第10章 专题探究3 静电场中的功能关系-【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3 静电场中的功能关系 黑题专题强化练 限时：25min 题型1带电粒子的运动轨迹问题 3.(2024·山西太原期中)如图所 1.(多选)如图所示，空间某区域存在着非匀强 示，在点电荷Q形成的电场中 电场，实线表示该电场的电场线，过O点的虚 a、b两点在同一等势面上，c、d 线MN表示该电场一个等势面，两个相同的带 两点在另外同一等势面上，甲 正电的粒子P,Q分别从A、B两点以相同的初 乙两带电粒子的运动轨迹分别为acb曲线和 速度开始运动，速度方向垂直于MW,AB连线 ad曲线.若两粒子通过a点时具有相同的动 与MW平行，且都能从MN左侧经过O点.设 能，仅考虑电场力的作用，则下列说法中不正 粒子P、Q在A、B两点的电势能分别为E。,和 确的是 E2,经过O点时的速度大小分别为，和2： A.甲、乙两粒子带异种电荷 粒子的重力不计，则 B.甲粒子经过c点时与乙粒子经过d点时的 动能相同 C.两粒子经过b点时的动能相同 D.若取无穷远处为零电势，则甲粒子在c点 A.,>2 B.1<i2 的电势能小于乙粒子在d点时的电势能 C.Ep<E D.E>E 2 4.如图所示，空间中存在水平向左的匀强电场 2.(2023·广东深圳罗湖外语学校期中)两个固 在电场中将一带电液滴从b点由静止释放，液 定的等量异种点电荷所形成电场的等势面如 滴沿直线由b运动到d,且直线bd方向与竖 图中虚线所示，一带负电的粒子以某一速度 直方向成45°角，下列判断正确的是() 从图中a点进人电场，其运动轨迹为图中 实线所示，a、b、c、d、e为运动轨迹与等势线 的交点，直线ae水平.若粒子只受静电力作 用，则下列关于带电粒子的判断正确的是 A.液滴带正电荷 B.液滴的电势能增大 C.液滴的机械能和电势能之和不变 D.液滴的电势能和动能之和不变 题型2带电体运动中的功能关系 A.电场方向竖直向上 5.如图所示，质量为m的小球带正电荷q,处于 B.粒子在a点的电势能小于在e点的电势能 一倾角0=45的光滑绝缘斜面上，整个装置处 C.粒子从a点运动到e点的过程中的动能先 于一水平向左的匀强电场中，其电场强度E= 减小后增大 D.粒子从a点运动到d点的过程中减小的动 mg现让小球从A点以速度，水平射出，落在 能大于增加的电势能 斜面上的B点则小球从A到B点的过程中， 必修第三册RJ黑白题030 下列说法中正确的是 A.从N到M的过程中，小物体的电势能逐渐 Fx=mg 减小 B.从M到N的过程中，电场力对小物体先做 负功后做正功 C,从N到M的过程中，小物体受到的摩擦力 A.小球速度大小保持不变 和电场力均先减小后增大 B.小球的机械能先变小后增大 C.小球动能最小时，其电势能达到最大值 D小物体上升的最大高度为 D.重力对小球做的功等于小球电势能的增 4g 8.如图所示，水平地面上方有与其平行且关于 加量 AM'对称分布的匀强电场，A点左侧地面粗糙， 6.如图所示，绝缘水平面上固定一正点电荷Q, 右侧光滑.质量为m、电量为+g的滑块从A点 另一质量为m、电荷量为-g(g>0)的滑块（可 看作点电荷)从a点以初速度。沿水平面向Q 以初速度向左滑动，滑块电荷量保持不变， 运动，到达b点时速度减为零.已知a、b间距 滑块与左侧水平地面间的滑动摩擦力大小为 离为s,滑块与水平面间的动摩擦因数为4，重 人，匀强电场场强大小E=取M为零势 2 力加速度为g.以下判断正确的是 面，求： (1)滑块向左滑动的最大距离， (2)求滑块第一次在A右侧滑行时其动能和 A.滑块在运动过程中所受Q的库仑力有可能 电势能相等时距A的距离， 大于滑动摩擦力 (3)分析滑块的运动情况，判断其最终停在何 B.滑块在运动过程的中间时刻，速度的大小 处，并求滑块运动全过程摩擦力做的功. 等号 ￡A'E C.此过程中产生的内能小于 光滑 D.Q产生的电场中，a、b两点间的电势差 m(t6-24μgs) U= 2q 7.(多选)如图所示，粗糙程度均匀的绝缘斜面 下方0点处有一正点电荷，带正电的小物体 以初速度”，从M点沿斜面上滑，到达N点时 速度为零，然后下滑回到M点，此时速度为2 (2<知，).若小物体电荷量保持不变，OM=ON, 则有 第十章黑白题031_F.3 -N=1N. 过^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 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.=10V/m.选项A错误; 减小,因此在c点的电势能小于零:乙粒子与场源电荷带同种电荷 B. 