第10章 专题探究2 静电场中的图像问题-【学霸题中题】2024-2025学年新教材高中物理必修第三册(人教版2019) 江苏专用

专题探究2静电场中的图像问题 题型1中-x图像 的变化规律并描绘出-x图像，如图所示.已 1.(2023·山东龙口期初)真空中一平面直角坐 知p-x图线与x轴的交点坐标为x1和x2,x= 标系xOy内，存在着平行于x轴方向的电场， 3L处的图线的切线水平，取无穷远处电势为 x轴上各点的电势p随位置x变化的关系图 零时点电荷的电势公式P= ,其中k为静电 像如图所示，x=0处电势为6V.一个带负电 粒子从x=1cm处由静止释放，不计粒子重 力常量，Q为场源点电荷的电荷量，「为某点 力，则下列说法正确的是 ( 距场源点电荷的距离，以下说法正确的是 A.x=2cm处的电势为 零，电场强度大小也 2 A.两点电荷为同种电荷 为零 B.两点电荷的电荷量之比为Q,:Q。=16:1 B.x=-1cm的电场强度药-2-d入m C.在x轴上x>2L的区域内无初速度释放 大于x=1cm处的电场强度 一正电荷，该正电荷一定能到达无穷远处 C.粒子沿x轴负方向运动过程中，电势能先 9 变大后变小 D.3=4 D.粒子沿x轴负方向运动到的最远位置处的 题型2E-x图像 坐标为x=-1.5cm 4.（2024·陕西西安 2.(2023·湖南常德一中质检)两电荷量分别为 期中)空间有一沿 q,和92的点电荷分别固定在x轴上的A、B x轴对称分布的 两点，两点电荷连线上各点电势o随坐标x 电场，其x轴上电 变化的关系图像如图所示，其中P点电势最 场强度E随x变化的图像如图所示，取x轴正 高，且xp<xg,则 方向为电场正方向，下列说法正确的是( A.4,和92都是正电荷 A.O点的电势最低，x2点的电势最高 B.q,的电荷量大于q2的电 B.x和-x两点的电势相等 荷量 C.电子在x,的电势能大于在x2的电势能 C.一点电荷只在电场力作用 D.电子由x,运动到x,电场力先做正功后做 下沿x轴从P点运动到B点，加速度逐渐 负功 变小 5.(2024·重庆月考)某条电 D.在A、B之间将一负点电荷沿x轴从P点 场线是一条直线，沿电场线 左侧移到右侧，电势能先减小后增大 方向依次有0、A、B、C四个 042d3d3 3.(2024·陕西西安月考) 点，相邻两点间距离均为d,以0点为坐标原 如图所示，x轴上固定两0亡密江 点，沿电场强度方向建立x轴，该电场线上各 个点电荷A和B,电荷A 点电场强度E随x的变化规律如图所示.一个 固定在原点O,电荷B固定在x=2L处，通过 带电量为+？的粒子，从0点由静止释放，仅 电势传感器测出x轴上各点电势φ随坐标x 受电场力作用则下列说法正确的是() 必修第三册学霸028 A.若0点的电势为零，则A点的电势为E,4 B.滑块向右运动过程中，加速度先增大后减小 C.滑块运动至x=3m处时，速度大小 B.粒子从A到B做匀速直线运动 为2m/s C.粒子在OA段电势能减少量小于BC段电 D.若滑块恰好到达x=5m处，则该处的电势 势能减少量 为50V qEod D.粒子运动到B点时动能为 题型4其他图像 8.一负电荷从电场中A点由静止释放，只受静 题型3E-x图像 电力作用，沿电场线运动到B点时，它运动的 6.电荷量为9，和92的两点电荷分别固定在x轴 -t图像如图所示，则A、B两点所在区域的电 上的0、C两点，规定无穷远处电势为零，一 场分布情况可能是图中的 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.g,的电荷量小于q,的电E 荷量 B.G点处电场强度的方向 沿x轴正方向 C.若将一带负电的试探电荷自G点释放，仅 在电场力作用下一定能到达D点 9.如图所示，无限大均匀带正 D.若将一带负电的试探电荷从D点移到J 电薄板竖直放置，其周围空 点，电场力先做正功后做负功 间的电场可认为是匀强电场 7.如图甲所示，光滑绝缘水平面上有一带负电 光滑绝缘细管垂直穿过板中 荷小滑块，在x=1m处以初速度。=√3m/s 间小孔，一个视为质点的带负电小球在细管 沿x轴正方向运动.