高中物理单元测试——第十章静电场中的能量（较难版01）

**基本信息** 高中物理第十章“静电场中的能量”单元复习卷（较难版），通过基础概念辨析、科技情境应用及综合问题设计，强化物理观念与科学思维，适配单元知识巩固与能力提升。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |单选题|7/28|电势、电场强度、电势能|结合电场线分布图（如第2题）考查场强与电势关系，强化运动与相互作用观念| |多选题|3/18|电容器、等势面|以电容式键盘（第8题）、冷冻电镜（第9题）为情境，体现科学态度与社会责任| |实验题|2/15|电容影响因素、U-Q关系|用控制变量法（第11题）、图像分析（第12题）培养科学探究能力| |解答题|3/39|电场力、电势差、带电粒子运动|综合加速偏转电场（第15题），考查模型建构与科学推理，贴合高考命题趋势|

高中物理单元测试 —— 第十章 静电场中的能量（较难版01）（原卷版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）关于静电场中的电势，下列说法正确的是（　　） A．不带电的导体电势一定等于零 B．电场强度为零的点电势一定为零 C．沿电场线方向电势一定减小 D．同一电场线上的各点电势一定相等 2．（本题4分）如图所示为一空腔导体周围的电场线分布图，电场方向如图中箭头所示，M、N、P、Q是以O为圆心的一个圆周上的四点，其中M、N在一条直电场线上，P、Q在一条曲电场线上，则有（　　） A．M点的电场强度比N点的电场强度大 B．P点的电势比Q点的电势低 C．负电荷在P点的电势能小于其在Q点的电势能 D．M、O间的电势差等于O、N间的电势差 3．（本题4分）如图甲所示，、是一条电场线上的两个点，质量为、电荷量为的粒子仅在电场力的作用下沿电场线从向运动，初速度为，刚好能到达点。粒子运动的图像如图乙所示。下列判断正确的是（    ） A．点电势低于点电势 B．、两点间的电势差 C．点电场强度大于点电场强度 D．粒子在点的电势能大于在点的电势能 4．（本题4分）如图所示为阴极射线管的聚焦电场，其中虚线为等势线，任意相邻两条等势线间的电势差相等。电场中实线上依次有a、b、c、d、e五个点，a、b、c三点的电势关系为。一电子在a点以速度沿ab方向射入电场，若电子仅受电场力的作用，下列说法正确的是（　　） A．电场的方向沿实线由a点指向b点 B．电场中b点的场强与d点的场强相同 C．电子可能在a、e两点间沿直线做往复运动 D．电子在电场中做变加速曲线运动 5．（本题4分）如图为某次心脏除颤治疗情景，所用除颤器的电容器电容为25µF，充电至2.0kV，在5ms时间内完成放电，则（　　） A．电容器充满电时电量为0.1C B．放电过程通过人体的最大电流为10A C．放电结束电容器电容减为0 D．其他条件不变，人体电阻越大，放电时间越长 6．（本题4分）如图所示，平行四边形ABCD处在匀强电场中，电场方向平行于四边形所在平面，其中AB=2cm，BC=1cm，且∠B=60°。已知=2V，=8V，=5V，下列说法正确的是（　　） A．匀强电场的方向由B指向C B．匀强电场的方向由B指向D C．顶点D的电势=11V D．匀强电场的场强大小为 7．（本题4分）如图所示，两极板加上恒定的电压，将一质量为、电荷量为的带电粒子在正极板附近由静止释放，粒子向负极板做加速直线运动。不计粒子重力。若将两板间距离减小，再次释放该粒子，则（　　） A．带电粒子获得的加速度变小 B．带电粒子到达负极板的时间变短 C．带电粒子到达负极板时的速度变小 D．加速全过程静电力对带电粒子做的功变大 二、多选题 8．（本题6分）如图甲所示，计算机键盘为电容式传感器，每个键下面由相互平行、间距为d的活动金属电极和固定金属电极组成，两金属电极间间隙有空气，两金属电极组成一个平行板电容器，如图乙所示。