滑块向右运动过程中,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x=3m处时,根据动能定理-m- 子在t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 力,其合力沿阿方向,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 D. 若滑块恰好到达x=5m处,则-m=W=F-f 液漓的电势能、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=E.所以合力F=v2mg,方向与水平方向的夹 其中E.-21.解得滑块的电势能E.=5J. F.5v-50V.选项D错误.故选C. 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g= 先变小后变大,速度先变小后变大,故A错误;B. 当水平分速度减为 ?-0.1 8.C 解析:由+一:图像可知,粒子做加速度逐渐增大的加速运动,因此该 零时。“ 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ABD错误.C正确.故选C 9.D 解析:在x<0范围内,当x增大时,由V=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,机械能一直减小,此时速 匀增大,-→应为向上倾斜的直线;在x0范围内,当:增大时,由 度大小为to,故B错误;C.落回斜面过程中,电场力一直做负功,电 V=Ed=Ex可知,电势差均匀减小,-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 故A错误.在x<0范围内,电场力向右,加速度向右,为正值:在>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 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 1m,r-x:图像应是曲线:同理,在x>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 根据动能定理得:Ex=- 与运动方向相反,而库仑力与运动方向相同,因滑块在点静止,故 内,图线也应为曲线,故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,库仑力培 Ex=E,E.-x图像应是倾斜的直线;同理,在x>0范围内,图线也为 大,但仍小于滑动摩擦力,到达b点时速度减为零,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,随着间距减 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 ir-mgso-m,产生的内能o=umgx-uqnt-m.,因此在此过 1. BC 解析:粒子P、0从A.B两点分别到0点.由于A0点间的电势 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0的 程中产生的内能大于减少的动能,C错误;由动能定理可得(ms 动能增加量,所以.<,故A错误,B正确;过A点画出等势面,根据 m(r-2ngs) 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 2 .D正确.故选D 子带正电.所以E.<E。,故C正确,D错误.故选BC 7. BD 解析;由0V=0V.电场力为斥力.小物体与2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,电势能先增大后减 受到了向上的力的作用,可知场强方向大致向下,A错误;B.a.。两 小.则B正确.A错误;从V到M的过程中.小物体受到的电场力亟 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,则摩擦力先减小后培 a点运动到e点的过程中电场力先做负功后做正功,则动能先减小后 大.在此过程中小物体到0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点的过程中减小的动 过程沿斜面运动的最大距离为4.因为0V=0V.则M.V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.上滑和下滑经过 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 同一个位置时,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c.