第10章 情境题专项-【新课程能力培养】2024-2025学年高中物理必修第三册同步练习（人教版2019）

练 高 中 物 理 必 修 第三册 （人教版） 1． 如图是静电除尘装置图， 烟尘在力的作用下向筒壁 运动的原因是 （ ） A． 烟尘受到重力的作用 B． 烟尘受到电场力的作用 C． 烟尘受到浮力的作用 D． 烟尘受到气流的作用 2． 生活中有很多种类的电子秤， 如图所示是 用平行板电容器制成的厨房用电子秤及其 电路简图。 称重时， 把物体放到电子秤面 板上， 压力作用会导致平行板上层膜片电 极下移。 下列说法正确的是 （ ） A． 称重时膜片稳定后电流表 G 示数为 0 B． 上层膜片电极下移过程中电容器的电 容减小 C． 上层膜片电极下移过程中有 a 到 b 的 电流 D． 膜片稳定后平行板上下极板均没有电荷 3． 法拉第笼是一个由金 属编织成的笼子 ， 笼 体与大地连通 。 如图 为某次演示中体验者 进入笼子后， 关闭笼门， 操作员通过放电 杆将 78763 V 高压直流电靠近笼子， 当放 电杆尖端距笼体很近时， 出现放电火花。 放电杆靠近但未放电前关于法拉第笼， 下 列说法正确的是 （ ） A． 笼子外表面电荷均匀分布 B． 若将高压放电杆放在笼子里面， 笼子外 面的人也是安全的 C． 笼子里面的人是安全的， 因为感应电 荷在笼子内部形成的场强处处为 0 D． 上述情景下， 将某一带电物体放在笼 子外的电势能大于放在笼子内的电势能 4． 避雷针上方有雷雨云时， 避雷针附近的电场线 分布如图所示 ， 图中 中央的竖直黑线 AB 代 表了避雷针， CD 为水 平地面。 M 、 N 是电场 中两个点， 下列说法正确的是 （ ） A． M 点的场强比 N 点的场强大 B． M 点的电势比 N 点的电势低 C． 试探电荷从 M 点沿直线移动到 N 点， 电场力做功最少 D． CD 的电势为 0 ， 其表面附近的所有电 场线都与地面垂直 5． 在维护和检修高压供电线路时， 为了不影 响城市用电， 电工经常要在高压线上带电 作业。 为了保障电工的安全， 电工全身要 穿上用金属丝线编织的衣服 （如图甲）。 图乙中电工站在高压直流输电线的 A 供 电线上作业， 头顶上方有 B 供电线， B 供 电线的电势高于 A 电线的电势。 虚线表 示电工周围某一截面上的等势线， c 、 d 、 情境题专项 洁 净 气 体 混 浊 气 体 烟尘 - + 第 1 题图 a b G R 甲 乙 第 2 题图 第 3 题图 N M C D A B 云 第 4 题图 46 第十章 静电场中的能量 练 e 、 f 是等势线上的四个点。 以下说法中正 确的是 （ ） A． 在 c 、 d 、 e 、 f 四点中， c 点的电场最强 B． 在 c 、 d 、 e 、 f 四点中， f 点的电势最高 C． 若将某电子由 c 移到 f ， 其电势能将增大 D． 将某电子在 d 点由静止释放， 它会向 e 点所在等势面运动 6． 口罩中使用的熔 喷布经驻极处理 后， 对空气的过 滤增加静电吸附 功能。 驻极处理 装置如图所示 ， 针状电极与平板电极分别接高压直流电源 正负极， 针尖附近的空气被电离后， 带电 粒子在电场力作用下运动， 熔喷布捕获带 电粒子带上静电， 平板电极表面为等势 面， 熔喷布带电后对电场的影响可忽略不 计， 下列说法正确的是 （ ） A． 针状电极上， 针尖附近的电场较弱 B． 熔喷布上表面因捕获带电粒子将带负电 C． 沿图中虚线向熔喷布运动的带电粒子， 其加速度逐渐减小 D． 两电极相距越远， 熔喷布捕获的带电 粒子速度越大 7． 心脏除颤器是通过一个电容器放电时的脉 冲电流作用于心脏， 实施电击治疗， 使患 者心脏恢复正常跳动的 仪器 。 如图所示 ， 心脏 除颤器的电容器电容为 12 μF ， 充电后电容器电 压为 8.0 kV ， 如果电容器在 3.0 ms 时间 内完成放电， 下列说法正确的是 （ ） A． 