(3)静电力做功与电势能、电势与等势面、电势差与电场强度的关系-【衡水金卷·先享题】2024-2025学年高一物理必修3同步周测卷（鲁教版）

高中同步周测卷/物理必修第三册 (三)静电力做功与电势能、电势与等势面、电势差与电场强度的关系 (考试时间40分钟，满分100分) 一、单项选择题（本题共6小题，每小题6分，共36分。在每小题给出的四个选项中，只 有一项是符合题目要求的) 1.在图中所示的四种典型电场的情况中，其中B、C选项中的场源电荷均为等量电荷，α、b 两点关于场源电荷连线的中点对称分布，则α、b两点的电场强度和电势都相同的是 .a 4 十 ⊕.8.b-® --- ◆b 分 C D 2.如图所示为静电场中的一条电场线，将一电子沿电场线从A点移到B点，克服静电 力做功10eV,则下列说法正确的是 A.A点的电场强度等于B点的电场强度 B.电场强度的方向一定是由B点指向A点 C.电子在A点的电势能比在B点的电势能小I0eV D.B点的电势比A点高10V 3.如图所示为密立根油滴实验示意图。实验中要设法使带负电的油滴悬浮在电场之 中，若在实验中由于电压突然变大，观察到某一个带负电的油滴向上加速运动，则在 该油滴向上运动的过程中，下列说法正确的是 A.该油滴的重力势能减小 喷雾器 B.该油滴的机械能不断减小 油滴孩新 C.该油滴的电势能逐渐增加 D.该油滴电势能的减少量大于重力势能 C 的增加量 4.人体细胞膜的模型图如图甲所示，磷脂双分子层是构成细胞膜的基本支架，双分子层 之间存在电压（医学上称为膜电位）。现研究某小块均匀的细胞膜，其厚度为，膜内 的电场可看作匀强电场，简化模型如图乙所示，初速度可视为零的一价负氯离子仅在 电场力的作用下，从图乙中的A点运动到B点，下列说法正确的是 A.B点的电势低于A点的电势 细胞外 B.氯离子的电势能将增大 细胞膜 m C.若仅增大细胞膜的膜电位，则氯离子进入 wWwW 细胞内 细胞内时的速度增大 甲 D.若仅减小细胞膜的厚度d,则氯离子进入细胞内时的速度增大 物理（鲁科版）必修第三册第1页（共4页） 衡水金卷·先享题 5.如图所示，在菱形ABCD的A点和C点处分别放置电荷量为十q和一q的点电荷。 已知菱形边长为r,∠BAC=60°，静电力常量为k,规定无穷远处电势为零，下列说法 正确的是 A.D点电场强度方向自D指向B B.D点电场强度大小为g F9人60° C.把电荷量为十Q的点电荷自无穷远处移动至B点，克服电场力做 的功为2Qg r D D.把电荷量为十Q的点电荷自B点沿虚线移至D点，电场力先做正功后做负功 6.空间有一沿x轴方向分布的电场，其电场强度E随x变化的图像如图所示，x轴正方 向为电场的正方向，图像关于原点O对称，坐标x,和一x。处是图像的最高点和最低 点，规定无穷远处电势为零。下列说法正确的是 A.原点O是x轴上电势为0的点 B.电子在xo处的电势能小于在一xo处的电势能 C.仅在电场力作用下，电子从一xo处由静止释放后，向x轴 正方向运动，到达O点时加速度最大 D.仅在电场力作用下，电子从x处以一定初速度沿x轴负方向运动，经过一x 处时速度仍为 二、多项选择题（本题共2小题，每小题8分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有 多项符合题目要求。全部选对的得8分，选对但不全的得4分，有选错的得0分) 7.某电场的等势面如图所示，各等势面上电势的数值均已标出，元电荷=1.6× 10-19C,下列说法正确的是 6V 8V- A.A点处的场强比C点处的大 10 B.将同一电荷沿不同路径从A点移至C点，电场力做的功可能不同 C.将电子沿直线从B点移至D点，电场力做的功为3.2×10-19J D.将同一电荷从B点移至C点，其电势能变化量一定是从A点移 至D点电势能变化量的2倍 8.如图甲所示，绝缘粗糙水平面上x=一21处和x=41处分别固定两个不等量正点电 荷（场源电荷），其中x=一2处点电荷的电荷量大小为Q。两点电荷在x轴上形成 的电场其电势φ与x的关系图像如图乙所示，其中坐标原点处的电势为，、且为极 小值，x=一（和x=21处的电势分别为号0和号%。现从x=21处由静止释放一质 6 量为、电荷量为g的带正电物体（可视为质点），该物体刚好向左运动到x=一1处。 物体产生的电场忽略不计，重力加速度为g,下列说法正确的是 高中同步周测卷三 物理（鲁科版）必修第三册第2页（共4页) A.x=41处点电荷的电荷量 为4Q 3 B.物体在运动过程中，电势能增 + 加了39器 -2-101213141x 甲 C物体与地面间的动牵擦因数为g D.物体在坐标原点处动能最大 班级 姓名 分数 题号 2 3 4 5 6 7 8 答案 三、非选择题（本题共3小题，共48分。请按要求完成下列各题） 9.(10分)如图所示，在A点固定一电荷量为Q(Q>0)的点电荷，B点和C点均为A点 正上方的点。将一质量为、电荷量为q的带正电小球（可视为点电荷）放置于B点 时，小球恰好能保持静止。静电力常量为k,重力加速度为g,不计空气阻力。 (1)求A、B两点间的距离x; (2)若小球所带的电荷量q=3.2×107C,在外力作用下将小球从B点移至C点，该 过程中小球的电势能减小了4.8×10-6J,求B、C两点间的电势差Uc。 C B 用A 物理（鲁科版）必修第三册第3页（共4页) 衡水金卷·先享题 10.(18分)如图所示，有三根完全相同、原长均为L。的绝缘轻质橡皮筋，其中两根的一 端固定在天花板上的O点，另一端分别连接质量均为的带电小球A、B,它们所带 的电荷量分别为一g和十9，小球A、B之间用第三根橡皮筋连接起来。由于空间存 在水平向右的匀强电场，平衡时三根橡皮筋的长度均为原长的号倍。现剪断小球 A、B之间的橡皮筋，最后两小球会在新的位置平衡。已知橡皮筋满足胡克定律并 始终在弹性限度内，两小球所带电荷量始终不变，不计空气阻力及两小球间的静电 力，重力加速度为g。求： (1)匀强电场的电场强度大小； (2)再次平衡时小球A电势能的减少量； (3)再次平衡时小球B重力势能的增加量。 11.(20分)如图所示，长方形ABCD面与匀强电场的场强方向平行，其中AB=2cm, BC=6cm。将电荷量q=3×10-6C的正点电荷从无穷远处移到电场中的A点，克 服静电力做的功为4.5×10-5J,从A点移动到B点，静电力做的功为3.6×105J, 从A点移动到D点，静电力做的功为5.4×10-5J,取无穷远处电势为零。求： (1)D点的电势； (2)将该电荷从B点移动到D点，静电力做功的大小； (3)该电荷在长方形ABCD范围内电势能的最大值； (4)匀强电场的电场强度。 高中同步周测卷三 物理（鲁科版）必修第三册第4页（共4页)高中周测卷 ·物理（鲁科版）必修第三册· 高中同步周测卷/物理必修第三册（三） 命题要素一贤表 注： 1.能力要求： I.理解能力 Ⅱ，推理能力Ⅲ，分析综合能力Ⅳ.应用数学处理物理问题的能力V,实验能力 2.学科素养： ①物理观念 ②科学思维③科学探究( 科学态度与责任 分 知识点 能力要求 学科素养 预估难度 题号 题型 值 (主题内容) ① ②③ ④ 档次 系数 1 单项选择题 6 典型电场的场强、电势 易 0.85 2 单项选择题 6 电势、电势能、电场强度 易 0.80 3 单项选择题 密立根油滴实验 易 0.80 4 单项选择题 6 电势、电势能、电场力做功 中 0.75 5 单项选择题 6 等量异种电荷形成的电场 中 0.70 6 单项选择题 6 E-x图像 中 0.65 7 多项选择题 8 等势面、电场力做功 中 0.70 8 多项选择题 8 9-x图像 难 0.55 9 非选择题 10 电势差、功能关系 易 0.80 10 非选择题 18 受力分析、电势能变化量 0.65 电势能、电势、电势差与场强的 11 非选择题 20 0.55 关系 香考答案及解析 一、单项选择题 条电场线无法判断其分布的疏密情况，所以不能确定 1.C【解析】电容器间的电场为匀强电场，故a、b两点 A、B两点电场强度的大小，A项错误；电子沿电场线 电场强度相等，沿电场线方向电势逐渐降低，可知α 从A点移到B点，需要克服静电力做功，可知电场力 点的电势高于b点的电势，A项错误；a、b两点在等量 的方向由B点指向A点，而电子带负电，电场强度的 同种电荷连线上，由对称性可知，电场强度的大小相 方向一定是由A点指向B点，B项错误；静电力做负 等、方向不同，电势相同，B项错误：a、b两点在等量异 功，电子的电势能增大，故电子在A点的电势能比在 种电荷连线的垂直平分线上，电势相等，根据电场的 B点的电势能小10eV,C项正确：沿电场线方向电势 对称性可知a、b两点场强相同，C项正确：以点电荷 降低，B点的电势比A点低10V,D项错误。 为球心的球面是等势面，可知a、b两点电势相等，但 3.D【解析】油滴向上运动，重力做负功，重力势能增 两点电场强度的方向不相同，故电场强度不相等，D 加，A项错误；油滴向上加速运动，电场力做正功，故 项错误。 其电势能减小，机械能增加，B、C项错误：由能量守恒 2.C【解析】电场线的疏密表示电场强度的大小，但一 定律可知，电势能的减少量等于重力势能增加量和动 9 ·物理（鲁科版）必修第三册· 参考答案及解析 能增加量之和，即电势能的减少量大于重力势能的增 加量，D项正确。 