第五节 电场图像以及静电屏蔽-2024-2025学年高二上学期物理专项训练

第五节 电场图像以及静电屏蔽 需要掌握的内容 1.电场中图像分类，以及各个图像具体如何表示电场。 （1）电势与距离φ-x图像，描述了一条直线上电势随移动距离的变化，其中φ是标量正数为大负数为小，图像斜率k为电场强度，根据电势变化规律来看k为正时电场强度方向向左，k为负时电场强度方向向右，图像与x轴围成的面积无意义。 （2）电场强度与距离E-x图像，描述了一条直线上电场强度随移动距离的变化，其中E为矢量大小看绝对值，当E为正数时电场强度方向向右，当E为负数时电场强度方向向左，图像与x轴围成的面积表示两点之间电势差，图像斜率k无意义。 （3）电势能与距离Ep-x图像，描述了一条直线上电势能随移动距离的变化，其中Ep是标量正数为大负数为小，图像斜率k为电场力，电场线的方向需要考虑运动电荷的正负，通过公式Ep=φq或者电势能变化与电场力做工的关系一起来判断。 2.感应起电基本原理。 当带电体靠近不带电金属时，金属内部自由电子在外界电场影响下进行移动，当内部电荷形成的电场强度与外场强度相等时将不再移动。 3.电场中的导体以及单一带电体的性质，如何屏蔽的电场 （1）当金属导体放入电场中，导体处于静电屏蔽状态。导体内部场强为零，导体为等势体表面为等势面，可以屏蔽外场。当导体接地靠近场源电荷的一侧有电荷，远离的一侧没有电荷，可以屏蔽内场。 （2）单一带电球壳对内部产生的电场强度为零，对外部产生的电场强度相当于在球心点电荷产生的场强。 经典习题 单选题1．某静电场中x轴上各点的电场强度方向均和轴重合，以x轴正方向为电场强度的正方向，x轴上的电场强度随位置坐标的变化规律如图所示，其中间的图线关于点中心对称，规定点为电势零点，已知，将一带电荷量为的粒子从坐标原点由静止释放不计粒子重力，关于粒子从原点O运动到点的过程，下列说法正确的是（　　） A．释放后粒子的加速度先不变后减小 B．粒子到达点时的动能为 C．粒子经过的位置中O点电势一定最大 D．粒子在和处速度达到最大值 单选题2．如图所示,AB是某电场中的一条电场线,若有一电子以某一初速度且仅在电场力的作用下,沿AB由点A运动到点B,所经位置的电势随距A点的距离变化的规律如图所示.以下说法正确的是(   ) A．电子在A、B两点的速度vA<vB B．A、B两点的电势φA<φB C．电子在A、B两点的电势能EpA>EpB D．A、B两点的电场强度EA>EB 单选题3．在 x 轴方向存在一静电场，其φ-x 图像如图所示，一电子以一定的初速度沿 x 轴从 O 点运动到 x4，电子仅受电场力，则该电子（    ）    A．在 x1 处电势能最小 B．从 x2到 x3受到的电场力和从 x3到 x4受到的电场力方向相反 C．在 x1处受到的电场力最大 D．在 x3处电势为零，电场强度也为零 单选题4．半径为R，均匀带正电荷的球体在空间产生球对称的电场，电场强度大小沿半径分布如图所示。图中已知，曲线下部分的面积等于部分的面积，过球心同一直线上A、B两点，离球心的距离分别为2R、3R。下列说法中正确的是（　　）    A．A点的电势低于B点的电势 B．A、B点的电场强度大小之比是 C．从球面到A点的电势差小于A、B两点间的电势差 D．电荷量为q的正电荷沿直线从A移到B的过程中电场力做功 多选题5．如图所示，在x轴上的M、N两点分别固定电荷量为和的点电荷，x轴上M、N之间各点对应的电势如图中曲线所示（取无穷远处电势为零），P点为曲线最低点，Q点位于PN之间，MP间距离大于PN间距离。以下说法中正确的是（　　） A．和均带正电，且大于 B．M点的左侧存在与Q点场强相同的点 C．负电荷在P点的电势能小于在Q点的电势能 D．若在Q点由静止释放一负电荷，该电荷可在MN间做往复运动 多选题6．静电场在x轴上的场强E随x的变化关系如图所示，x轴正方向为场强正方向，带正电的点电荷沿x轴运动，则点电荷（　　） A．在x2和x4处电势能相等 B．由x1运动到x3的过程中电势能增大 C．由x1运动到x4的过程中电势能先减小后增大 D．由x1运动到x4的过程中电场力先增大后减小 多选题7．