其内部电路如图丙所示，则下列说法正确的是（　　） A．按键向上的过程中，电容器的电容增大 B．按键向上的过程中，电容器的带电量减小 C．按键向下的过程中，图丙中电流方向从a流向b D．按键向下的过程中，电容器两极间的电场强度增大 9．（本题6分）冷冻电镜技术可解析晶态冰中蛋白质三维结构。电子透镜是冷冻电镜中的关键部分，其中一种电子透镜的电场分布如图所示，虚线为等势面，相邻等势面间电势差相等，现有一电子以一定初速度进入该区域，实线为运动轨迹，a、b是轨迹上的两点。下列说法正确的是（　　） A．电子透镜的电场可能是两个等量异种点电荷产生的 B．a点的电势低于b点的电势 C．电子在a点的电势能小于在b点的电势能 D．若该电子从a向b运动，则电子在a点的动能小于在b点的动能 10．（本题6分）静电喷涂是一种利用高压静电场使带负电的涂料微粒定向运动，并吸附在工件表面的喷涂方法。某一静电喷涂装置接上高压电源后在喷口和被涂物间产生强电场，电场线分布如图所示，一微粒从点沿直线运动到点，以喷口为原点，以连线向右方向为正方向建立轴，该过程中微粒重力不计，那么电场强度，微粒的速度大小、电势、微粒的电势能随变化的图像可能正确的是（　　） A． B． C． D． 三、实验题 11．（本题6分）如图所示的实验装置可用来“探究影响平行板电容器电容的因素”，其中电容器左侧极板和静电计外壳接地，电容器右侧极板与静电计金属球相连。 (1)本实验用到的物理方法是__________。 A．理想实验法 B．微小放大法 C．控制变量法 D．等效替代法 (2)使电容器充电后与电源断开，只将左极板向左平移少许，则电容器的电容__________（填“增大”“减小”或“不变”），静电计指针偏转角__________（填“变大”“变小”或“不变”）。 12．（本题9分）探究“电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系”实验中，某同学采用图1所示电路。是两个完全相同的电容器，电压表是数字电压表（内阻无穷大），电流传感器接计算机。初始时开关都断开，两个电容器都不带电。 （1）保持开关断开，把开关接1，数字电压表的示数逐渐增加，稳定时的读数是。电流传感器显示通过的电流如图2所示，数出图线与横轴围成的小格子数约为44个，则电容器充电结束后存储的电荷量约为___。 （2）保持开关断开，把开关接2，稳定后，数字电压表的示数为，电容器所带电荷量约为____________C。 （3）断开，闭合。稳定后，断开，把接2。 （4）重复操作（3），记录每次操作后电容器的电压分别为……则本实验得出的结论是：电容器两极板间电势差跟所带电荷量成_____（填“正比”或“反比”）。 （5）根据以上数据可计算出电容器的电容约为_____F。 四、解答题 13．（本题10分）如图所示，某匀强电场的电场强度，A、B为同一条电场线上的两点。 （1）现将电荷量的检验电荷放在电场中的A点，求该检验电荷在A点所受静电力F； （2）若A、B两点相距，求B、A两点间的电势差。 14．（本题13分）如图所示，在真空中的O点放一点电荷,直线MN过O点，OM=30cm，M点放一点电荷，（q可视为试探电荷），k=9×109N∙m2/C2，求： (1)q在M点受到的静电力的大小和方向？ (2)若M点电势为10V，则q在M点的电势能是多少？ (3)若M点的电势比N点的电势高15V，则电荷q从M移到N点，它的电势能变化了多少？ 15．（本题16分）如图甲所示，真空中的电极K连续不断地发出电子（电子的初速度可忽略不计），经电压为U0的电场加速，电子被加速后由小孔S穿出沿两个彼此靠近且正对的水平金属板A、B间中轴线，从左边缘射入A、B两板间的偏转电场。