第10章 专题探究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(人教版2019)

专题探究2静电场中的图像问题 黑题专题强化 限时：30min 题型1-x图像 电势传感器测出x轴上各点电势φ随坐标x 1.(2023·山东龙口期初)真空中一平面直角坐 的变化规律并描绘出p-x图像，如图所示 标系xOy内，存在着平行于x轴方向的电场， 已知p-x图线与x轴的交点坐标为x,和x2, x轴上各点的电势随位置x变化的关系图 x=3L处的图线的切线水平，取无穷远处电势 像如图所示，x=0处电势为6V.一个带负电 粒子从x=1m处由静止释放，不计粒子重力， 为零时点电荷的电势公式口=9，其中k为静 则下列说法正确的是 ( 电力常量，Q为场源点电荷的电荷量，「为某 A.x=2m处的电势为 点距场源点电荷的距离，以下说法正确的是 零，电场强度大小也 为零 A.两点电荷为同种电荷 B.x=-1m的电场强度 -2-10m B.两点电荷的电荷量之比为Q,:Qg=16:1 大于x=1m处的电场强度 C.在x轴上x>2L的区域内无初速度释放一 C.粒子沿x轴负方向运动过程中，电势能先 正电荷，该正电荷一定能到达无穷远处 变大后变小 9 9 D.粒子沿x轴负向运动到的最远位置处的坐 D.=54 4 标为x=-1.5cm 题型2E-x图像 2.(2023·湖南常德一中质检)两电荷量分别为 4.(2024·陕西西安期中)空间有一沿x轴对 ,和g2的点电荷分别固定在x轴上的A、B两 称分布的电场，其x轴上电场强度E随x变化 点，两点电荷连线上各点电势φ随坐标x变化 的图像如图所示，取x轴正方向为电场正方 的关系图像如图所示，其中P点电势最高，且 向，下列说法正确的是 xp<trB,则 A.9,和92都是正电荷 B.9,的电荷量大于92的电 荷量 C.一点电荷只在电场力作用 A.O点的电势最低，2点的电势最高 下沿x轴从P点运动到B点，加速度逐渐 B.x,和-x,两点的电势相等 变小 C.电子在x,的电势能大于在x2的电势能 D.在A、B之间将一负点电荷沿x轴从P点左 D.电子由x,运动到x,电场力先做正功后做 侧移到右侧，电势能先减小后增大 负功 3.(2024·陕西西安月考) 5.(2024·安微培优联盟联考) 如图所示，x轴上固定两 (多选)空间中存在沿x轴方 个点电荷A和B,电荷A 向的电场，x轴上各点的电场 固定在原点O,电荷B固定在x=2L处，通过 强度（以+x方向为正）随x的变化情况如图所 必修第三册RJ黑白题028 示，已知0-x1之间为倾斜直线，x1~x2之间为 A.x=1m处的电场强度大小为20V/m 曲线，x2=2x1·下列叙述中正确的是 ( B.滑块向右运动过程中，加速度先增大后减小 A.x=0处与x2处两点的电势相同 C.滑块运动至x=3m处时，速度大小为2m/s B.x=0与x,间的电势差大于x1与x2间的电 D.若滑块恰好到达x=5m处，则该处的电势 势差 为50V C.电子沿x轴从x=0运动到x2的过程中，电 题型4其他图像 场力先做正功后做负功 8.一负电荷从电场中A点由静止释放，只受静电 D.电子在x,处的电势能小于在x2处的电 力作用，沿电场线运动到B点时，它运动的 势能 :图像如图所示，则A、B两点所在区域的电 题型3E,-x图像 场分布情况可能是图中的 ( 6.电荷量为9，和g2的两点电荷分别固定在x轴 上的O、C两点，规定无穷远处电势为零，一带 正电的试探电荷在x轴上各点具有的电势能 随x的变化关系如图所示.其中，试探电荷在 B、D两点处的电势能均为零：在DJ段中H点 处电势能最大.则 A.q,的电荷量小于42的电 荷量 B.G点处电场强度的方向 沿x轴正方向 9.如图所示，无限大均匀带正电 C.若将一带负电的试探电荷自G点释放，仅 薄板竖直放置，其周围空间的 在电场力作用下一定能到达D点 电场可认为是匀强电场.光滑 D.