放电之后， 电容器的电容为 0 B． 该电容器的击穿电压为 8.0 kV C． 放电之前 ， 电容器存储的电荷量为 0.096 C D． 若充电至 4.0 kV ， 则该电容器的电容 为 6 μF 8． 电容式加速度传感器在安全气囊、 手机移 动设备等方面应用广泛。 其工作原理简化 为如图所示的示意图。 质量块左侧连接轻 质弹簧， 右侧连接电介质。 弹簧与电容器 固定在外框上， 质量块可带动电介质移动 改变电容， 则 （ ） A． 电介质插入极板间越深， 电容器电容 越大 B． 若传感器向右匀速运动， 电路中有电流 C． 若传感器以恒定加速度向右运动时 ， 电路有顺时针电流 D． 若传感器以恒定加速度向右运动时， 电 路有逆时针电流 9． （多选） 目前智能手机普遍采用了电容触 摸屏， 因为工作面上接有高频信号， 当 用户手指触摸电容触摸屏时， 手指和工 作面形成一个电容器， 控制器精密确定 B 线 A 线 c d e f 甲 乙 第 5 题图 接电源正极 针状电极 熔喷布 接电源负极 平板电极 第 6 题图 第 7 题图 电介质 质 量 块 计算机 第 8 题图 47 练 高 中 物 理 必 修 第三册 （人教版） 手指位置。 对于电容触摸屏， 下列说法 正确的是 （ ） A． 手指与屏的接触面积变大时， 电容变大 B． 使用绝缘笔在电容触摸屏上也能进行 触控操作 C． 电容触摸屏只需要触摸， 不需要压力 即能产生位置信号 D． 手指压力变大时， 由于手指与屏的夹 层工作面距离变小， 电容变小 10． 我国航天员已经具备空间站的太空驻留 能力。 假如航天员在空间站做如下实验， 其过程简化如下： 如图所示， 一辆车的 车厢后壁竖直， 用两颗销钉将一轻质木 板固定， 离车厢地板的距离为 L=1.6 m ， 其上放有质量 m=1 kg ， 电荷量 q=+0.1 C 的货物 （电荷量始终不变）， 可视为小滑 块 ， 紧贴后壁 。 整个空间处于匀强电 场中， 电场方向竖直向下、 大小 E=1× 10 2 V/m 。 现将车以 v 0 =3 m/s 的速度沿足 够长、 与水平面成倾角为 θ=37° 斜面向 上匀速行驶。 某时刻， 突然撤去木板， 滑块将沿着车厢后壁滑落。 物块与车厢 后壁之间的动摩擦因数 μ=0.5 。 取 sin37° =0.6 。 求： （ 1 ） 撤去木板的瞬间滑块的加速度。 （ 2 ） 落到地板前瞬间滑块的速度大小。 （ 3 ） 若滑块每次与地板碰撞之后， 垂直 于地板的速度大小变为碰撞之前的 1 2 ， 平行于地板的速度不变， 求滑 块与地板即将发生第 3 次碰撞时， 其在车厢后壁上滑行的路程。 （结 果保留两位有效数字） 1 2 3 4 5 6 7 8 第 9 题图 销钉 滑块 木板 θ E 第 10 题图 48 参考答案与解析 5. （ 1 ） 2U 0 qT 3dm ， 方向与 v 0 的夹角为 30° （ 2 ） 见 解析 【解析】 （ 1 ） 打出粒子的速度都是相同的， 在沿电 场线方向速度大小为 v y = U 0 q dm · T 3 = U 0 qT 3dm ， 所以打出速 度 大 小 为 v = v 2 0 +v 2 y 姨 = 3 姨 U 0 qT 3dm m # 2 + U 0 qT 3dm m m 2 姨 = 2U 0 qT 3dm ， 设速度方向与 v 0 的夹角为 θ ， 则 tan θ= v y v 0 = 1 3 姨 ， ∴θ=30° 。 （ 2 ） 当粒子由 t=nT 时刻进入电场， 向下侧移最大， 则 s 1 = qU 0 2dm · 2T 3 3 m 2 + qU 0 dm · 2T 3 m m · T 3 - qU 0 2dm T 3 m m 2 = 7qU 0 T 2 18dm ， 当粒子由 t=nT+ 2T 3 时刻进入电场， 向上侧移最大， 则 s 2 = qU 0 2dm · T 3 m m 2 = qU 0 T 2 18dm ， 在距离 O 中点下方 7qU 0 T 2 18dm 至上方 qU 0 T 2 18dm 范围内有粒子打出。 * 6. （ 1 ） 0.6 s≤t≤1.4 s （ 2 ） T 2 ~T 【解析 】 （ 1 ） 电子在 A 、 B 板内时 ， 前 T 2 内被减 速， 后 T 2 内被加速， 由图可知 T=4 ， 在 0~ T 2 时间内， 当 v t =0 时， 便不可以从 B 板穿出， 由动能定理， 可有 eU 1 = 1 2 mv 2 0 -0=E k0 ， U 1 =120 V ， 由 U-t 图像， 不难求得 U 1 ≥120 V 的时间为 0.6 s≤t≤1.4 s 。 即在这段时间内， 飞过 A 板的电子被瞬间截止， 不能 从 O 1 穿出， 在 T 2 ~T 时间内， 电子被加速， 可穿出 B 板。 （ 2 ） 设电子以某一最小速度 v 1 射入偏转电场刚好落 在 M 板右侧边缘， 此条件为 d 2 = 1 2 at 2 = 1 2 · eU md L v 1 3 m 2 ， 由动能定理， 可求加速电场对该电子做功为 W=eU 2 =E k1 - E k0 ， E k1 = 1 2 mv 2 1 = UL 2 e 2d 2 =250 eV ， eU 2 =E k1 -E k0 =130 eV ， ∴U 2 =135 V 。 由图可知 ， 在 T 2 ~T 时间内 ， 满足 U 2 ≥ 130 V 的时间为 2.65~3.35 s ， 此段时间内射入 A 板的电 子可穿过 B 板且从 MN 板右侧飞出。 7． （ 1 ） E= 3mg q （ 2 ） E k =2m （ v 2 0 +g 2 t 2 ） 【解析】 （ 1 ） 设电场强度的大小为 E ， 小球 B 运动的 加速度为 a 。 根据牛顿定律、 运动学公式和题给条件， 有 mg+qE=ma ① ， 1 2 a t 2 3 m 2 = 1 2 gt 2 ② ， 解得 E= 3mg q ③ 。 （ 2 ） 设小球 B 从 O 点发射时的速度为 v 1 ， 到达 P 点 时的动能为 E k ， O 、 P 两点的高度差为 h ， 根据动能定理有 E k - 1 2 mv 2 1 =mgh+qeh ④ ， 且有 v 1 · t 2 =v 0 t ⑤ ， h= 1 2 gt 2 ⑥ ， 联立 ③④⑤⑥ 式得 E k =2m （ v 2 0 +g 2 t 2 ） ⑦ 。 情境题专项 1. B 【解析】 当管内接通静电高压时， 管内存在强 电场， 它使空气电离而产生阴离子和阳离子。 负离子在 电场力的作用下， 向正极移动时， 碰到烟尘微粒使它带 负电。 因此， 带电尘粒在电场力的作用下， 向管壁移 动， 并附着在管壁上， 这样， 消除了烟尘中的尘粒。 故 B 正确， A 、 C 、 D 错误。 2. A 【解析】 当压力稳定后， 电容器停止充电， 电 路中的电流为 0 ， 电流表 G 示数为 0 ， 故 A 正确； 上层 膜片电极下移过程中， 电容器两极板间距离减小， 由 C= 着 r S 4仔kd 可知， 电容器的电容增大， 故 B 错误； 电容器 与电源连接， 电压不变， 由 C= Q U 可知电容器带电量增 大， 即给电容器充电， 所以有从 b 到 a 的电流， 故 C 错 误； 电容器与电源相连， 膜片稳定后平行板上下极板之 间有电势差， 所以上下极板均有电荷， 故 D 错误。 3. B 【解析】 笼子处于静电平衡状态， 笼子的感应 电荷分布在笼子的外表面， 电荷分布是不均匀的， 故 A 错误； 若将高压放电杆放在笼子里面， 笼子处于静电平 衡状态， 笼子外面的人也是安全的， 故 B 正确； 笼子处 于静电平衡状态， 即感应电荷产生的电场与静电感应的 高压静电场的合场强为 0 ， 感应电荷在笼子内部产生的 电场强度不为 0 ， 故 C 错误； 由于不知道某一带电物体 的电性， 无法判断带电物体放在笼子外的电势能与放在 笼子内的电势能的大小， 故 D 错误。 4. D 【解析】 电场线越密集则场强越大， 可知 M 点 的场强比 N 点的场强小， 故 A 错误； 沿电场线电势降 低， 可知 M 点的电势比 N 点的电势高， 故 B 错误； 电 场力做功与路径无关， 则在试探电荷从 M 点到 N 点的 多条路径中， 电场力做功相同， 故 C 错误； CD 的电势 为零， 是等势面， 电场线与等势面正交， 可知 CD 表面 附近的电场线和地面都垂直， 故 D 正确。 5. C 【解析】 依据等差等势线的疏密， 可知， 在 c 、 d 、 e 、 f 四点中， f 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 供电线的电势高于 A 电线 的电势， 则在 c 、 d 、 e 、 f 四点中， c 点的电势最高， f 点 的电势最低， 故 B 错误； 若将某电子由 c 移到 f ， 即从 高电势到低电势， 其电势能将增大， 故 C 正确； 将某电 子在 d 点由静止释放， 在电场力作用下， 它会向 c 点所 在等势面运动， 故 D 错误。 6. C 【解析】 导体尖端的电荷特别密集， 所以电场 17 第三册 （人教版）高 中 物 理 必 修 强度比较大， 远离尖端的地方电场强度逐渐减小， 电场 力减小， 加速度也减小， 故 C 正确， A 错误； 空气受电 场影响被电离产生带电粒子， 电场线方向从正极指向负 极， 正电荷沿电场线方向运动被熔喷布捕获带正电， 故 B 错误； 带电粒子的运动速度由动能定理得与合外力做 功有关， 即电场力做功， 根据 W=Uq 可知， 电场力做功 只与电势差有关， 和运动距离无关， 故 D 错误。 7. C 【解析】 电容是表征电容器储存电荷本领大小 的物理量， 放电之后， 电容器的电容大小是不变的， 故 A 错误； 该电容器电压为 8.0 kV ， 不高于额定电压， 击 穿电压大于额定电压， 故 B 错误； 根据 Q=CU=12×10 -6 × 8.0×10 3 C=0.096 C 可知放电前 ， 电容器储存的电量为 0.096 C ， 故 C 正确； 电容的大小由电容本身的性质决 定， 与其两端的电压无关， 所以充电至 4.0 kV ， 则该电 容器的电容仍为 12 μF ， 故 D 错误。 8. A 【解析】 由公式 C= 着 r S 4仔kd 可知， 电介质插入极 板间越深， 电容器电容越大， 故 A 正确； 若传感器向右 匀速运动， 质量块受力平衡， 弹簧长度保持不变， 电容 器极板间的电介质的长度不变， 电容器电容不变， 电路 中无电流。 同理， 若传感器以恒定加速度向右运动时， 电路中无电流， 故 B 、 C 、 D 错误。 9. AC 【解析】 由 C= 着 r S 4仔kd 可知， 手指与屏的接触 面积变大时， 电容变大， 故 A 正确； 绝缘笔是绝缘体， 与工作面不能形成电容器， 无法进行触控操作， 故 B 错 误； 只要手触摸电容触摸屏， 就可以与工作面形成电容 器， 就能产生位置信号， 故 C 正确； 手指压力变大时， 由于手指与屏的夹层工作面距离变小， 由 A 的分析可 知， 电容变大。 10. （ 1 ） a=5 m/s 2 方向： 平行于车厢后壁向下 （ 2 ） 5 m/s （ 3 ） 2.0 m 【解析】 （ 1 ） 以滑块为研究对象， 受力分析， 由牛 顿第二定律得 qEcos 兹-滋qEsin 兹=ma ， 代入数据求得 a= 5 m/s 2 ， 方向： 平行于车厢后壁向下。 （ 2 ） 经分析， 滑块沿着车厢后壁做匀加速直线运 动， 设落到地板前瞬间的平行于车厢后壁的速度大小为 v 10 ， 平行于地板做匀速直线运动速度为 v 0 ， 由运动学公 式， 则有 v 2 10 =2aL ， 代入数据求得 v 10 =4 m/s 。 设落到地板 前瞬间的速度大小为 v 1 ， 由运动的合成 ， 则有 v 1 = v 2 0 +v 2 10 姨 =5 m/s 。 （ 3 ） 由第 （ 1 ） 问可知， 滑块沿着车厢后壁下滑时， 加速度大小为 a 1 =5 m/s 2 ， 以滑块为研究对象 ， 受力分 析， 设滑块沿车厢后壁上滑时的加速大小为 a 2 ， 由牛顿 第二定律， 则有 qEcos 兹+滋qEsin 兹=ma 2 ， 代入数据求得 a 2 =11 m/s 2 ， 滑块与地板第一次发生碰撞后， 设滑块沿着 车厢后壁的速度大小为 v 20 ， 滑块沿着车厢后壁上升的高 度为 L 1 ， 由题意则有 v 20 = 1 2 v 10 ， 0-v 2 20 =-2a 2 L 1 ， 代入数据 求得 L 1 = 2 11 m 。 滑块与地板第二次发生碰撞前， 设滑块 沿着车厢后壁的速度大小为 v 2 ， 则有 v 2 2 -0=2a 1 L 1 ， 滑块 与地板第二次发生碰撞后， 设滑块沿着车厢后壁的速度 大小为 v 30 ， 滑块沿着车厢后壁上升的高度为 L 2 ， 由题意 则有 v 30 = 1 2 v 2 ， 0-v 2 30 =-2a 2 L 2 ， 代入数据求得 L 2 = 5 242 m 。 设滑块与地板即将发生第三次碰撞时， 其在车厢后壁上 滑行的路程为 s ， 则有 s=L+2L 1 +2L 2 ， 联立以上式子， 代 入数据求得 s≈2.0 m 。 章末测试 1. C 【解析】 电容器的电容 C 由电容器本身决定， 与电压 U 和所带电荷量 Q 无关 ， 根据 C= Q U 可知 ， C 正确。 2. A 【解析】 由静电场的电场线与等势面垂直可知 A 正确； 电势大小是由参考点和电场共同决定的， 与场 强的大小无关， B 、 C 错误； 沿电场线电势降低， 且电 势降落最快的方向为电场方向， D 错误。 3. C 【解析】 由静电感应可知， A 左端带负电， B 右端带正电， A 、 B 的电势相等， 故 A 、 B 错误； 若移 去 C ， 则两端的感应电荷消失， 则贴在 A 、 B 下部的金 属箔都闭合， 故 C 正确。 4. A 【解析】 从题图可以看出 P 点的电场线的密集 程度大于 Q 点的密集程度， 故 P 点的场强大于 Q 点的 场强， 因电场线的方向由 P 指向 Q ， 而沿电场线的方向 电势逐渐降低 ， P 点的电势高于 Q 点的电势 ， 故 A 正确 。 5. C 【解析】 让电荷 P 沿连线向右移动一小段距离， 电子所在的位置场强增大， 电子所受的电场力增大， 由 平衡条件可知， 外力 F 逐渐增大； 由题图可知， 电子所 在的位置场强方向向右， 则 P 带正电， P 向右移动时， 电子所在的位置电势逐渐升高， 电子的电势能逐渐减小。 6. B 【解析】 根据等量异种电荷电场的特点可知， 电势为 20 V 的点构成的是一个曲面， 曲面与平面 abb′a′ 的交线不是直线， 即平面 abb′a′ 对角线 ab′ 上各点的电势 不都等于 20 V ， A 错误； 根据电场强度矢量合成法则可 知， 正、 负电荷分别在 a 点、 c′ 点产生的电场强度大小 相等， 为 E 1 = kQ L 2 ， 方向相同， 正、 负电荷分别在 c′ 点、 a 点产生的电场强度大小相等， 为 E 2 = kQ 2L 2 ， 方向相同， 则 a 点、 c′ 点场强大小相等， 为 E= E 2 1 +E 2 2 姨 ， 方向相 同， B 正确； 根据电场力做功特点可知， 电场力做功多 少与运动路径无关， 琢 粒子从 a 点沿不同路径到达 c′ 点， 18