真空中相距为3a的两个点电荷M、N分别固定于x轴上x1=0和x2=3a的两点，在两者连线上各点的电场强度随x变化的关系如图所示，选沿x轴方向为正方向，以下判断正确的是（　　）    A．点电荷M、N均为正电荷 B．M、N所带电荷量的绝对值之比为2∶1 C．沿x轴从0到3a电势逐渐降低 D．将一个正点电荷沿x轴从0.5a移动到2.4a，该电荷的电势能先减小再增大 单选题8．一带电粒子在电场中仅受静电力作用，做初速度为零的直线运动．取该直线为x轴，起始点O为坐标原点，其电势能与位移x的关系如图所示，下列图像中合理的是（    ）    A．电场强度与位移关系B．粒子动能与位移关系 C．粒子速度与位移关系 D．粒子加速度与位移关系 单选题9．某静电场方向平行于轴，其电势随的分布可简化为如图所示的曲线。一质量为、带电荷量为的粒子（不计重力），以初速度从点进入电场，沿轴正方向运动。下列叙述正确的是（　　）    A．粒子从向右运动到运动的过程中做匀减速运动 B．若粒子能运动到，则从运动到的过程中，电势能先减小后增大 C．若，则粒子运动到处时速度最大，其大小为 D．若，粒子运动到时速度大小为 单选题10．两电荷量分别为q1和q2的点电荷固定在x轴上的O、M两点，两电荷连线上各点电势φ随x变化的关系如图所示，其中C为ND段电势最低的点，则下列说法正确的是（　　） A．q1、q2为等量异种电荷 B．N、C两点间场强方向沿x轴负方向 C．N、D两点间的电场强度大小沿x轴正方向先减小后增大 D．将一正点电荷从N点移到D点，电势能先增大后减小 单选题11．如图，将一带正电的球靠近不带电的导体棒待其达到静电平衡。其中A、C为导体棒两个端点，B为A、C中点，且在导体内部，沿虚线将导体分成两部分，这两部分带电量分别为、，则（　　）    A． B．A点场强大于B点 C．A点电势高于B点 D．C端带负电 单选题12．使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开。下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是（　　） A． B． C． D． 单选题13．如图所示，A、B为相互接触的用绝缘支柱支持的金属导体，起初它们不带电，在它们的下部贴有金属箔片，C是带正电的小球，下列说法正确的是（　　）    A．把C移近导体A时，A、B上的金属箔片都闭合 B．把C移近导体A，先把A、B分开，然后移去C，A、B上的金属箔片仍张开 C．把C移近导体A，再把C移走，然后把A、B分开，A、B上的金属箔片仍张开 D．先把A、B分开，再把C移走，然后重新让A、B接触，A上的金属箔片张开，而B上的金属箔片闭合 单选题14．如图所示，在原来不带电的空心金属球壳外面放置一个正电荷。A、B、C三点分别位于球壳外部、球壳实体中和球壳空腔内。当球壳处于静电平衡状态时，下列说法正确的是（　　）    A．A点的电场强度小于B点的电场强度 B．B点的电场强度小于C点的电场强度 C．由于静电屏蔽，C点的电场强度等于 D．由于静电感应，球壳内表面感应出电荷 单选题15．下列说法不正确的是（　　） A．摩擦过的琥珀能吸引小物体，说明小物体一定带电 B．在加油站给车加油前手要触摸一下静电释放器，是防止静电危害 C．静电喷漆时让工件表面与油漆微粒带上异种电荷，使喷涂更均匀 D．避雷针是利用尖端放电将云层中积聚的电荷中和，使建筑物避免雷击 单选题16．如图所示，在无穷大均匀带正电金属板和负点电荷形成的电场中，金属板接地（取大地电势为零），金属导体置于负点电荷和金属板之间且在过负点电荷垂直于金属板的直线上，A、B、C是垂线上的三个点且B、C在金属导体表面，则（　　） A．B、C两点的电场强度一定相同 B．B点与导体内部的各点电势相等 C．A、B、C三点的电势均大于零 D．负电荷在A点的电势能大于在C点的电势能 答案 第五节 1．C 【详解】AD．间，电场强度沿轴正方向且大小不变，又粒子带正电，故粒子沿轴正方向做匀加速直线运动；间，电场强度沿x轴正方向，且大小逐渐减小，故粒子沿x轴正方向做加速度减小的加速运动；间，电场强度沿x轴负方向，且大小逐渐增大，故粒子沿x轴正方向做加速度增大的减速运动，故AD错误； B．