若将一带负电的试探电荷从D点移到J 绝缘细管垂直穿过板中间小 点，电场力先做正功后做负功 孔，一个视为质点的带负电小球在细管内运 7.如图甲所示，光滑绝缘水平面上有一带负电荷 动.以小孔为原点建立x轴，规定x轴正方向 小滑块，在x=1m处以初速度。=√3m/s沿 为加速度a和速度v的正方向，下图分别表示 x轴正方向运动.小滑块的质量为m=2kg、带 x轴上各点的电势p,小球的加速度a、速度v 电量为g=-0.1C,可视为质点.整个区域存在 和动能E,随x的变化图像，其中正确的是 沿水平方向的电场，图乙是滑块电势能E,随 位置x变化的部分图像，P点是图线的最低 点，虚线AB是图像在x=1m处的切线，并且 AB经过(0,3)和(3,0)两点，g=10m/s2.下列 说法正确的是 243 第十章黑白题0299=g,p4,则p。p=9-94,故0n=Uw,面0=2Uw.Ua=2Uw, 种电荷，且一定是负电荷，故A错误B.P-x图线切线斜率大小等于 故Uy=U,故选项C符合题意：若c,d之间的距离为L,但d不 电场强度大小，在P点切线斜率为零，则P点的电场强度大小为零， 定平行于电场线，故W3=gEL©os0,其中9为d与电场线的夹角，不 说明和：两点电荷在P点产生的场强大小相等，方向相反，由公 一定为零，故该电场的场强大小不一定为 :,故选项D不符合题意 武E=k号，因为x<m,故，的电荷量小于的电荷量，故B销 压轴挑战 误：C,-x图线切线斜率为场强的大小，从P点到B点斜率越来越 9.(1)75V/m.方向与AB成37斜向上(2)1.92×10(3)2.16× 大，故场强越来越大，电场力越来越大，故加速度越来越大，故C错 1018J 误：D.负电荷从P点左侧移到右侧，电场力先做正功，后做负功，电 解析：(1)由题意可知，在0B上有一点E,其电势与C点电势相同.连接 势能先减小后增大，故D正确，故选D. 两点可得等势线，分别过B点和D点作CE的平行等势线.如图所示. 3.D解析：A,根据图像，电荷A周丽的电势大于零，所以电荷A带正 电：电荷B同围的电势小于零，所以电荷B带负电，两点电荷为异种 电荷，故A错误：B.x=3L处的图线的切线平行于x轴，该处的电场 A- 2 强度等于零，由点电荷场强合成得：k0 方)=g,解得：Q,w= 9:1.故B错误：C,在x轴上2L<x<3L.的区域内.电势逐渐升高，电 场强度沿x轴负方向，在x轴上x>3L的区域内，电势逐渐降低，电场 强度沿x轴正方向，所以在2L~3L之间释放正电荷，将向左运动加速 由愿意与几何关系可得CD 20"4g,= DE BD 15m,∠DCE= 一段时间，后开始或速，如果在3L右侧放人正电荷将向右运动，将向 右一直加速到无穷远处，故C错误：D,中-x图像中图线的斜率绝对 37,BF=012m, 由题意可得'=9P,=9V,E= V/. 值表示电场强度大小，则x=3让处的电场强度为零，有k (302s 方向沿着BF方向，与AB成37°角 ,由图像可知1处的电势为零，根据电势公式有 (2)若将一电子从A点由静止释放，将在电场力作用下沿电场线方 On 向做匀加速运动，记出圆周时的点为G,由几何知识可得AG= =k0 2L-1 《与2江代人解得：与=9 年，放D正确故 2Reos37°=0.16m,电场力所做的功转化为电子的动能，有E= 选D ExAG=1.92×10w1 4,B解析：A.从图像可以看出.电场弧度的大小和方向都沿着x轴对 (3)如图所示，由题意可得 称分布，沿着电场强度的方向，电势降低，由此可知0点电势最高，沿 若x轴降低，枚A错误：B.由于x,和-，两点关于y轴对称，且电场 强度的大小也相等，故从0点到x,和0点到-x,电势降落柑等，故 和-x两点电势相等，故B正确：CD.电子带负电.沿着电场线方向， A D 电势能增大，电子在x,的电势能小于在2的电势能，故CD错误，故 帝 。 选B. 5.BD解析：A.沿电场方向电势降低，因为电场方向指向x轴正方向， 4N为等势线，A点电势与N点相同.当把电子移动到M点时，电势能 故x轴相当于一条电场线，故Po>中，A错误；B,因为从0到x,间的 变化量最大，由几何关系可得0V=A0cos37°=0.08m.N=0.,18m, 平均电场强度大于从x1到，2间的平均电场强度，根据公式U=d,山 由电势能变化量与电场力做功关系可得△E=×MN=2.16×105. 相等，可得x=0与￥1间的电势差大于x1与间的电势差，B正确： CD.电子受到的电场力方向和电场方向相反，故从x=0运动到x,的 专题探究2静电场中的图像问题 过程中电场力一直做负功，电势能增大，电子在1处的电势能小于 在？处的电势能，C错误，D正确.故选BD, 6.D解析：由￡。=架知正电荷的电势能变化情况和电场的电势变化 1.D解析：A.由图可知，x=2m处的电势为零，因9-x图像的斜常等 情况相同由图知无穷远处的电势为零，B点的电势为零，由于沿着 于场强，可知该点的电场强度大小不为零，选项A错误：B.因-x图 电场线电势降低，所以O点的电荷，带正电.C点电荷g2带负电. 像的斜率等于场强，可知x=一1m的电场强度小于x=1m处的电场 由于B点距离O比较远面距离C比较近，所以1电荷量大于：的 强度，选项B错误：C带负电的粒子沿x轴负方向运动过程中，电势 电荷量，故A错误.沿着电场线电势逐渐降低可知G点的场强沿x轴 先升高后降低，可知电势能先变小后变大，选项C错误：D.由能量关 负方向，选项B情误带负电的试探电荷在G点受x轴正方向的电场 系可知，粒子沿x轴负方向运动到的最远位置处应该与初始位置电 力，放沿x轴正向做加速运动，选项C错误，负电荷从D点到J点的 势相同，即坐标为x=-1.5cm,选项D正确.故选D 过程中，电场力先沿x轴正向后沿x轴负向，做电场力先做正功后做 2.D解析：A.由A到P电势升高，从P到B电势降低，因为沿电场线 负功，选项D正确.故选D 电势降低，所以电场线方向为由P到4，再从P到B,则，和2是同7.C解析：A.E,-x图像斜率的绝对值表示滑块所受电场力的大小， 必修第三册·RJ黑白题14 23N=1N, 过b点时的动能相同.C正确：D.由于甲粒子与场源电荷带异种电 所以滑块在x=1m处所受电场力大小为F=网= △x3 荷，从无穷远处通过a点向c运动的过程中，电场力做正功.电势能 可得E,=I0V/m,选项A错误： 减小，因此在点的电势能小于零：乙粒子与场源电荷带同种电荷， B.沿块向右运动过程中，电场力先减小后增加，则加速度先减小后 从无穷远处通过a点向d运动的过程中，电场力做负功，电势能增 增大，选项B错误： 加，因此在d点的电势能大于零，故甲粒子在c点的电势能小于乙粒 C.滑块从x=1m的位置运动至=3m处时，根据动能定 2u2 1 子在d点时的电势能，D正确.故选B. 4.C解析：由题可知，带电液滴受重力和电场力作用，两个力都是恒 2m后=W,甲电=△=1小，解得速度大小为。=2m5,选项C 力，其合力沿方向.则电场力必定水平向右，则液滴带负电，电场 正确： 力做正功.电势能减少，故AB错误：因为有重力和电场力做功，所以 几若指块拾好到达=5m处，则子md=”。=。-5 液滴的电势能、动能和重力势能之和守恒，故C正确，D错误故选C 5.D解析：A.因为mg=Eg,所以合力F=√2mg,方向与水平方向的夹 其中E=2J,解得滑块的电势能E:=5J 角为45°，小球从A到B点的过程中，合力先做负功后做正功，动能 该处的电势为甲= ?-V=-50V,选项D错混故选C 先变小后变大，速度先变小后变大，故A错误：B.当水平分速度诚为 1 8.C解析：由一4图像可知，粒子做加速度逐渐增大的加速运动，因此该 时。回.此时竖直分速度，位移转角m2。) 电荷所受电场力越来越大，电场强度越来越大，电场线密的地方电场 强度大，且负电荷受力与电场方向相反，故AD错误.C正确故选C. 2%1 9.D解析：在x<0范围内，当x增大时，由U=Ed=Ex,可知，电势差均 1,刚好落回斜面，所以电场力一直做负功.