第10章 静电场中的能量 真题体验-【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

真题体验第十章静电场中的能量 考点1电场强度、电势和电势能 C.在M点的机械能等于在N点的机械能 1.(2023·海南高考)（多选）如图所示，正三角 D.从M点运动到N点的过程中，电场力始终 形三个顶点固定三个等量电荷，其中A、B 不做功 带正电，C带负电，0、M、N为AB边的四等分4.(2021·湖南高考)（多选） 点，下列说法正确的是 ( 如图，圆心为0的圆处于 A.M、N两点电场强度相同 匀强电场中，电场方向与圆 60 B.M、N两点电势相同 平面平行，ab和cd为该圆 C.负电荷在M点电势能比在O点时要小 直径.将电荷量为q(q>0) D.负电荷在N点电势能比在O点时要大 的粒子从a点移动到b点，电场力做功为2W F (W>0);若将该粒子从c点移动到d点，电场 力做功为W,下列说法正确的是 () A.该匀强电场的场强方向与ab平行 M通市衣通B B.将该粒子从d点移动到b点，电场力做功 (第1题) (第2题》 为0.5W 2.(2023·山东高考)（多选）如图所示，正六棱 C.a点电势低于c点电势 柱上下底面的中心为O和O',A、D两点分别 D.若只受电场力，从d点射人圆形电场区域 固定等量异号的点电荷，下列说法正确的是 的所有带电粒子都做曲线运动 ( 考点3电场线和等势面 A.F点与C点的电场强度大小相等 5.(2021·全国甲卷)（多选）某电场的等势面如 B.B'点与E'点的电场强度方向相同 图所示，图中a,b、c、d、e为电场中的5个点，则 C.A'点与F点的电势差小于O'点与D点的 电势差 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 A.一正电荷从b点运动到e点，电场力 处固定一个正点电荷，P点在O点 右上方.从P点由静止释放一个带o: 做正功 B.一电子从a点运动到d点，电场力做功为 负电的小球，小球仅在重力和该点 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 点，OP>OM,OM=ON,则小球 向向右 A.在运动过程中，电势能先增加后减少 D.a、b、c、d四个点中，b点的电场强度大小 B.在P点的电势能大于在N点的电势能 最大 第十章学霸045 6.(2022·浙江高考)某种气体一电子放大器的 变若材料温度降低时，极板上所带电荷量变 局部结构是由两块夹有绝缘介质的平行金属 少，则 薄膜构成，其上存在等间距小孔，其中相邻两 A.材料竖直方向尺度减小 孔截面上的电场线和等势线的分布如图所示. B.极板间电场强度不变 下列说法正确的是 ( C.极板间电场强度变大 D.电容器电容变大 接外。也路 (A 被测材科 加热器 7777777 (第8题)】 (第9题) 9.(2022·北京高考)利用如图所示电路观察电 A.a点所在的线是等势线 容器的充、放电现象，其中E为电源，R为定 B.b点的电场强度比c点大 值电阻，C为电容器，A为电流表，V为电压 C.b、c两点间的电势差的值比a,c两点间的大 表.下列说法正确的是 () D.将电荷沿图中的线从d→e→f→g移动时 A.充电过程中，电流表的示数逐渐增大后趋 电场力做功为零 于稳定 7.(2023·辽宁高考)（多选）图(a)为金属四极 B.充电过程中，电压表的示数迅速增大后趋 杆带电粒子质量分析器的局部结构示意图， 于稳定 图(b)为四极杆内垂直于x轴的任意截面内 C.放电过程中，电流表的示数均匀减小至零 的等势面分布图，相邻两等势面间电势差相 D.放电过程中，电压表的示数均匀减小至零 等，则 考点5带电体在电场中的运动 10.(2021·全国乙卷)（多选）四个带电粒子的 电荷量和质量分别为(+g,m)、(+g,2m)、 (+3g,3m)、(-q,m),它们先后以相同的速 度从坐标原点沿x轴正方向射入一匀强电 图(a) 图 场中，电场方向与y轴平行.不计重力，下列 A.P点电势比M点的低 描绘这四个粒子运动轨迹的图像中，可能正 B.P点电场强度大小比M点的大 确的是 C.M点电场强度方向沿z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 材料尺度的变化上下移动，两极板间电压不 必修第三册学霸046 11.(2023·湖北高考)》 成正比，进入收集器的均匀混合气流包 (多选)一带正电微 含了直径为10m和2.5m的两种颗 粒从静止开始经电 粒，若10μm的颗粒恰好100%被收集， 45 压U,加速后，射入 2L 求2.5m的颗粒被收集的百分比. 