A、B两板长均为L=0.20m，两板之间距离d=0.050m，A板的电势比B板电势高U，A、B板右侧边缘到竖直放置的荧光屏P（面积足够大）之间的距离b=0.10m，荧光屏的中心点O与A、B板的中心轴线在同一水平直线上，不计电子之间的相互作用力及其所受的重力。求： (1)求电子进入偏转电场的初速度v0（已知电子质量为m、电量为e，加速电压为U0）； (2)假设电子能射出偏转电场，从偏转电场右端射出时，它在垂直于两板方向的偏转位移y为多少（用U0、U、L、d表示）； (3)当加速电压U0随时间t变化的图像如图乙所示。每个电子通过加速电场的过程时间极短，可认为在该过程中电压不变。A、B板间所加电压U=50V时，电子打在荧光屏上距离中心点O多远的范围内。 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 2 / 2 $ 高中物理单元测试 —— 第十章 静电场中的能量（较难版01）（解析版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）关于静电场中的电势，下列说法正确的是（　　） A．不带电的导体电势一定等于零 B．电场强度为零的点电势一定为零 C．沿电场线方向电势一定减小 D．同一电场线上的各点电势一定相等 【答案】C 【详解】AB．静电场中，电势具有相对性，与零电势参考面选取有关，故AB错误； CD．沿电场线方向电势降低，同一电场线上的各点，电势一定不相等，故C正确，D错误。 故选C。 2．（本题4分）如图所示为一空腔导体周围的电场线分布图，电场方向如图中箭头所示，M、N、P、Q是以O为圆心的一个圆周上的四点，其中M、N在一条直电场线上，P、Q在一条曲电场线上，则有（　　） A．M点的电场强度比N点的电场强度大 B．P点的电势比Q点的电势低 C．负电荷在P点的电势能小于其在Q点的电势能 D．M、O间的电势差等于O、N间的电势差 【答案】C 【详解】A.用电场线的疏密程度表示电场的强弱，所以N点的场强比M点的场强大，故A错误； B.沿着电场线的方向电势越来越低，所以Q点的电势比P点的电势低，故B错误； B.负电荷由P点运动到Q点，电场力做负功，电势能增加，所以负电荷在P点时的电势能小于在Q点时的电势能，故C正确； D.根据电场分布可以知道，MO间的平均电场强度比ON之间的平均电场强度小，故由公式 可知，MO间的电势差小于ON间的电势差，故D错误。 故选C。 3．（本题4分）如图甲所示，、是一条电场线上的两个点，质量为、电荷量为的粒子仅在电场力的作用下沿电场线从向运动，初速度为，刚好能到达点。粒子运动的图像如图乙所示。下列判断正确的是（    ） A．点电势低于点电势 B．、两点间的电势差 C．点电场强度大于点电场强度 D．粒子在点的电势能大于在点的电势能 【答案】B 【详解】A．因为粒子从A向B运动速度减小，所以电场力方向从B指向A，又因为粒子带负电，受力方向与场强方向相反，所以该电场的电场线方向从A指向B。根据沿着电场线方向电势降低，可知A点电势高于B点电势，故A错误； B．对粒子从A到B运动过程列动能定理方程有 解得、两点间的电势差为，故B正确； C．从图像可知，粒子做匀减速直线运动，故加速度恒定，对粒子从A到B运动过程列牛顿第二定律方程有 所以粒子受到的电场力恒定，该电场的电场强度也恒定，即A点电场强度等于B点电场强度，故C错误。 D．根据电场力做功和电势能变化间的关系可知，因为粒子从A到B运动过程电场力做负功，电势能增加，所以粒子在A点的电势能小于在B点的电势能，故D错误。 故选B。 4．（本题4分）如图所示为阴极射线管的聚焦电场，其中虚线为等势线，任意相邻两条等势线间的电势差相等。电场中实线上依次有a、b、c、d、e五个点，a、b、c三点的电势关系为。一电子在a点以速度沿ab方向射入电场，若电子仅受电场力的作用，下列说法正确的是（　　） A．电场的方向沿实线由a点指向b点 B．