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a到4.电场力做负功,动能减小.因此甲粒子经过c点时动能比乙 的功相等,并设为V.在上滑和下滑过程,对小物体,摩擦力做功相 粒子经过d点时的动能大,B不正确;C.由于a、b处于同一等势面 上.甲,乙两粒子从a到5.电场力做功为零,动能不变,因此两粒子经 参考答案与解析 黑白题15 容器刚开始放电的瞬间有V=R-4.5x10-x890V=4.005V.电容器 的电容约为c-4xi0 选BD. V4.00F~1x10-F.B正确;C. 电阻箱的阳值 (3)A点m 不影响电容器充电完毕时所带的电量,则i-1图线下的面积不变 C错误;D.若把电阻箱的阻值调至1000O再次做实验,通过的电荷 解析:(1)对滑块水平方向受力分析,如图所示 量不变,电路中电阻增大电流减小,由a=i可知,电容器放电的时间 增加,D正确.故选BD. 3.A 解析:A.根据电容器的定义式与决定式c-① 保持S不变,增大a时,电容器的电容减小.而电容器电荷量不变,则 电容器两瑁电压增大,从而使静电计指针张角?变大,故A正确 4 据牛顿第二定律/^+F"ma.,又F.:E.可知a.= B. 保持3不变,减小d时,电容器的电容增大,而电容器电荷量不 n 变,则电容器两端电压减小,从而使静电计指针张角o减小,故B错 滑块向左滑行距A最大位移为,根据=2a{&,可得s.28 哈r} 误;C.保持d不变,减小5时,电容器的电容减小,而电容器电荷量不 变,则电容器两端电压增大,从而使静电计指针张角?变大,故C错 (2)设滑块第一次从左侧再次回到A处的速度为v:、加速度为a。、潜 误;D.保持S、d不变,在两板间插人电介质,电容器的电容增大,而 块在右侧电场中的加速度为a.在右侧滑行的最大距离为s.滑块 从A左侧最大位移处向右到达A的过程中,据牛顿第二定律F" 电容器电荷量不变,则电容器两端电压减小.从而使静电计指针强 角8减小.故D错误.故选A n 4. BD 解析:如果将两板缓慢地水平错开,那么在错开的过程中,电容 _,板间场强不变,则油滴 器的电容将减小,由于电源电压不变,E= 17 静止不动.由0=CV.0减小.电流计中的电流从a流向6.D正确;如 果将A板缓慢地提高,由于电源电压不变,E= -.板间场强变小,则 油滴向下加速运动,提高的过程中,电容器的电容将减小,由0=CU 0减小.电流计中的电流从a流向5.B正确 滑块经A进人右侧匀强电场时受力分析如图,有Eg=ma3,知a。= 3/ 1. BD 解析:A图:可变电容器,通过改变电介质改变电容,故A错误; 又据=2a{可得-12 r B图:电容器的一个极板是金属芯线,另一个极板是导电液体,故是 通过改变电容器两极板间正对面积而引起电容变化的,故B正确 当滑块运动至右倒位移一半处,电势能等于动能,即电势能等于动能 C图:通过改变极板间的距离改变电容,故C错误;D图:电容器为可变 电容器,通过转动动片改变正对面积改变电容,故D正确;故选BD. (3)滑块在A点两侧做往复运动,由于摩擦阳力做功,振幅逐渐减 2.C 解析:电容器充电后,断开电源,电容器的电量保持不变,根据C 小.最终停在A点.据能量守恒知滑块运动全程中摩擦力做功W 8$ #} 两板间的场强不变,试探电荷在P点所受的电场力也不变,故AB错 误;P点与上板间的电势差V=Ed”,由于上板接地,所以上板的电势 第4节1 电容器的电容 为零,即/=Ed'=n,由以上的分析可知,P点电势不变,根据E。 白题 础过关 .所以P点电势能不变,故C正确.D错误 3. D 解析:A.传感器匀速运动时弹策长度与静止时相同,电容器两极 板所带电荷量与静止状态时相同,故A错误:B. 匀减速向右运动时 A=CAV-30x10-*x1C=3x10-*C.故A正确;B.给电容器1C的 弹箭的伸长量保持不变,电介质插入电容器长度不变,电容器的电容 电荷量,则由C- 不变.所带电荷量不变.故电路中无电流.故B错误;CD.传感器运动 时向有的加速度逐渐增大以及向左的加速度逐渐减小,此时弹策的 CV可知,当电压达到击穿电压时,电荷量达到最多,最大值为:0. {S 400x30x10^C=1.2x10-}C.故C错误;D.两极板间能承受的最大 电压为击穿电压400V.故D错误.故选A 电容器的电容变小.电容器两端的电压不变等于电源电动势,根据 2. BD 解析:A.7-:图线下的面积等于电容器充电完毕时所带的电量 0=CU可知,电容器的电荷量减小,电容器放电,电路中有由a向 由图像可知电容器充电完毕时的带电量约为4x10”}C.A错误;B.电 的电流,故C错误.D正确.故选D 必修第三册·B 黑白题16