间的图线关于点中心对称，则间电场力对粒子做的正功数值上等于，间电场力对粒子做的负功，故粒子到达时的动能等于粒子到达时的动能，为 故B错误； C．粒子在电场中仅在电场力作用下运动，粒子的动能和电势能之和不变，若点之后粒子速度一直大于零，则粒子经过的位置处的电势能一定小于点的，又粒子带正电，则粒子经过的位置处的电势一定小于点的，故C正确。 故选C。 2．D 【详解】AC.由图看出，电势逐渐降低，可判断出电场线的方向从A到B，在移动过程中，电场力做负功，电子的动能减小，速度减小，而电子的电势能增大．即有vA＞vB，EPA＜EPB．故A、C错误； B.电场线的方向从A到B，则A、B两点的电势，故B错误； D.φ-x图象的斜率大小等于电场强度，由几何知识得知，图象的斜率减小，则从A到点B场强减小，则有EA＞EB，故D正确． 3．A 【详解】A．电荷在某点的电势能为 由公式可知，负点电荷在电势越大的地方，电势能越小，所以该电子在x1处的电势能最小，故A正确； B． x2到 x3的场强方向向右， x3到 x4的场强方向向右，所以电子在x2到 x3和x3到 x4受到的电场力方向都是向左，方向相同，故B错误； C．φ-x图像中斜率表示电场强度，可知电子在 x1处受到的电场力为0，故C错误； D．φ-x图像中斜率表示电场强度， x3处的斜率不为0，所以 x3处的电场强度不为0，故D错误； 故选A。 4．D 【详解】A．带正电荷的球体在空间产生的电场方向为向外辐射，即直线上电场方向由A到B，由沿电场方向电势降低可知，A点的电势高于B点的电势，A错误； B．由于球体带电均匀，因此可等效为相同电荷量的电荷集中在圆心位置产生的电场，由点电荷的电场强度公式，又 可得 B错误；     C．由，可知曲线与r轴所围面积表示两点间的电势差，可知从球面到A点的电势差大于A、B两点间的电势差，C错误； D．由曲线下部分的面积等于部分的面积，可知球心到R的电势差等于A、B两点间的电势差，其大小为 由电场力做功与电势差的关系公式，可得电荷量为q的正电荷沿直线从A移到B的过程中电场力做功 D正确。 故选D。 5．AB 【详解】A．由图像可知，图中MN间的电势均大于0，则和均带正电；根据图线的切线斜率表示电场强度，可知P点的电场强度为零，即两电荷在P点的合场强为零，由于间距离大于PN间距离，根据点电荷的场强公式 可得大于，故A正确； B．根据点电荷形成的场强的特点，可知点的左侧场强方向向左，到无穷远处电场强度为零，且点左侧与点的场方向均向左，则M点的左侧存在与Q点场强相同的点，故B正确； C．根据电势能表达式 由图像可知P点的电势小于Q点的电势，但电荷带负电，所以负电荷在P点的电势能大于在Q点的电势能，故C错误； D．根据图像可知，Q点的场强方向向左，若在Q点由静止释放一负电荷，则负电荷受到的电场力向右，该电荷不可能在MN间做往复运动，故D错误。 故选AB。 6．BD 【详解】A．x2﹣x4处场强方向沿x轴负方向，则从x2到x4处逆着电场线方向，电势升高，则正电荷在x4处电势能较大，A错误； B．x1﹣x3处场强为x轴负方向，则从x1到x3处逆着电场线方向移动，电势升高，由x1运动到x3的过程中电势能增大，B正确； C．由x1运动到x4的过程中，逆着电场线方向，电势升高，正电荷的电势能增大，C错误； D．由x1运动到x4的过程中，电场强度的绝对值先增大后减小，故由 F=qE 知电场力先增大后减小，D正确。 故选BD。 7．AD 【详解】A．由图可知，在0到2a间电场方向向右，在2a到3a之间电场方向向左，说明点电荷M、N均为正电荷。A正确； B．两点电荷在2a处场强为零，有 解得 B错误； C．沿着电场线方向电势降低，所以在0到2a间电势降低，在2a到3a之间电势升高。C错误； D．将正电荷从0.5a到2a间移动，电场力做正功，电势能减小；从2a到2.4a间移动，电场力做负功，电势能升高。D正确。 故选AD。 8．D 【详解】AD．带电粒子在电场中仅受静电力作用，则有 可知图像的斜率切线绝对值表示电场力大小，根据题图可知，带电粒子受到的电场力逐渐减小，则电场强度随位移变化逐渐减小，带电粒子的加速度随位移变化逐渐减小，故A错误，D正确； B．根据动能定理可得 可知图像的切线斜率表示电场力，由于电场力逐渐减小，则图像的切线斜率逐渐减小，故B错误； C．由于电场力逐渐减小，可知粒子做加速度逐渐减小的加速运动，当加速度为零时，速度达到最大值，故速度与位移一定不是线性关系，故C错误。 故选D。 9．C 【详解】A．图像的斜率表示电场强度，由图像可知从到电场强度逐渐减小，电势升高，场强方向沿轴负方向，粒子所受的电场力方向也沿轴负方向，粒子做加速度减小的减速运动，故A错误； B．由图可知从到电势逐渐降低，结合电势能公式可知正粒子的电势能是逐渐减小的，故B错误； C．若，则粒子运动到处时电势能最小，则动能最大，速度最大，由动能定理得 解得 故C正确； D．若，粒子沿轴正方向做减速运动，当减速到零时，由动能定理得 解得 则粒子运动不到位置速度就减为0了，故D错误。 故选C。 10．C 【详解】A．根据q1左侧和q2右侧电势随距离增大而降低可判断两者均为正电荷，故A错误； B．N、C间的电场方向沿x轴正方向，C点场强为0，故B错误； C．根据N→D间图线的斜率大小先减小后增大可知，场强先减小到零后反向增大，故C正确； D．正电荷从N移到D，由Ep＝qφ知，电势能先减小后增大，故D错误。 故选C。 11．B 【详解】AD．导体棒本身不带电，不管是怎样将导体分开，两部分所带异种电荷量的大小均相等，由于静电感应，A端带负电，C端带正电，故AD错误； B．导体棒处于静电平衡状态，其内部各点电场强度均为零，外部表面附近任何一点的场强方向跟该点的表面垂直，即A点场强大于B点，故B正确； C．导体棒处于静电平衡状态，整体电势相等，故C错误。 故选B。 12．B 【详解】ABD．将带负电的金属球靠近不带电的验电器，由于静电感应，验电器上端带正电，验电器的箔片带负电，故B正确，AD错误； C．将带正电的金属球靠近不带电的验电器，由于静电感应，验电器上端带负电，验电器的箔片带正电，故C错误。 故选B。 13．B 【详解】AB．感应带电，这是使物体带电的一种方法，根据异种电荷互相吸引的原理可知，靠近的一端会带异种电荷。金属导体处在正电荷的电场中，由于静电感应现象，导体B的右端要感应出正电荷，在导体A的左端会出现负电荷，所以导体两端的验电箔都张开，且左端带负电，右端带正电，把带正电荷的物体C移近导体A，先把A和B分开，然后移去C，A带负电，B带正电，金属箔还是张开，故A错误，B正确； C．先把C移走，A、B电荷恢复原状，若再把A、B分开，A、B上的金属箔片不会张开，故C错误； D．把A、B分开，再把C移走，然后重新让A、B接触，A上的金属箔片闭合，B上的金属箔片也闭合，故D错误。 故选B。 14．C 【详解】ABC．A点处于点电荷的电场中，所以A点的电场强度不等于零；金属空心导体放在点电荷的电场中，出现静电感应现象，最终处于静电平衡状态，导体内部的场强处处为零，所以B、C两点的电场强度都为零，则 EA＞EB=EC 故AB错误，C正确； D．处于静电平衡的导体的电势处处相等，其内表面不带电，故D错误。 故选C。 15．A 【详解】A．摩擦过的琥珀能吸引小物体，是因为琥珀带电，可吸引轻小物体，故A错误，符合题意； B．在加油站给车加油前手要触摸一下静电释放器，让人体的静电通过静电释放器导入大地，以防止静电危害，故B正确，不符合题意； C．静电喷漆时让工件表面与油漆微粒带上异种电荷，通过异种电荷相互吸引的特性，使油漆微粒在工件表面形成均匀、致密的涂层，故C正确，不符合题意； D．避雷针是利用尖端放电将云层中积聚的电荷及时的导入大地进行中和，使建筑物避免雷击，故D正确，不符合题意。 故选A。 16．B 【详解】A．由于C点与负电荷的距离未知，B点与金属板的距离也未知，所以B、C场强的大小不确定，故A错误； B．处于静电平衡状态的导体是一个等势体，所以B点与导体内部的各点电势相等，故B正确； C．过A、B、C三点的电场线如图所示 沿着电场线方向电势降低，且导体是一个等势体，所以 故C错误； D．根据知，负电荷在电势高的地方电势能小，在电势低的地方电势能大，所以负电荷在A点的电势能小于在C点的电势能，故D错误。 故选B。 学科网（北京）股份有限公司 $$