单元检测卷(二) 静电场的应用-【金版新学案】2024-2025学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义配套练习（粤教版2019）

单元检测卷(二)　静电场的应用 (时间：90分钟　满分：100分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。每小题只有一个选项符合题目要求) 1．随着科学技术的发展，人们对静电特性的认识越来越深入，静电在生产、生活实践中得到了广泛的应用，但有时也要防止静电产生的危害。下列措施属于利用静电的是(　　) A．油罐车尾的铁链 B．静电喷涂机 C．避雷针 D．飞机上的“放电刷” 答案：B 解析：油罐车尾的铁链、避雷针、飞机上的“放电刷”属于防止静电带来的危害，静电喷涂机属于静电的利用。故选B。 2．公式：①E＝，②E＝，③φ＝，④WAB＝qUAB，⑤E＝，⑥C＝，⑦C＝。关于以上公式下列说法错误的是(　　) A．①③④适用任何静电场，②适用点电荷电场，⑤只适用匀强电场定量计算 B．E由F和q决定，φ由Ep和q决定，UAB由WAB和q决定 C．⑥C＝适用于任何电容器，⑦C＝是平行板电容器电容的决定式 D．Ep由φ和q决定，WAB和q有关 答案：B 解析：①③④适用任何静电场，②适用点电荷电场，⑤只适用匀强电场定量计算，A正确；E＝、φ＝、UAB＝这三个公式都是比值定义式，场强的大小，电势的高低以及电场中AB之间的电势差是由电场本身的性质决定的，与检验电荷无关，B错误；C＝是电容的定义式，适用于任何电容器，而C＝是平行板电容器电容的决定式，C正确；电势能Ep由φ和q共同决定，电场力做功WAB与AB间电势差以及电荷量q都有关，D正确。 3．平行板电容器的电容为C，带电量为Q，板间距离为d，今在两板间的中间位置处放一电荷q，则它所受电场力的大小为(　　) A．k　 B．k　　 C.　　 D. 答案：C 解析：根据F＝qE、E＝、U＝，可得F＝，故C正确。 4．如图是电容式话筒的原理图，膜片与固定电极构成一个电容器，用直流电源充电，当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中可以形成变化的电流，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压，从而使声音信号被话筒转化为电信号。其中引起电容变化的原因是电容器两板间的 (　　) A．电介质变化 B．正对面积变化 C．距离变化 D．电压变化 答案：C 解析：在膜片和固定电极之间的电介质不变，所以电容的变化不是因为电介质的变化，A错误；因为声波使膜片振动，使膜片与固定电极之间的距离发生了变化，从而使电容器的电容发生了变化，它们的正对面积并没有改变，所以电容变化的原因并不是因为正对面积发生了变化，B错误，C正确；电容器的电容大小与电压没有任何关系，只是在数值上等于电容器所带电荷量与电压的比值，D错误。 5．(2024·广东佛山段考)两极板水平放置，其中上极板带正电，有四个电荷量和质量分别为、、、的带电粒子，先后以相同速度v0从极板左端的O点垂直进入极板间电场，不计粒子重力，下列描绘这四个粒子运动轨迹的图像中，可能正确的是(　　) 答案：A 解析：对于一质量为M、带电量为Q的带电粒子，设偏转电场场强为E，带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，加速度为a＝，水平方向上有x＝v0t，竖直方向上有y＝at2＝··t2，解得t＝；则x＝v0t＝v0，其中、、(－q，m)三个粒子的比荷相同，竖直位移相等，水平位移也相等，都为x＝v0，而粒子的水平位移为x′＝v0，极板间电场方向向下，则带正电的粒子向下偏转出现两条轨迹，带负电的粒子向上偏转出现一条轨迹，且与向下偏转的较短轨迹的水平位移相同，故A正确。 6．(2024·广东深圳期末)密立根通过油滴实验精确地测定电子电量e，将微观量转化为宏观量测量的巧妙设想和精确构思至今仍在当代物理科学研究的前沿发挥着作用。如图为密立根油滴实验示意图，若在实验中观察到某一个带负电的油滴向下匀速运动。忽略油滴间的相互作用力和空气对油滴的阻力及浮力，在该油滴向下运动的过程中以下说法正确的是(　　) A．电场力做正功 B．油滴机械能守恒 C．重力和电场力的合力不做功 D．重力势能的减少量小于电势能的增加量 答案：C 解析：带负电的油滴向下匀速运动，受向下的重力和向上的电场力，则电场力做负功，油滴机械能减小，A、B错误；油滴动能变化为零，则重力和电场力的合力不做功，C正确；油滴的机械能和电势能之和不变，因动能不变，则重力势能的减少量等于电势能的增加量，D错误。故选C。 7．(2024·广东广州期末)某同学设计了一个电容式风力传感器，如图所示，将电容器与静电计组成回路，可动电极在风力作用下向右移动，风力越大，移动距离越大(两电极始终不接触)。