4.C【解析】初速度可视为零的负氧离子仅在电场力 的作用下，从图乙中的A点运动到B点，说明电场方 向由B指向A,沿电场线方向电势逐渐降低，A点的 电势低于B点的电势，A项错误；电场力对氯离子做 正功，由功能关系可知，电势能减小，B项错误；由动 电场线的疏密表示场强大小，故A点处的场强比C 能定理Ug=之md,可知增大细胞膜的膜电位时，氯 点处的大，A项正确；电场力做的功与路径无关，B项 离子进入细胞内时的速度增大，C项正确：仅减小细 错误；将电子沿直线从B点移至D点，电场力做的功 胞膜的厚度d,氯离子进入细胞内时的速度不变，D Wm=qUo=-1.6X101"X2J=-3.2X10-19J,C 项错误。 项错误；由图可知Uc=2UD,电场力做的功W= 5.B【解析】如图所示，D点电场强度大小E= qU,故Wx=2WD,D项正确。 290s60°-g,方向水平向右，A项错误，B项正 8.AC【解析】由图像的斜率等于场强可知，x=0处的 确；因为B、D在同一等势面上，且电势为零，自无穷 扬强为零，则有品=品，解得Q=40,A项 远处移动至B点电场力做功为零，自B点沿虚线移 正确：物体在运动过程中，电势能的变化量△E,= 至D点电场力不做功，C、D项错误。 号09一受9=-器，B项错误：物体在运动过程 6 3 中，由动能定理得W电一g·3l=0,W电=一△E,= ，解得以一，C项正确：物体动能最大时，电 10 场力等于摩擦力，因坐标原点处电场力为零，可知在 坐标原点处动能不是最大，D项错误。 三、非选择题 9.【解析】(1)带电小球放置于B点时恰好能保持静止， 根据受力平衡有F,=ng (1分) 6.D【解析】由图可得在负半轴电场方向指向负方向， 在正半轴电场方向指向正方向。沿电场方向电势逐 根据库仑定律有F华=Q (1分) 渐降低，所以O点电势最高，电势不为零，A项错误； kQq 由对称性可知，x。和一x。处电势相等，由公式E。= 解得x=√mg (2分) q9可知电子在x。与一x0处电势能相等，B项错误： (2)根据电势能变化量和电场力做功的关系有W= 电子经过O点时，电场强度为0，由F=Eq得在O点 △E,=4.8×105J (2分) 所受电场力为0，加速度最小，C项错误；电子从x。处 B,C两点间的电势差Uc=Wg (2分) 运动到一x。处，电场力做功为0，由动能定理qU= △Ek知动能变化量为0，即速度不变，考虑到在运动 解得Ux=15V (2分) 过程中速度不可能减到0，所以速度不可能反向，D 10.【解析】(1)根据题意，对小球A受力分析如图甲 项正确。 所示 二、多项选择题 7.AD【解析】根据电场线与等势面垂直可知电场线 如图所示： ·10 高中周测卷 ·物理（鲁科版）必修第三册· 由平衡条件有Tcos30°=mg (1分) UA=0-9A=-15V Eg=T++Tcos 60 (1分) 解得9A=15V (1分) 解得E=3mg 从A点移动到D点，静电力做的功为5.4×105J, (2分) (2)设橡皮筋的劲度系数为k,再次平衡时橡皮筋的 则有w-"g-59v=18V (1分) 弹力为T,对小球A受力分析如图乙所示 UD=PA一PD (1分) 解得gpp=一3V (1分) (2)从A点移动到B点，静电力做的功为3.6× Eq 0.-- 10-1则有Ue号-v=12V mg (1分) UB=pn一9B (1分) 由平衡条件有T1cos0=Eg (1分) Tisin 0=mg (1分) 解得P:=3V (1分) 解得0=30°，T1=2g 故UBD=9B-PD=6V (1分) (2分) 将该电荷从B点移动到D点，静电力做的功WD= 设此时橡皮筋的长度为上，有加g=k(是。- qUw=1.8×10-5J (1分) Lo)cos30°，2mg=k(L'-L) (2分) (3)由9A一9B=9D一9c (1分) 由电场力做功和电势能变化的关系有△E电= 解得e=-15V (1分) Ea(1.'cos 6 长方形范围内A点的电势最高，故该电荷在A点的 (2分) 电势能最大Epmx=qgA=4.5X10-5J (2分) 联立解得△上，=号mgL (2分) (4)因Ew=业=18 xD0.06 V/m=300V/m (1分) (3)由对称性可知，小球B位置的变化情况和小球A 相同，由重力做功和重力势能变化的关系有△E重= _U&=12V/m=600V/m EAB TAB 0.02 (1分) mg(号Lsn60°-L'sin30 (2分) 则E=√/ED十EB=3005V/m (2分) 解得△E:=gL 电场强度方向与AD夹角的正切值tan0==2 (2分) (2分) 11.【解析】(1)将正点电荷从无穷远处移到电场中的A 点，克服静电力做的功为4.5×105J,则有U= g-49v=-15v (1分) 11