水平放置的平行板电容器，极板间电压为 U,.微粒射入时紧靠下极板边缘，速度方向 与极板夹角为45°，微粒运动轨迹的最高点 混合 气流 到极板左右两端的水平距离分别为2L和L, ++++++ 到两极板距离均为d,如图所示.忽略边缘效 带屯颗粒 收集署 应，不计重力.下列说法正确的是() 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 值为2 13.(2022·辽宁高考)如图所示，光滑水平 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 面AB和竖直面内的光滑，圆弧导轨在B点 12.(2023·北京高考)某种负离子空气净化原 平滑连接，导轨半径为R质量为m的带正 理如图所示.由空气和带负电的灰尘颗粒物 电小球将轻质弹簧压缩至A点后由静止释 (视为小球)组成的混合气流进人由一对平 放，脱离弹簧后经过B点时的速度大小为 行金属板构成的收集器.在收集器中，空气 √gR,之后沿轨道B0运动.以O为坐标原点 和带电颗粒沿板方向的速度。保持不变.在 建立直角坐标系xOy,在x≥-R区域有方向 匀强电场作用下，带电颗粒打到金属板上被 与x轴夹角为0=45的匀强电场，进入电场 收集，已知金属板长度为L,间距为d,不考 后小球受到的电场力大小为2mg.小球在运 虑重力影响和颗粒间相互作用， 动过程中电荷量保持不变，重力加速度 (1)若不计空气阻力，质量为m、电荷量为-q 为g求： 的颗粒恰好全部被收集，求两金属板间 (1)弹簧压缩至A点时的弹性势能： 的电压U; (2)小球经过0点时的速度大小： (2)若考虑空气阻力，颗粒所受阻力与其相 (3)小球过0点后运动的轨迹方程 对于空气的速度？方向相反，大小为 f=m,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-q的颗粒恰好全 部被收集，求两金属板间的电压U2: b.已知颗粒的电荷量与其半径的平方 第十章学霸04712.(1)m3(2)(2R,-2R)(3)3.125R 由儿何关系得：d在ab方向的投影等于R刚好满足ds是der的 两倍，所以电场线的方向由指向b,场强方向与h平行，故A正 解析：(1)小球从P点运动到B点的过程中，根据动能定理得 确：由A选项的结论可知：2W=2gER,由图可知：d到b的距离在电 3mR-,R=之m2-0.解得4=管： 场方向的投影d,=2R,粒子从d点移动到b点电场力做功： (2)在第四象限电场中，小球做类平抛运动，根据牛顿第二定律得 B+mg=ma,解得：a=2g,在电场中运动的时间，=2 2R W=gE· R=0,5,故B正确：沿电场方向电势逐渐降低，。点 1 2√gR 电势高于c'点电势，c与c为等势点，所以a点电势高于c点电势 尺，下将的高度为4，=宁叫，解得4，=R,水平方向坐标 故C错误：如果粒子进入电场时的速度方向与b平行，即电场力 =2R,竖直方向坐标y=-(R+h1)=-(R+R)=-2R,则离开第四 与速度方向共线，则粒子会做直线运动，不会做曲线运动，故D错 象限电场时的位置坐标为(2R,-2R): 误故选AB 5.BD解析：b,e两点在同一个等势面上，柯知b,e两点间电势差为 (3)小球从B点以=2√gK的速度进入第四象限内的电场做类 零，电场力所做的功W=U,电场力做功为零，故A错误：电子从4 R 平抛运动，出电场时竖直方向的分速度：，==g×√ =2 点运动到d点，电场力所做的功W=gU=-e×(3V-7V)=4eV,故 √质，出电场后至打在荧光屏上运动的时同与=具解得=之 B正确：根据题意画出过b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6点电场强度垂直于该点所在等 R ,出电场后至打到荧光屏上在竖直方向运动的距离，=书， 势面，方向向左，故错误：等势面越密集的地方，电场线越密集 电场强度越大，a,b,「、d四个点中，b点所在处等势线最密集，所以 与+了戏，解得：=骨.因此小球打在荧光屏上的位置距：轴的 b点的电场强度最大，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 距离HRh2=R+Rg号=3125R 所在的线是电场线，选项A错误：B.因处的电场线较6点密集， 则e点的电场强度比b点大，选项B错误：C.