第十章 静电场中的能量 单元检测-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

第十章 静电场中的能量 单元检测 第I卷（选择题） 一、选择题（共46分，本题共10小题，1-7题每小题4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，8-10题每小题6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6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）。 1．一负电荷仅在某电场力作用下运动，速度大小随时间变化的图像如图所示，、为运动轨迹上的两点。下列选项正确的是（　　） A．该电荷可能做匀速直线运动 B．、两点的电场强度一定相同 C．该电场可能是两个正点电荷产生的 D．系统的电势能可能是变化的 2．将一电量为+1.6×10-8C的电荷在电场中从A点移动到B点，克服电场力做功为，则A、B两点间电势差为（　　） A．400V B．-400V C．600V D．-600V 3．在蛋白质电泳实验中，一块长度为10cm的均匀凝胶两端施加250V的恒定电压，用以驱动带负电的蛋白质分子向正极迁移。已知该蛋白质分子在此凝胶中的迁移率为，其中，v是分子的迁移速度，E是电场强度，则该蛋白质分子的迁移速度大小为（    ） A． B． C． D． 4．电容式话筒的核心部件为电容式传感器，其结构如图所示。导电性振动膜片与固定电极构成一个电容器，当声音使振动膜片从图示位置向右运动时，下列说法正确的是（　　） A．电容器的电容减小 B．电容器所带的电荷量减小 C．电容器发生了充电现象 D．流过电阻R的电流方向从左到右 5．如图所示，在水平向右的匀强电场中，用绝缘细绳竖直悬挂两个带电小球M和N。若两细绳都保持竖直状态，两小球在同一水平线上，则（　　） A．M和N都带负电 B．M不带电、N带正电 C．M和N都带正电 D．M带正电、N带负电 6．如图所示，水平放置的两平行金属板间有一匀强电场，板长为，板间距离为，在距离板右端处有一竖直放置的屏M。一带电荷量为、质量为的微粒沿两板中心线以速度水平向右射入板间，最后打在M屏与中心线的交点，微粒未与金属板碰撞，重力加速度为，则下列结论正确的是（　　） A．微粒打在点时速度方向垂直于屏 B．整个过程中合力对微粒做功为零 C．板间电场强度大小为 D．两金属板间电势差为 7．如图所示，在正方体中，O为的中点，在和处固定电荷量分别为、的点电荷。下列说法正确的是（　　） A．B点的电势比点的电势高 B．A、C两点的电场强度相同 C．O、两点的电场强度大小的比值为 D．将一电子从O点移到C点，电子的电势能减少 8．某静电场的电势在x轴上分布如图所示，下列说法正确的是（　　） A．负电荷从移到，电场力做正功 B．负电荷从移到，电势能增加 C．处的电场强度大于处的电场强度 D．处的电场强度为零 9．如图所示，半径为R=0.8m的圆上有M、N、P三点，其中MN为直径，P点为半圆MN上靠近M点的三等分点。空间中存在与圆面平行的匀强电场。带电荷量为q=+0.02C的试探电荷从M点移动到P点的过程克服电场力做的功为2J，该试探电荷从M移动到N的过程电场力做的功为-8J。规定N点电势为0。下列说法正确的是（    ） A．P点电势为300V B．试探电荷在O点的电势能为-4J C．匀强电场的方向为从M指向N D．匀强电场的电场强度大小为250N/C 10．静电场方向平行于x轴，其电势随x的分布可简化为如图所示的折线，其中、d为已知量，一个质量为m、电荷量为-q的粒子在x=d处由静止释放，忽略重力，下列说法正确的是（　　） A．粒子在范围内，受到电场力大小为 B．粒子在x轴上先做匀加速直线运动，到O点后开始做匀减速直线运动，最后静止 C．粒子在x轴上运动的区间为 D．粒子在x轴上往复运动，周期为 第II卷（非选择题） 本题共5小题，共54分。 二、实验题 11．（6分）电容器是一种重要的电学元件，在电工、电子技术中应用广泛。使用图甲所示电路观察电容器的充、放电过程。电路中的电流传感器（相当于电流表）与计算机相连，可以显示电路中电流随时间的变化关系。图甲中直流电源电动势，内阻忽略不计，实验前电容器不带电。先使S与“1”端相连给电容器充电，充电结束后，使S与“2”端相连，直至放电完毕。计算机记录的电流随时间变化的曲线如图乙所示。 (1)乙图中阴影部分的面积__________；（填“>”“<”或“=”） (2)计算机测得，则该电容器的电容为__________；（保留两位有效数字） (3)由甲、乙两图可判断阻值__________。（填“>”“<”或“=”） 12．