电场中b点的场强与d点的场强相同 C．电子可能在a、e两点间沿直线做往复运动 D．电子在电场中做变加速曲线运动 【答案】D 【详解】A．电场线与等势面正交，则电场的方向不可能沿实线由a点指向b点，A错误； B．电场线与等势面正交，且等差等势面的疏密反映电场线的疏密，电场线的疏密反映场强大小，可知电场中b点与d点的场强大小和方向均不相同，B错误； C．a、e两点间的电场线为曲线，则电子不可能在a、e两点间沿直线做往复运动，C错误； D．因电场线为曲线，电子受的电场力大小和方向都在不断变化，可知电子在电场中做变加速曲线运动，D正确。 故选D。 5．（本题4分）如图为某次心脏除颤治疗情景，所用除颤器的电容器电容为25µF，充电至2.0kV，在5ms时间内完成放电，则（　　） A．电容器充满电时电量为0.1C B．放电过程通过人体的最大电流为10A C．放电结束电容器电容减为0 D．其他条件不变，人体电阻越大，放电时间越长 【答案】D 【详解】A．电容器充满电时电量为，故A错误； B．放电过程通过人体的平均电流为 所以最大电流应大于10A，故B错误； C．放电结束电容器电容仍为25µF，故C错误； D．其他条件不变，人体电阻越大，放电电流越小，但电荷量不变，根据可知，放电时间越长，故D正确。 故选D。 6．（本题4分）如图所示，平行四边形ABCD处在匀强电场中，电场方向平行于四边形所在平面，其中AB=2cm，BC=1cm，且∠B=60°。已知=2V，=8V，=5V，下列说法正确的是（　　） A．匀强电场的方向由B指向C B．匀强电场的方向由B指向D C．顶点D的电势=11V D．匀强电场的场强大小为 【答案】D 【详解】ABD． 如图所示，为的中点，则，故为一等势线，过作的垂线，垂足为，则为电场线，且电场方向由指向，易得距离为，则，故AB错误，D正确； C． 在匀强电场中，得，故C错误。 故选D。 7．（本题4分）如图所示，两极板加上恒定的电压，将一质量为、电荷量为的带电粒子在正极板附近由静止释放，粒子向负极板做加速直线运动。不计粒子重力。若将两板间距离减小，再次释放该粒子，则（　　） A．带电粒子获得的加速度变小 B．带电粒子到达负极板的时间变短 C．带电粒子到达负极板时的速度变小 D．加速全过程静电力对带电粒子做的功变大 【答案】B 【详解】A．由牛顿第二定律和电场力公式可知 d减小，则a增大，故A错误； B．粒子在极板间做匀加速直线运动，根据位移公式得 因为d减小，a增大，所以t减小，故B正确； C．由动能定理得 可知极板间距对速度大小没有影响，故C错误； D．静电力做功大小为qU，没有发生变化，故D错误。 故选B。 二、多选题 8．（本题6分）如图甲所示，计算机键盘为电容式传感器，每个键下面由相互平行、间距为d的活动金属电极和固定金属电极组成，两金属电极间间隙有空气，两金属电极组成一个平行板电容器，如图乙所示。其内部电路如图丙所示，则下列说法正确的是（　　） A．按键向上的过程中，电容器的电容增大 B．按键向上的过程中，电容器的带电量减小 C．按键向下的过程中，图丙中电流方向从a流向b D．按键向下的过程中，电容器两极间的电场强度增大 【答案】BD 【详解】A．根据平行板电容器的电容决定式，按键向上的过程中，板间距离增大，其他条件不变，电容器的电容减小，故A错误； B．按键向上的过程中，电容减小，而电容器两端电压不变（始终与电源相连），根据电容的定义式（）可知电容器的带电量减小，故B正确； C．按键向下的过程中，板间距离减小，由可知电容增大，不变，根据，电容器的带电量增大，电容器处于充电状态，此时电流方向是从电源流向电容器，在图丙中电流方向从流向，故C错误； D．按键向下的过程中，板间距离减小，电容器两端电压不变，根据匀强电场电场强度与电压的关系可知电容器两极间的电场强度增大，故D正确。 故选BD。 9．（本题6分）冷冻电镜技术可解析晶态冰中蛋白质三维结构。