因b,c两处所处的线 真题体验第十章静电场中的能量 为等势线，可知b,e两点间的电势差的值比a、c两点间的大，选项 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 C正确；D,因dg两点在同一电场线上，电势不相等，则将电荷沿 小相同，但是方向不同，选项A错误：B.因为在A、B处的正电荷 图中的线从d-千g移动时电场力做功不为零，迹项D错误故 在M,N两点的合电势相等，在C点的负电荷在M,N两点的电势 选C 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 7.CD解析：A.因P点所在的等势而电势高于M点所在的等势面」 O,A,B两电荷的合力对负电荷的库仑力从O指向M,则该力对负 可知P点电势比M点的高，选项A错误：B.因M点所在的等差等 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 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 该负电荷的合力对其做负功.则该负电荷的电势能增加，即负电荷 小，选项B错误：C.场强方向垂直于等势面，且沿电场线方向电势 在M点的电势能比在)点小：同理可知负电荷在V点的电势能比 逐渐降低，可知M点电场强度方向沿z轴正方向.选项C正确：D 在O点小，选项C正确，D错误故选BC. 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 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 选项D正确.故选CD 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： 8.A解析：D.根据题意可知极板之间电压U不变，极板上所带电尚 C.由等量异种电荷的电势分布可知甲=>0，Pm=-<0,Pm=0, Pr>0,因此中Ψr=p-4r<9m-学n=中，C正确；AB.由等量异种 量Q变少，根搭电容定义式C=号可知电容器的电容C变小， 电荷的对称性可知F和C”电场强度大小相等，B和E电场强度方 D错误： 向不同，A正确.B错误：故选ACD, 3.BC解析：ABC.由题知，OP>OM,OM=ON,则根据点电荷的电 BC根据电容的决定式G= 4可知极板间距d增大，根据E=二 势分布情况可知P。=P>~,则带负电的小球在运动过程中，电 可知极板间电场强度E诚小，BC错误： 势能先减小后增大，且E>E,w=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 A.极板间距d增大，材料竖直方向尺度减小，A正确故选A 能，A错误，BC正确：D.从M点运动到N点的过程中，电场力先 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 做正功后做负功，D借误故选BC 路中的电流逐渐诚小，电容器充电结束后，电流表示数为零 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 A错误： 为2W(F>0):若将该粒子从：点移动到d点，电场力做功为F,移 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 动距离山在电场方向的投影为d,移动距离cd在电场方向的投 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 影为dc.根据电场力做功表达式：W电=gE,可知d是dr的 后，最后趋于稳定，B正确： 两倍.设圆形电场区城的半径为R,如图 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q的粒子经过时间：在y轴方向 偏转位移为y,粒子的初速度为，比荷为k,电场强度大小为E根 60 据牛顿第二定律可得加速度大小为：=5=桃，水平方向粒子做 尼 匀速直线运动，则有：=。，即经过相同时间水平位移相等，竖直 参考答案学霸21 方向根据位移一时间关系可得：少=了，款理可得： .10m带电荷量g的颗粒恰好100%被收集，颗粒在金凤板间 经极短时间加速达到最大速度，所受阻力等于电场力，有∫= 于(+g,m)与(+3q,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 偏停. 向下，则正电荷向下偏转，负电荷向上编转.