小滑块的质量为m=2kg、 内运动以小孔为原点建立x轴，规定x轴正 带电量为q=-0.1C,可视为质点.整个区域存 方向为加速度a和速度的正方向，下图分 在沿水平方向的电场，图乙是滑块电势能E。 别表示x轴上各点的电势P、小球的加速度 随位置x变化的部分图像，P点是图线的最低 a、速度v和动能E,随x的变化图像，其中正 点，虚线AB是图像在x=1m处的切线，并 确的是 且AB经过(0,3)和(3,0)两点，g=10m/s2 下列说法正确的是 12345 甲 A.x=1m处的电场强度大小为20V/m 第十章学霸029Unt. ③ DE BD ③ 12-(-4)V/m=200 V/m,故C错误.D正确.故选D. DCE=37$.BBF=0. 12m$ 8x10~2 U=15 V/m. 12.D 解析:AB.如图所示,连接AB.0C. OD.OF,令0C.0D.0F与AB交点分 方向沿着BF方向,与AB成37*角 别为1.II.G. 易知乙BAO=乙0BA= (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 30.目乙A0C=乙C0D=乙DOF= 方向做匀加速运动,记出圆周时的点为G.由几何知识可得AG= 乙 FOB=30*$所以AI=10.0G=GB.在 1 2Rcos37*}=0.16m.电场力所数的功转化为电子的动能,有 △IGO中,有L0IG= OGI=L10G= E. =eExAG=1.92x10-*1. 60.所以△/G0为等边三角形,则A/= (3)如图所示,由题意可得 IG=GB.所以I.G将AB三等分.根据匀强电场中电势均匀变化可 $知$.=6V.=3V,所以0F为-条等势线.则 .=.=3V.根$ 据几何关系可知OH=RsinZHA0-R △DH与△HIO全等,则乙IDH=乙HOI=30*.则DI 连线垂直 于A0.且平行于F0.说明DI是一条等势线,所以=,=6V. 故AB正确:C.电场强度方向垂直于等势线0F和D/.根据沿电 场强度方向电势降低可知电场方向沿A、0连线方向,故C正确 _6Vm.故 AV为等势线,A点电势与A点相同,当把电子移动到V点时,电 势能变化量最大.由几何关系可得0V=A0ens37=0.08m.MV D错误,本题选错误的,故选D 0.18m. 13.B 解析:一x图像,斜率表示电场强度,在x。处的图像斜率不为 由电势能变化量与电场力做功关系可得AE。=eExMV=2.16x 零,则电场强度也不为零,故A错误;B.x=20cm处图像斜率为 10-*1. 0 ((20c),所以电荷M、A所带电量大 零,则满足:- 0 (40){ 专题探究2 静电场中的图像问题 1.D. 解析:A. 由图可知,x=2cm处的电势为零.因x-x图像的斜率 根据电势变化情况可知,自x。处右侧场强方向先沿:轴正方向 等于场强,可知该点的电场强度大小不为零,选项A错误;B.因- 后沿x轴负方向,场强先减小为零后反向增大再减小,根据牛顿 x图像的斜率等于场强,可知x=-1cm的电场强度小于x=1cm处 第二定律,有Ea=ma.可知正电荷a运动的过程中,加速度先减小 的电场强度,选项B错误;C.带负电的粒子沿:轴负方向运动过程 为零后反向增大再减小,故C错误;D.一正电荷。自x。处由静止 中,电势先升高后降低,可知电势能先变小后变大.选项C错误:D 释放,正电荷会向电势低的方向运动,则电荷会沿着:轴正方向 由能量关系可知,粒子沿:轴负方向运动到的最远位置处应该与 运动,因此正电荷的电势能先减小后增大,故D错误.故选B. 初始位置电势相同,即坐标为x=-1.5cm.选项D正确.故选D. 14.C 解析:依题意,把电荷量为-2x10-*C的点电荷从A点移动到 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 B点,静电力做的功为1.6x10}1.根据公式W..=q.解得 线电势降低,所以电场线方向为由P到A.再从P到B.则a.和q 1.6x10-} 是同种电荷,且一定是负电荷,故A错误.B.-x图线切线斜率大 U= 小等于电场强度大小.在P点切线斜率为零,则P点的电场强度大 C点.电势能增加4.0x10-*1.把这个点电荷从B点移动到C点电 小为零,说明a.和a.两点电荷在P点产生的场强大小相等,方向相 场力做功为-4.0x10-1.则有Wnc=c.解得Vac= 反,由公式E-k,因为xu<xno,故的电荷量小于:的电荷 -4.0x10-) 量,故B错误;C.→图线切线斜率为场强的大小.从P点到B点 aoa-ntUno.解得vro-90 v.故c正 斜率越来越大,故场强越来越大,电场力越来越大,故加速度越来 2 越大,故C错误:D. 负电荷从P点左侧移到右侧,电场力先做正 确.ABD错误.故选C 功.后做负功,电势能先减小后增大,故D正确,故选D 第3关(练思维宽度) 3.D 解析:A. 根据图像,电荷A周围的电势大于零,所以电荷A 15.(1)75V/m.方向与AB成37*斜向上 (2)1.92x10-1*1 带正电:电荷B周围的电势小于零,所以电荷B带负电,两点电荷 (3)2.16x10-1*1 为异种电荷,故A错误;B.x=3Z处的图线的切线平行于:轴.该处 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 的电场强度等于零,由点电荷场强合成得:k 所示。 0. =9:1.故B错误;C.在x轴上2L<r<32.的区域内.电势逐 渐升高,电场强度沿;轴负方向,在x轴上x37.的区域内,电势逐 渐降低,电场强度沿:轴正方向,所以在21~31.之间释放正电荷 将向左运动加速一段时间,后开始减速,如果在31.右侧放入正电 荷将向右运动,将向右一直加速到无穷远处,故C错误;D.一x图 像中图线的斜率绝对值表示电场强度大小.则x=31.处的电场强 必修第三册 学霸12 _ 电势公式有& 范围内.电场力向左,加速度向左,为负值;故B错误.在t<0范围 。 内,根据动能定理得:qEx= 范围内,图线也应为曲线,故C错误;在xc0范围内.根据动能定理 4. B 解析:A.从图像可以看出.电场强度的大小和方向都沿着轴 得:Ex=E..F.-图像应是倾斜的直线;同理.在x>0范围内,图 对称分布,沿着电场强度的方向,电势降低,由此可知0点电势最 线也为倾斜的直线,故D正确,故选D 高,沿着x轴降低,故A错误;B.由于x.和-x.两点关于y轴对称, 且电场强度的大小也相等,故从0点到:和0点到-x.电势降落 专题探究3 静电场中的功能关系 相等,故x.和一x.两点电势相等,故B正确;CD.电子带负电,沿着 1.C 解析:A.粒子做曲线运动,电场力指向轨迹的内侧,所以电场 电场线方向,电势能增大,电子在x.的电势能小于在x.的电势能. 力的方向向左下方;粒子带负电,场强方向向右上方,沿电场线电 故CD错误.故选B. 5.D 解析:A.E→图像与:轴围成的面积代表电势差大小,则0A 势降低,所以0点的电势高于P点的电势,故A错误;BC. 若粒子 从P运动到0.电场力做正功,电荷的电势能减小.动能增大,则( 间电势差大小Uat--fa4.沿着电场线,电势逐渐降低,若0点的 点电势能较小.P点的动能较小.故B错误.C正确:D. 电场线的疏 密表示电场强度的大小.由图可知0点电场强度比P点大,根据牛 电势为零,则Ua=o-,可得A点的电势为=- 顿第二定律可知在0点的加速度比在P点大,故D错误.故选C. 故A错误;B.粒子从A到B运动的过程中,电场力一直做正功,则 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 粒子一直做加速运动,电场力恒定不变,加速度不变,所以粒子做 子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、 匀变速直线运动,故B错误;C.根据W=q及E-x图像与x轴围 两点电势相等,同一粒子在两点电势能相等,B错误;C.带负电粒 成的面积可知,粒子在OA段电场力做功大于BC段电场力做功 子从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 所以粒子在0A段电势能减少量大于BC段电势能减少量,故C错 先减小后增大.C正确;D.由于粒子运动过程中只有电场力做功. 误;D. 根据动能定理可知-qf。d+efod=E-0.解得粒子运动到 能量只在动能与电势能之间转化,则粒子从a点运动到1点的过 程中减小的动能等于增加的电势能,D错误,故选C 3Ed B点时动能为E-2,故D正确.故选D. 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 6.D 解析:由E。=知正电荷的电势能变化情况和电场的电势变 两粒子带异种电荷,A正确:B. 甲从a到c.电场力做正功.动能增 化情况相同.由图知无穷远处的电势为零,B点的电势为零,由干沿 加,乙从a到d.电场力做负功,动能减小,因此甲粒子经过c点时 着电场线电势降低,所以0点的电荷y.带正电,C点电荷a。带负 动能比乙粒子经过d点时的动能大,B不正确;C.由于ab处于同 电,由于B点距离0比较远而距离C比较近,所以g.电荷量大于 一等势面上,甲、乙两粒子从a到,电场力做功为零,动能不变,因 9.的电荷量,故A错误.沿着电场线电势逐渐降低可知C点的场强 此两粒子经过b点时的动能相同.C正确;D.由于甲粒子与场源电 沿;轴负方向,选项B错误.带负电的试探电荷在G点受;轴正方 荷带异种电荷,从无穷远处通过a点向e运动的过程中,电场力 向的电场力,故沿:轴正向做加速运动,选项C错误.负电荷从/ 做正功,电势能减小,因此在c点的电势能小于零;乙粒子与场源 点到/点的过程中,电场力先沿x轴正向后沿;轴负向,故电场力 电荷带同种电荷,从无穷远处通过a点向a运动的过程中,电场力 先做正功后做负功,选项D正确故选D 做负功,电势能增加,因此在d点的电势能大于零,故甲粒子在 7.C 解析:A.E.一x图像斜率的绝对值表示滑块所受电场力的大小, 点的电势能小于乙粒子在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 力,其合力沿方向,则电场力必定水平向右,则液演带负电,电 可得E.=10V/m.选项A错误 场力做正功,电势能减少,故AB错误;因为有重力和电场力做功 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 所以液滴的电势能、动能和重力势能之和守恒,故C正确,D错误 增大,选项B错误; 故选C. C. 滑块从x=1m的位置运动至x=3m处时,根据动能定理 5.D 解析:A.因为mg=E.所以合力F=v2mg,方向与水平方向的 夹角为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 选项C正确; 减为零时n。-.此时竖直分速度 =g=ro,位移偏转角tn= D. 若滑块恰好到达x-=5m处,则-m=W =f-ft 2o 1 其中E.=21.解得滑块的电势能E.-5J. 7-0.1 2o{ 8.C 解析:由t一:图像可知,负电荷做加速度逐渐增大的加速运动,因 小.此时速度大小为su,故B错误;C. 落回斜面过程中,电场力一 此该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 直做负功,电势能一直增大,所以落回斜面时,电势能最大,故C错 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 误;D.从A到B点的过程中,根据能量守恒可知,重力对小球做的 确.故选C. 功等于小球电势能的增加量,故D正确.故选D. 9.D 解析:在xc0范围内.当x增大时,由V=Ed=Ex.可知,电势差 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 均匀增大,-x应为向上倾斜的直线;在x0范围内,当x增大时, 力与运动方向相反,而库仑力与运动方向相同,因滑块在b点静 由V=Ed=E:可知.电势差均匀减小.-x也应为向下倾斜的直线 止,故库仑力小于滑动摩擦力,当在滑动过程中,随着间距减小,库 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 仑力增大,但仍小于滑动摩擦力,到达b点时速度减为零,A错误; 参考答案学霸13