电子透镜是冷冻电镜中的关键部分，其中一种电子透镜的电场分布如图所示，虚线为等势面，相邻等势面间电势差相等，现有一电子以一定初速度进入该区域，实线为运动轨迹，a、b是轨迹上的两点。下列说法正确的是（　　） A．电子透镜的电场可能是两个等量异种点电荷产生的 B．a点的电势低于b点的电势 C．电子在a点的电势能小于在b点的电势能 D．若该电子从a向b运动，则电子在a点的动能小于在b点的动能 【答案】BD 【详解】A．根据等势面电场线关系，画出电场线，如图所示 由电场线的分布看，电子透镜的等差等势面不可能是两个等量异种点电荷产生的，故A错误； B．物体做曲线运动时，合外力指向轨迹的凹侧，故电子受电场力大致指向右侧，故电场线方向大致指向左侧，沿着电场线的方向电势逐渐降低， 所以a点的电势低于b点的电势，故B正确； CD．根据负电荷在电势越低的位置，电势能越大，因a点的电势低于b点的电势，故电子在点的电势能大于在点的电势能，若该电子从a向b运动，电势能减小，电场力做正功，电子的动能增加，则电子在a点的动能小于在b点的动能，故C错误，D正确。 故选BD。 10．（本题6分）静电喷涂是一种利用高压静电场使带负电的涂料微粒定向运动，并吸附在工件表面的喷涂方法。某一静电喷涂装置接上高压电源后在喷口和被涂物间产生强电场，电场线分布如图所示，一微粒从点沿直线运动到点，以喷口为原点，以连线向右方向为正方向建立轴，该过程中微粒重力不计，那么电场强度，微粒的速度大小、电势、微粒的电势能随变化的图像可能正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】BD 【详解】A．根据该电场分布特点可知，由M点到N点电场线越来越稀疏，电场强度不断减小，且减小的越来越慢，故图线的斜率逐渐减小，并不是倾斜的直线，故A错误； B．由M点到N点电场力对微粒做正功，微粒的动能、速度不断增大，由M点到N点电场强度不断减小，微粒加速度不断减小，所以微粒速度增大的越来越慢，图线的斜率逐渐减小，故B正确； C．沿电场线方向电势逐渐降低，所以由M点到N点电势升高，而不是降低，故C错误； D．该图线切线的斜率表示电场力，由于电场力不断减小并且减小的越来越慢，故图线的斜率逐渐减小且减小的越来越慢，由于电场力对微粒做正功，微粒的动能不断增大，故电势能不断减小，D正确。 故选BD。 三、实验题 11．（本题6分）如图所示的实验装置可用来“探究影响平行板电容器电容的因素”，其中电容器左侧极板和静电计外壳接地，电容器右侧极板与静电计金属球相连。 (1)本实验用到的物理方法是__________。 A．理想实验法 B．微小放大法 C．控制变量法 D．等效替代法 (2)使电容器充电后与电源断开，只将左极板向左平移少许，则电容器的电容__________（填“增大”“减小”或“不变”），静电计指针偏转角__________（填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】(1)C (2) 减小 变大 【详解】（1）本实验通过控制一些变量不变，研究其他变量对电容的影响，使用的是控制变量法。 故选C。 （2）[1]根据电容的决定式，可知左极板向左平移少许，极板间距离增大，电容减小； [2]由于与电源断开，极板电荷量不变，根据，可知极板间电势差增大，静电计指针偏转角变大。 12．（本题9分）探究“电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系”实验中，某同学采用图1所示电路。是两个完全相同的电容器，电压表是数字电压表（内阻无穷大），电流传感器接计算机。初始时开关都断开，两个电容器都不带电。 （1）保持开关断开，把开关接1，数字电压表的示数逐渐增加，稳定时的读数是。电流传感器显示通过的电流如图2所示，数出图线与横轴围成的小格子数约为44个，则电容器充电结束后存储的电荷量约为___。 （2）保持开关断开，把开关接2，稳定后，数字电压表的示数为，电容器所带电荷量约为____________C。 （3）断开，闭合。稳定后，断开，把接2。 （4）重复操作（3），记录每次操作后电容器的电压分别为……则本实验得出的结论是：电容器两极板间电势差跟所带电荷量成_____（填“正比”或“反比”）。 （5）根据以上数据可计算出电容器的电容约为_____F。 【答案】 正比 【详解】（1）[1]根据图像所围的面积等于电容器存储的电荷量，由图2可知，图像围成的面积约44个小格，则电容器存储的电荷量为 （2）[2]两个完全相同的电容器连接后，电量均分，故电容器所带电荷量约为。 （4）[3]电容器两极板间电势差跟所带电荷量成正比。 （5）[4]由电容的定义式 解得。 四、解答题 13．（本题10分）如图所示，某匀强电场的电场强度，A、B为同一条电场线上的两点。 （1）现将电荷量的检验电荷放在电场中的A点，求该检验电荷在A点所受静电力F； （2）若A、B两点相距，求B、A两点间的电势差。 【答案】（1），与电场强度方向相反；（2） 【详解】（1）电场力为 与电场强度方向相反。 （2）B、A两点间的电势差为 14．（本题13分）如图所示，在真空中的O点放一点电荷,直线MN过O点，OM=30cm，M点放一点电荷，（q可视为试探电荷），k=9×109N∙m2/C2，求： (1)q在M点受到的静电力的大小和方向？ (2)若M点电势为10V，则q在M点的电势能是多少？ (3)若M点的电势比N点的电势高15V，则电荷q从M移到N点，它的电势能变化了多少？ 【答案】(1)；方向M→O (2) (3)增加 【详解】（1）根据库仑定律可得q在M点受到的静电力 方向M→O。 （2）q在M点的电势能 （3）电荷q从M移到N点，电场力做负功，因电场力做功等于电势能变化量，故电场力做的功为 则电势能增加了 15．（本题16分）如图甲所示，真空中的电极K连续不断地发出电子（电子的初速度可忽略不计），经电压为U0的电场加速，电子被加速后由小孔S穿出沿两个彼此靠近且正对的水平金属板A、B间中轴线，从左边缘射入A、B两板间的偏转电场。A、B两板长均为L=0.20m，两板之间距离d=0.050m，A板的电势比B板电势高U，A、B板右侧边缘到竖直放置的荧光屏P（面积足够大）之间的距离b=0.10m，荧光屏的中心点O与A、B板的中心轴线在同一水平直线上，不计电子之间的相互作用力及其所受的重力。求： (1)求电子进入偏转电场的初速度v0（已知电子质量为m、电量为e，加速电压为U0）； (2)假设电子能射出偏转电场，从偏转电场右端射出时，它在垂直于两板方向的偏转位移y为多少（用U0、U、L、d表示）； (3)当加速电压U0随时间t变化的图像如图乙所示。每个电子通过加速电场的过程时间极短，可认为在该过程中电压不变。A、B板间所加电压U=50V时，电子打在荧光屏上距离中心点O多远的范围内。 【答案】(1) (2) (3)0.025m~0.05m 【详解】（1）电子加速过程中，根据动能定理有 解得初速度 （2）偏转过程中，水平方向做匀速直线运动，有 垂直AB两板方向，做匀加速直线运动，有 ，， 由（1）问及以上几式，解得 （3）当A、B板间所加电压U=50V时，当电子恰好从A板右边缘射出偏转电场时，其侧移最大 设电子通过电场最大的偏转角为θ，设电子打在屏上距中心点的最大距离为Ymax，则 又 联立解得 由第（2）问中的可知，在其它条件不变的情况下，U0越大y越小，所以当U0=800V时，电子通过偏转电场的侧移量最小，其最小侧移量 同理可知，电子打到屏上距中心的最小距离为 故其范围为0.025m~0.05m。 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 2 / 2 $