(+g,m)与(+3g,3m) 在竖直方向颗粒匀速下落d=t, 重合.且(+g,m)与(-g,m)关于x轴对称在1时刻沿y方向的位 移大于(+，2m),故A正确，BC错误：如果电场线平行于y轴向 25m的颗粒带电荷量为=得 上，则正电荷向上偏转.负电荷向下偏转，(+g,m)与(+3g,3m)重 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 合，且(+g,m)与(-g,m)关于x轴对称，在时划沿y方向的位移 大于(+g,2m),故D正确.故选AD. 力：有华。 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 设只有距下极板为d的颗粒被收集，在竖直方向颗粒匀速下落 向做匀变速直线运动.根据电场强度和电势差的关系及场强和电 r=t', 场力的关系可得B=,F=gE=mm,粒子射人电容器后的速度为 解得：只 ,水平方向和竖直方向的分速度，=045°= 2o,=osin 25m的颗粒被收集的百分比 ×100%=25% 45s2 0,从射人到运动到最高点由运动学关系公式得 13.(7gR(2)VgR（3r2=6说 =2d,粒子射人电场时由动能定理可得g心，=了m6,联立解得 解析：(1)小球从A到B,根据能量守恒定律得E,=2m哈 U:山=1：1，B正确：A,粒子从射人到运动到最高点由运动学 2mg水 公式可得2L=,4,d=2 ·t,联立可得L:d=1:1.A错误：C (2)小球从B到0，根据动能定理有-gR+E·2R= 2m 粒子穿过电容器时从最高点到穿出时由运动学公式可得L=,, 1 m房，解得o=3g水 过三山，射人电容器到最高点有，=以，解得，=子，设粒子穿 (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 。，2,粒子射人电场 电容器与水平方向的夹角为c,则ma=4=1 电场力分解到x轴和y轴，则x轴方向有gEcs45°=ma, 竖直方向有6sin45-mg=ma, 和水平线的夹角为B=45”.m(a+B)= tan a+tan B 解得、=g,a,=0, I-tan atan B =3,C错误： 说明小球从)点开始以后的运动为x轴方向做初速度为零的匀 D.粒子射人到最高点的过程水平方向的位移为x,竖直方向的位 加速直线运动，y轴方向做匀速直线运动.即做类平地运动，则有 之3，联立=，gU=子m2.=s45,a 移为= 2.y=o En' 心，B=,解得)严4，即粒子在运动到最高点的过 联立解得小球过0点后运动的轨透方程，2=6R 程中水平和竖直位移均与电荷量和质量无关，最高点到射出电容 静电场模块测评 器过程同理.即轨迹不会变化.D正确.故选D. 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 2d-mro d-kRro 12.(1)U1= (2)4.U2= b.25% 荷，右端带正电荷，两端出现电压，感应电场与外电场相叠加，所以 gl. 内部电场强度为0，起到屏蔽的作用B项：当正电荷放在金属壳外 解析：(1)只要繁靠上极板的颗粒能够落到下收集器右侧，颗粒就 时，使金国壳左端带负电荷，由于右端接地，则不带电.两端仍出现 能够全部收集，水平方向有L=。, 电压，感应电场与外电场相叠加，所以内部电场强度为0，起到屏藏 竖直方向= 2 的作用.C项：当正电荷放在金属壳内时，使金属内壳带负电荷，外 根据牛顿第二定律E=m. 壳带正电荷，出现感应电场，没起到屏蔽的作用D项：当正电荷放 在金属壳内时，出于接地，则使金属壳外不带电，故外部没有电场 又E= 从而起到屏蔽的作用故选C 28mrg 2,D解析：ABC,由题意知.同一个正电荷，两次以大小相同，方向 解得U,= 92 不同的初速度从P点出发，分别抵达M点与N点，且？在M,N点 (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 时速度大小也一样，由动能定理可知M、N两点的电势相同，M,N F电.即吗= 两点位于以场源电荷为例心的同一倒周上，由于场源点荷在P点 d 左侧，所以P点电势高于M点电势，g从P到M做加速运动： 故ABC错误：D.根据以上分析可知，M,N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到周定正电荷的 d-kRro 距离相等，由点电荷的场强公式可知M、N两点处电场强度大小相 解得U2三l 同，故D正确.故选D 必修第三册学蜀22