机械能一直诚小，此时速 匀增大，P应为向上倾斜的直线：在x>0范围内.当x增大时，由 度大小为o,故B错误：C.落回斜面过程中，电场力一直做负功，电 U=Ed=Ex可知，电势差均匀藏小，P-x也应为向下倾斜的直线， 势能一直增大，所以落回斜面时，电势能最大，故C错误：D,从A到B 故A错误在x<0范围内，电场力向右，加速度向右，为正值：在x>0 点的过程中，根据能量守恒可知，重力对小球做的功等于小球电势能 范围内，电场力向左，加速度向左，为负值：故B错误在x<0范围内， 的增加量，故D正确.故选D 根据动能定理得：gr子m2,图像应是曲线：同理，在0范围 6.D解析：由题意可知滑块水平方向受库仑力、滑动摩擦力.摩擦力 与运动方向相反，而库仑力与运动方向相同，因滑块在6点静止，故 内，图线也应为曲线，放C错误：在x<0范围内，根据动能定理得： 库仑力小于滑动摩擦力，当在滑动过程中，随着间距减小，库仑力增 gE=￡、，E-x图像应是领斜的直线：同理，在x>0范田内，图线也为 大，但仍小于滑动摩擦力，到达点时速度域为零，A错误：水平方向 倾斜的直线，故D正确.故选D. 受大小不变的摩擦力及变大的库仑力，当在滑动过程中，随着间距诚 专题探究3静电场中的功能关系 小，库仑力增大，但仍小于滑动摩擦力，所以导致加速度慢慢减小，加 速度是变化的，故中间时刻的速度小于宁B错误：由动能定理可得 黑题专强化塔 1,BC解析：粒子P,Q从A,B两点分别到0点由于AO点间的电势 wmgs=0-】m品，产生的内能Q=umg=9*+,m,因此在此过 差小于B0点间的电势差，所以粒子P的动能增加量小于粒子Q的 程中产生的内能大于或少的动能，C错误：由动能定理可得m= 动能增加量，所以，<1.故A错误.B正确：过A点画出等势面.根据 沿着电场线方向电势降低，所以A点电势低于B点电势，由于带电粒 久 m,解得两点间的电势差U m(哈-244g -,D正确.故选D. 2g 子带正电，所以E<E,故C正确，D错误.故选BC 7.BD解析：由0M=ON,电场力为斥力，小物体与0点的距离先减小 2.C解析：A,从粒子运动轨迹看出，轨迹向上弯曲.可知带负电粒子 后增大，可知电场力对小物体先做负功后做正功，电势能先增大后诚 受到了向上的力的作用.可知场强方向大致向下，A错误：B.:,e两 小，则B正确，A错误；从N到M的过程中，小物体受到的电场力垂 点电势相等，同一粒子在两点电势能相等，B错误：C,带负电粒子从 直斜面的分力先增大后成小，而重力分力不变.则摩擦力先减小后增 a点运动到点的过程中电场力先做负功后做正功，则动能先藏小后 大，在此过程中小物体到)点的距离先减小后增大，根据库仑定律可 增大，C正确：D.由于粒子运动过程中只有电场力做功，能量只在动 知小物体受到的电场力先增大后减小，C错误.设斜面倾角为8，上升 能与电势能之间转化，则粒子从a点运动到d点的过程中诚小的动 过程沿斜而运动的最大距离为.因为M=ON,则M,N两点电势相 能等于增加的电势能，D错误故选C 等，小物体从M到N,从N到M电场力做功均为0.上滑和下清经过 3.B解析：A.做曲线运动的物体，受力的方向总是指向凹侧.可知甲 同个位置时，垂直斜面方向上电场力的分力相等，则经过相等的一 与场源电荷带异种电荷，乙与场源电荷带同种电荷，因此甲、乙两粒 小段位移在上滑和下滑过程中电场力分力对应的摩擦力所做的功均 子带异种电荷，A正确：B.甲从a到，电场力做正功，动能增加.乙 为相等的负功，所以上滑和下滑过程克服电场力做功与摩擦力所做 从4到d,电场力做负功，动能减小，因此甲粒子经过©点时动能比乙 的功相等，并设为W,在上滑和下滑过程，对小物体，摩擦力最功相 粒子经过d点时的动能大，B不正确：C,由于：，b处于同一等势面 上，甲、乙两粒子从到b,电场力做功为零，动能不变，因此两粒子经 等，则应用动能定理分别有：-mgn8·L-W,=一 “2m和mgsin 0 参考答案与解析黑白题15