若极板上电荷量保持不变，P点为极板间的一点，下列说法正确的是(　　) A．风力越大，电容器电容越小 B．风力越大，极板间电场强度仍保持不变 C．风力越大，P点的电势仍保持不变 D．风力越大，静电计指针张角越大 答案：B 解析：根据题意可知，风力越大，d越小，由公式C＝可得，电容器电容越大，故A错误；由公式C＝，C＝，E＝整理可得E＝，可知极板间电场强度与d无关，即极板间电场强度不变，故B正确；由U＝Ed可知，由于E不变，可动极板与P点的距离减小，则可动极板与P点电势差减小，由于可动极板接地，电势一直为0，则P点电势改变，故C错误；由C＝可知，由于Q保持不变，C变大，则U减小，则风力越大，静电计指针张角越小，故D错误。故选B。 二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 8.(2024·广东汕头期末)心脏骤停最有效的抢救方式是尽早通过AED自动除颤机给予及时治疗。如图，某型号AED模拟治疗仪器内有一电容为15 μF的电容器，某次使用过程中，该电容器在10 s内充电至5 000 V电压，之后在3 ms时间内完成放电，则(　　) A．电容器充电后所带的电荷量为7.5×10－2 C B．电容器充电过程中电容一直增大 C．电容器放电过程中放电电流一直减小 D．电容器放电过程中平均电流为25 A 答案：ACD 解析：电容器充电后所带的电荷量为Q＝CU＝15×10－6×5 000 C＝7.5×10－2 C，故A正确；电容器的电容由电容器本身的性质决定，与电容器是否带电无关，则电容器充电过程中电容保持不变，故B错误；电容器放电过程中，一开始电流很大，随着电容电压的下降，电流逐渐减小，最终为零，故C正确；电容器放电过程中的平均电流为I＝＝ A＝25 A，故D正确。故选ACD。 9.(2024·广东中山段考)如图所示，平行板电容器板间电压为U，板间距为d，两板间为匀强电场，让质子流以初速度v0垂直电场射入，沿a轨迹落到下板边缘，现只改变其中一个条件，让质子流沿b轨迹落到下板的中央，不计重力，则可以将(　　) A．质子流初速度变为2v0 B．质子流初速度变为v0 C．板间电压变为4U D．板间电压变为U 答案：BC 解析：质子流做类平抛运动，在水平方向上做匀速直线运动，则有x＝v0t，在竖直方向上做初速度为零的匀加速直线运动，则有y＝at2＝·t2，联立可得y＝。由题意知，要使竖直位移y不变，水平位移x变为原来的，即x2变为原来的，可将质子流初速度变为v0或将板间电压变为4U。故选BC。 10.一平行板电容器充电后与电源断开。正极板接地，在两极板间有一正电荷(电量很小)固定在P点，如图所示。以E表示两极板间的场强，U表示电容器的电压，Ep表示正电荷在P点的电势能，若保持负极板不动，将正极板移到图中虚线所示的位置，则(　　) A．U变小，E变小 B．E不变，Ep变大 C．U变小，Ep变大 D．U不变，Ep变大 答案：BC 解析：平行板电容器充电后与电源断开，则极板带电量Q不变，将正极板移到题图中虚线所示的位置，板间距离减小，根据C＝知电容C增大，根据C＝可知电压U减小，根据E＝＝＝可知板间场强不变，故A错误；板间场强不变，P点与上极板之间的电势差U′＝Ed′，d′减小，所以P点与上极板之间的电势差减小，上极板接地，则P点的电势升高，根据Ep＝qφ可知正电荷在P点的电势能增大，故B、C正确，D错误。 三、非选择题(本题共5小题，共54分) 11．(7分)(2024·广东梅州期中)在探究平行板电容器的电容与哪些因素有关的实验中，某同学猜测电容可能与极板间的距离 d、极板的正对面积S及插入极板间的介质有关，他将一个已经充电的平行板电容器与静电计连接，如图所示，实验时保持电容器极板所带的电量不变，且电容器 B 板位置不动。 (1)实验中通过静电计张角大小来反映________的大小； (2)将A板竖直向下平移，则静电计指针张角________；在A、B板间插入电介质，则静电计指针张角________。(均选填“变大”“变小”或“不变”) (3)若将电容器水平放置，如图所示，有一带电液滴静止在电容器内部某处，现将电容器A板向下平移一小段距离，液滴将________。(选填“静止不动”“向下运动”或“向上运动”) 答案：(1)电势差(或电压)　(2)变大　减小　(3)静止不动 解析：(1)静电计张角大小反映了电势差的大小，张角越大，电势差越大。 (2)若将A板竖直向下平移，两极板的正对面积减小，根据C＝可知电容器的电容变小，又由于C＝，电容器的带电量不变，因此两极板间的电势差变大，静电计指针张角变大；若在A、B板间插入电介质，根据C＝可知电容器的电容变大，又由于C＝，电容器的带电量不变，因此两极板间的电势差变小，静电计指针张角变小。 (3)根据C＝，C＝，E＝可得电容器极板间的电场强度E＝，因此A板向下平移时，电容器内部的电场强度保持不变，因此液滴静止不动。 12．(8分)(2024·广东广州期中)在“观察电容器的充、放电现象”实验中，电路如图甲所示 (1)将开关S接通1，电容器的________(选填“上”或“下”)极板带正电，再将S接通2，通过电流表的电流方向向________(选填“左”或“右”)； (2)若电源电动势为10 V，实验中所使用的电容器上标有“3 300 μF，50 V”字样，如图乙所示，充满电后电容器正极板带电荷量为________ C(结果保留2位有效数字)； (3)下列关于电容器充电时，电流i与时间t的关系、所带电荷量Q与两极板间的电压U的关系正确的是________。 答案：(1)上　左　(2)3.3×10－2　(3)A 解析：(1)开关S接通1，电容器充电，根据电源的正、负极可知电容器上极板带正电；开关S接通2，电容器放电，通过电流表的电流向左。 (2)充满电后电容器所带电荷量Q＝CU＝3 300×10－6×10 C＝3.3×10－2 C。 (3)电容器充电过程中，电流逐渐减小，随着两极板电荷量增大，电流减小得越来越慢，电容器充电结束后，电流减为0，故A正确，B错误；电容是电容器本身具有的属性，根据电容的定义式C＝可知，电荷量与电压成正比，所以图线应为过原点的倾斜直线，故C、D错误。故选A。 13．(10分)(2024·广东广州段考)如图所示，水平放置的间距为L＝15 cm的平行板电容器的两极板M、N接直流电源。上极板M的中央有一小孔A，在A的正上方h＝20 cm处的B点，有一小油滴自由落下。已知小油滴的电荷量q＝－3.5×10－14 C，质量m＝3.0×10－9 kg。当小油滴即将落到下极板时，速度恰为零。(不计空气阻力，g＝10 m/s2)求： (1)两极板间的电场强度E； (2)两极板间的电势差U。 答案：(1)2.0×106 V/m，方向竖直向下 (2)3.0×105 V 解析：(1)小油滴下落过程中，先受重力，在M极板上方做自由落体运动；进入匀强电场后，受重力和电场力作用，带负电的小油滴做匀减速运动，到达N极板速度为零，由动能定理得 mg(h＋L)－qEL＝0 代入数据解得E＝2.0×106 V/m，方向竖直向下。 (2)平行板电容器极板间为匀强电场，则E＝ 代入数据解得U＝3.0×105 V。 14．(14分)(2024·广东广州期末)如图为喷墨打印机的原理示意图。喷墨打印机中的墨滴在进入偏转电场之前会被带上一定量的负电荷，在电场的作用下使墨滴发生偏转到达纸上。已知两偏转极板长度为L1，极板右侧到纸张距离为L2，两极板间电场强度为E，质量为m、电荷量为q的墨滴在进入电场时的速度为v0，方向与两极板平行，O点为纸张与电场中线交点，不计空气阻力和墨滴重力，假设偏转电场只局限在平行极板内部，忽略边缘电场的影响，重力加速度为g。求： (1)墨滴射出偏转板时在竖直方向上的位移y； (2)墨滴射出偏转板时的动能； (3)墨滴打到纸上的点距O点的距离。 答案：(1)　(2)mv＋　(3) 解析：(1)墨滴进入偏转电场做类平抛运动，如图所示 在v0方向做匀直线运动，有L1＝v0t 垂直于v0方向做匀加速直线运动，有y＝at2 其中qE＝ma 联立解得y＝。 (2)由动能定理有qEy＝Ek－mv 解得Ek＝mv＋。 (3)墨滴从偏转板间的电场射出时垂直于v0方向的分速度vy＝at＝ 设墨滴从偏转板间的电场射出时速度方向与原入射方向夹角为θ，有tan θ＝＝ 从电场射出到打在纸上，墨滴偏离原入射方向的距离y′＝L2tan θ＝ 墨滴打到纸上的点距O点的距离为Y＝y＋y′＝。 15．(15分)(2024·广东中山段考)如图甲所示，在真空中足够大的绝缘水平地面上，一个质量为m＝0.2 kg、带量为q＝＋2.0×10－6 C的小物块处于静止状态，小物块与地面间的动摩擦因数μ＝0.1。t＝0时刻开始，空间加上一个如图乙所示的场强大小和方向呈周期性变化的电场，(取水平向右为正方向，g取10 m/s2)求： (1)14秒末小物块的速度大小； (2)前14秒内小物块的位移大小。 答案：(1)4 m/s　(2)28 m 解析：(1)根据牛顿第二定律可知，0～2 s内小物块的加速度为a1＝＝2 m/s2 2 s末小物块的速度为v2＝a1t1＝4 m/s 2～4 s内小物块的加速度为a2＝＝－2 m/s2 4 s末小物块的速度为v4＝v2＋a2t2＝0 可知小物块做周期为4 s的加速和减速运动，14秒末小物块的速度大小等于2秒末小物块的速度大小，则有v14＝v2＝4 m/s。 (2)小物块在0～2 s内的位移为 x02＝a1t＝×2×22＝4 m 根据对称性可知，小物块在0～4 s内的位移为 x04＝2x02＝8 m 根据周期性可知前14秒内小物块的位移大小 x总＝3x04＋x02＝3×8 m＋4 m＝28 m。 学生用书↓第62页 学科网（北京）股份有限公司 $$