放在金属壳内 (2)a,颗粒在金属板间经极短时间加速达到最大速度，竖直方向 时，由于接地，则使金属壳外不带电，故外部没有电场，从面起到屏被 F鱼以 的作用故选C d kRe 2.AD解析：ABC.由题意知，同一个正电荷？两次以大小相同、方向不 且4.4 同的初速度从P点出发，分别抵达M点与N点，且g在M,N点时速 F Fo 度大小也一样，由动能定理可知M,N两点的电势相同。M,N两点位 kRea 解得U2= 于以场源电荷为圆心的同一圆周上，由于场源点荷在P点左鳄.所以 P点电势高于M点电势，？从P到M做加速运动，故BC错误，A正 b.10m带电荷量？的颗粒恰好100%被收集.颗粒在金属板间经 极短时间加速达到最大速度，所受阻力等于电场力，有∫=· 确：D.根据以上分析可知，M,V两点在同一等势面上，且该电场是周 定正电荷产生的电场，则说明M、N到固定正电荷的臣离相等，由点 d 电荷的场强公式可知M.N两点处电场强度大小相同，故D正确.故 在竖直方向颗粒匀速下落d=m, 选AD. 3.D解析：A.电场线的疏密程度表示场强的大小，则c处场强大于a 25山的颗粒带电荷量为？=名 处，沿着电场线方向电势逐渐降低，则c点电势低于a点电势， 颗粒在金属板间经极短时问加速达到最大速度，所受阳力等于电场 故A错误：B.两个导体处于静电平衡，内部场强处处为零，但是内部 的电势不相等，可以确定左侧导体内部电势大于零，右侧导体内部电 势小于零，故B错误：C,因为d处电势小于零.则将一负试探电荷放 设只有距下极板为的颗粒被收集，在竖直方向顯粒匀速下落d”= 在d点时其电势能为正值，故C错误：D.图中b点所在的电场线的起 ad. 点在左侧导休，电势大于零，终点在右侧表而，电势小于零，所以一定 解得= 存在一个点此处的电势为零，故D正确故选D 4 25m的颗粒被收集的百分比号×100%=25% 4D解析：A.断开开关K,电容器带电量不变，则由C=, 4行d1 13.()eR(2)V5(6)y2=6 可得U=4标d ,d减小，可知静电计指针的张角变小，故A错误： U4πkQ 解折：(1)小球从A到么.展据能量守恒定律得(，=了： BCD.电场强度为E= 诚小，电场强度不变，带电油滴不 2 mgk. 动.由-0=4，=吧可知P点电势不变，期带电油清的电势 (2)小球从B到0，根据动能定理有-mgR+E·2R= 能尽，=p=4,电势能不变，故BC精误，D正确故选D. &S 5.C解析：依据等差等势线的疏密表示场强大小可知，在e,d,e∫四点 解得a=√3R 中，「点的电场最强.故A错误：沿着电场线方向，电势是降低的.因B (3)小球运动至0点时速度竖直向上，受电场力和重力作用.将电 场力分解到x轴和y轴，则x轴方向有gEco45°=m, 供电线的电势高于A供电线的电势，则在c,d.ef四点中，e点的电势 最高，做B错误：若将某电子由c移到了，即从高电势到低电势，其电 竖直方向有gEsin45°-mg=a, 势能将增大，故C正确：将某电子在d点由静止释放，在电场力作用 解得a,=ga,=0, 下，它会向：点所在等势面运动，故D错误 说即小球从0点开始以后的运动为x轴方向做初速度为零的匀加 6.B解析：A.根据几何关系ACBD构成一个正方形，则C,D两点关于 速直线运动，y轴方向做匀速直线运动，即做类平抛运动，则有x= 等量异种点电荷连线对称且在连线的中垂线上，故C、D两点的电场 1 8,y=o 强度相同，故A错误：B.根据几何关系rc=√2r,「G重√6，且BG 联立解得小球过0点后运动的轨迹方程y2=6R 与AG垂直.根据点电荷场强公式和场强的叠加可知G点的电场强 参考答案与解析黑白题25