（10分）如图甲所示是某实验小组做“观察电容器充、放电现象”的实验电路，实验中采用的器材有：干电池组（，内阻未知）、电容器（）、电压表（量程0~3V，内阻约10kΩ）、定值电阻（）、秒表等。 (1)图甲中虚线框内应选择下列器材中的______； A． B． C． (2)按图甲电路进行实验，发现充电过程中电流表的示数始终不为零，其主要原因是______： A．电源内阻不可忽略 B．电压表内阻并非无穷大 C．电流表内阻不可忽略 (3)实验小组改用传感器（可视为理想电表）对该实验做进一步探究，电路如图乙所示； ①采集传感器数据，用计算机绘制充、放电过程的-图像，则充电过程的图像是______，放电过程的图像是______（选填“A”或“B”）； A．        B． ②用计算机绘制充电过程中的图像如图丙中实线所示，随后将两个相同规格的电容器并联后再次进行实验，则第二次实验充电过程中绘制出的图像应为虚线______（选填“”或“”）。 三、解答题 13．（10分）如图所示，倾角为的斜面体固定在水平面上，斜面光滑绝缘。带电小球1固定在斜面顶端A点，带电小球2用绝缘细线与小球1相连静止在斜面上的B点，，小球2的质量为m，重力加速度为g，细线的拉力等于，小球1、2带等量的电荷，不计球的大小，静电力常量为k。 (1)求小球2的带电荷量； (2)剪断细线，当小球2运动到斜面上C点时加速度大小为，求C点的电场强度大小。 14．（12分）我国科学家侯建国院士带领团队在电子显微学领域取得重大突破，成功研制出具有自主知识产权的高分辨透射电子显微镜，其成果使我国在纳米材料表征领域跃居国际前列。如图所示，该显微镜的核心部件之一是电子偏转系统：电荷量为q、质量为m的电子束以初速度v0水平射入平行板电容器。极板间电压为U，板长为L，间距为d，忽略重力和电子间相互作用，求： (1)电子束射出平行板时的偏转距离y； (2)电子离开偏转系统时的动能增量ΔEk。 15．（16分）如图所示，粗糙绝缘的水平面上竖直放置光滑的半圆绝缘轨道，轨道半径，轨道的圆心为，最低点在水平面上，水平面上方存在水平向左的匀强电场，电场强度，现在水平面上点由静止释放一个质量、电荷量带正电的小滑块，滑块经轨道的最高点飞出，且经点时对轨道无压力，滑块与水平面间的动摩擦因数，重力加速度取，求∶ (1)、两点间的距离； (2)滑块经半圆轨道时对轨道压力的最大值； (3)滑块从点飞出后运动中速度的最小值。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《 第十章 静电场中的能量 单元检测》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C B B C D D C AC BD ACD 1．C 【详解】A．由图像可知，负电荷的速率始终不变，且仅受电场力作用，则该负电荷做匀速圆周运动；故A错误； B．由该负电荷做匀速圆周运动，电场力提供向心力，电场可能是正点电荷的电场，此时A、B两点的电场强度大小相同，方向不同，故B错误； C．运动过程中由电场力提供向心力，由于运动的电荷为负电荷，则电场可能是两个正点电荷产生的，两个正电荷对其作用力的合力提供向心力，故C正确。 D．由图像可知，负电荷从A点运动到B点过程中速率始终不变，且仅受电场力作用，根据动能定理可知电场力不做功，由功能关系可知系统的电势能保持不变，故D错误。 故选C。 2．B 【详解】从A点移动到B点，克服电场力做功为，可知 根据电场力做功 可得A、B两点间电势差 故选B。 3．B 【详解】凝胶内的电场强度，代入题中数据可得。 根据，变形得迁移速度 可得 故选B。 4．C 【详解】A．当声音使振动膜片从图示位置向右运动时，两电极间距减小，根据可知，电容器的电容增大，A错误； BCD．根据Q=CU，电容器两极板电压一定，可知电容器所带的电荷量增大，电容器发生了充电现象，流过电阻R的电流方向从右到左，BD错误，C正确。 故选C。 5．D 【详解】A．M和N都带负电，则匀强电场对N的电场力向左，M对N的库仑力也向左，则细绳不可能竖直，A错误； B．M不带电、N带正电，则M中的细绳可以竖直；但匀强电场对N的电场力向右，则N的细绳不可能竖直，B错误； C．M和N都带正电，则匀强电场对M的电场力向右，N对M的库仑力也向右，则细绳不可能竖直，C错误； D．M带正电、N带负电，匀强电场对M的电场力向右，N对M的库仑力向左，则细绳可能竖直；匀强电场对N的电场力向左，M对N的库仑力向右，则细绳可能竖直，则D正确。 故选D。 6．D 【详解】A．微粒在水平方向做匀速直线运动，在板间运动时间，离开板后运动时间，即 在竖直方向，微粒先做初速度为零的匀加速直线运动（设加速度为，方向向上），后做匀减速直线运动（加速度为，方向向下）。 设板间竖直位移为，出板时竖直分速度为，板外竖直位移为， 由运动学公式， 离开板后 因为微粒打在点，总竖直位移为 0，即 代入得 因，解得 微粒打在点时的竖直分速度，即速度方向不垂直于屏，故A错误； B．整个过程中，微粒起点和终点在同一水平线上，重力做功为零。但在板间微粒向上偏转，电场力竖直向上，电场力做正功； 根据动能定理，合外力做功等于动能变化量，由于电场力做正功，合力做功不为零，故B错误； C．在板间，根据牛顿第二定律有 代入，解得，即，故C错误； D．两金属板间电势差，故D正确。 故选D。 7．C 【详解】A．由于A1、C1处固定有等量异种点电荷，平面为的中垂面，是一个等势面，因此B1、B两点的电势相同，故A错误； B．根据对称性可知，A、C两点的电场强度大小相等，方向不同，故B错误； C．设正方体的边长为a，则O点的电场强度大小 B1点的电场强度大小 可得 ，故C正确； D．根据等量异种点电荷电场的等势线分布特点可知，O点的电势高于C点的电势，将电子（带负电）从O点移到C点，根据可知电子的电势能增加，故D错误。 故选C。 8．AC 【详解】AB．负电荷从移到，电势升高，根据可知，负电荷的电势能减小，则电场力做正功，故A正确，B错误； CD．图线的斜率表示电场强度的大小，由图可知，处的电场强度大于处的电场强度，且处的电场强度不为零，故C正确，D错误。 故选AC。 9．BD 【详解】A．由电势差公式可知， 解得，，故A错误； B．匀强电场中，中点O的电势满足 试探电荷在O点的电势能为，故B正确； CD．如图所示，Q点为MN的四等分点，则 可见PQ连线为等势线，根据几何关系可知，则MN为电场线，电场方向向左，根据电势差与电场强度关系有，故C错误，D正确； 故选BD。 10．ACD 【详解】A．沿方向的电场强度满足，场强大小等于图像斜率的绝对值，粒子在范围内 则电场力大小为，故A正确； B．粒子在x轴上先做匀加速直线运动，到O点后开始做匀减速直线运动，之后又会反向加速，一直做往返运动，不会静止，故B错误； C．设粒子最左端到达，由动能定理，初末动能均为0，电场力做功为0，因此初末电势相等。处电势 区间电势满足 令解得 因此粒子运动范围为，故C正确； D．位移为，加速度 由 得 加速度 点速度 减速到0时间 之后由对称可得，周期，故D正确。 故选ACD。 11．(1) (2) (3) 【详解】（1）根据可知，图乙中阴影面积代表充、放电中电容器上的总电荷量，则有 （2）计算机测得，则有 则电容器的电容 （3）由图乙可知充电瞬间电流大于放电瞬间电流，且充电瞬间电源电压与放电瞬间电容器两极板电压相等，由欧姆定律可知 可得 12．(1)C (2)B (3) B A b 【详解】（1）通过回路的最大电流为，所以电流表选C。 （2）电压表内阻并非无穷大，电压表和电容器会构成回路，并通过电压表放电。 故选B。 （3）①[1]电容器充电过程中，根据闭合电路的欧姆定律U= E－UR，且UR = IR 可得U－I图像的斜率是个定值，图像与B图像类似。 故选B。 [2]电容器放电过程中，电容器相当于电源，根据欧姆定律U= IR 图像与A图像类似。 故选A。 ②[3]单一电容器充电时，通过R的电荷量为 最大电流为； 两个电容并联时，充电时通过R的电荷量为 最大电流为 根据I-t图线与坐标轴所围的面积表示电量，结合以上可知选b。 13．(1) (2) 【详解】（1）设小球2带电荷量为q，由题意知，细线的拉力等于 说明小球2受到小球1的库仑力是引力作用，故两球带异种等量电荷，根据平衡条件有 解得 （2）当小球2运动到C点时，根据牛顿第二定律有 解得 14．(1) (2) 【详解】（1）电子在电场中做类平抛运动，沿平行板方向 垂直于平行板方向， 得 （2）由动能定理 再由 得 15．(1)8m (2)27N (3)3.2m/s 【详解】（1）滑块通过轨道的最高点受轨道弹力为0； 由重力提供向心力有 解得 滑块由点到点由动能定理有 解得两点间的距离 （2）滑块在半圆绝缘轨道运动时，重力和电场力均作正功，轨道的支持力不做功，重力和电场力互相垂直，二者的合力为，其方向与竖直成，当速度方向与合力方向垂直时，此时滑块与圆心连线与竖直方向成，滑块速度最大，且重力和电场力的合力与轨道的支持力在一条直线上，此时，即滑块与圆心连线与竖直方向成处滑块速度最大，轨道对滑块的支持力最大，滑块对轨道压力也最大 设滑块经该位置速度为，滑块受弹力为，由动能定理有 解得 由合力提供向心力有 解得 由牛顿第三定律可知滑块对轨道压力的最大值为； （3）滑块从点飞出后受重力、电场力，滑块做类似斜上抛运动，合力, 可得加速度，方向与竖直成斜向左下方 沿重力与电场力的合力方向和垂直合力方向分解速度 沿合力方向速度 垂直合力方向速度 沿合力方向速度减为0的时间 滑块在空中运动竖直方向有 解得 由于，当速度沿合力方向速度为0时，滑块仍在空中，速度最小值为垂直合力方向速度即滑块速度最小值为。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $