专题02 静电场中的能量 专项训练-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

**基本信息** 聚焦静电场能量核心概念，通过概念辨析、图像分析及综合计算，系统构建场强-电势-电势能逻辑体系，强化科学思维与物理观念应用。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |概念辨析|1-3题|场强方向与电势关系判断|从电场强度定义出发，推导电势降低方向与场强的关系| |场强计算|2、14题|匀强电场中电势差与场强关联|通过等势线确定场强方向，应用U=Ed公式定量计算| |能量分析|4、5题|电势能与动能转化问题|基于电场力做功特点，结合动能定理分析能量变化| |图像应用|6、10题|E-x/Ep-x图像解读|利用图像斜率与面积的物理意义，建立场强、电势、能量间的定量关系| |综合应用|13-15题|带电粒子在复合场中的运动|整合重力与电场力，通过能量守恒解决多过程问题|

专题02 静电场中的能量——专项训练 1．下列关于电场强度、电势、电势能的说法正确的是（　　） A．电场强度的方向就是电势降低的方向 B．电场强度的方向就是电势降落最快的方向 C．带电粒子在电势越高的地方具有的动能越大 D．带电粒子在电势越低的地方具有的电势能越小 2．如图所示，A、B、C、D是匀强电场中的四个点，D是BC的中点，A、B、C构成一个直角三角形，AB长为1m，电场线与三角形所在的平面平行，已知φA=5V、φB= -5V、φC=15V，由此可以判断（　　） A．场强的方向由C指向B B．场强的方向垂直AD连线斜向上 C．场强的大小为10V/m D．场强的大小为 3．如图所示，曲线是电场中的一组电场线，A、B是电场中的两点，则下列说法正确的是（    ） A．电势，场强 B．电势，场强 C．将＋q电荷从A点移到B点电场力做正功 D．将－q电荷分别放在A、B两点时具有的电势能 4．根据粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个粒子的运动轨迹。在粒子从a运动到b、再运动到c的过程中，下列说法中正确的是（　　） A．动能先增大，后减小 B．电势能先减小，后增大 C．加速度先变小，后变大 D．电场力先做负功，后做正功，总功等于零 5．质子仅在电场力的作用下从O点开始沿x轴正方向运动，其在O点处的初动能为4eV。该质子的电势能Ep随位移x变化的关系如图所示，其中O-x2段是关于直线x=x1对称的曲线，x2-x3段是直线。下列说法正确的是（　  ） A．x1处电场强度最小，但不为零 B．该质子在x1处的动能为6eV C．在O、x1、x2、x3处电势φ0、φ1、φ2、φ3的关系为φ1>φ2=φ0>φ3 D．该质子最终停在x3处 6．某静电场在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，其中x1、 是间隔相等的四点，x1到x4范围内的E-x图像与横轴所包围的面积为S，对于电荷量为q，质量为m的正点电荷，下列说法正确的是（　　） A．x3处电势最高 B．x2和x4处电势相等 C．由x1静止释放仅在电场力作用下运动到x4时的动能 D．由x1静止释放仅在电场力作用下运动到x4过程中，电势能先增大后减小 7．图中虚线为匀强电场中与场强方向垂直的等间距平行直线，两粒子M、N质量相等，所带电荷量的绝对值也相等，现将M、N从虚线上的O点以相同速率射出，两粒子在电场中运动的轨迹分别如图中两条实线所示。点a、b、c为实线与虚线的交点。已知O点电势高于c点电势。不计重力，则（　　） A．M带负电，N带正电 B．N在a点的速度与M在c点的速度大小相同 C．N从O点运动至a点的过程中克服静电力做功 D．M从O点运动至b点的过程中，电场力对它始终做正功 8．如图所示，正六棱柱上、下底面的中心为O和，A、D两点分别固定等量异种的点电荷，下列说法正确的是（　　） A．F点与E点的电场强度相同 B．F点的电势低于点的电势 C．将一电子由O点沿直线移动到点，其电势能不变 D．将一质子由点沿直线移动到点，电场力做负功 9．两点电荷、分别固定在和坐标原点处，若取无穷远处电势为0，则两点电荷所形成电场的电势在轴正半轴上的分布如图所示，图线与轴交于处，处电势最低。现有一正点电荷从处由静止释放，其只在电场力作用下运动。下列说法中正确的是（　　） A．点电荷带正电、带负电 B．处的电场强度为0 C．点电荷所带电荷量大小之比为 D．正点电荷沿轴正方向运动的过程中，电势能先大后减小 10．某光伏电站的核心部件由半导体材料制成。一半导体材料内部电场的电场强度E与位置x的关系如图所示，取O点的电势为零，则该电场中N点到P点的电势φ随位置x变化的图像可能为（　　） A． B． C． D． 11．如图（a）所示，有一电荷均匀分布的固定绝缘细圆环，圆心为O，轴线上的电场强度和电势分布如图（b）（c）所示。现有一带负电的粒子（重力不计）以初速度v0沿轴线由P运动到Q，OP＝OQ＝L。关于粒子由P运动到Q的过程分析，下列说法正确的是（　　） A．粒子一直加速 B．静电力对粒子做功不为0 C．粒子所受静电力先增大后一直减小 D．粒子经Q点后可能在某处返回，也可能一直沿x轴正向运动 12．如下图，真空中有两个点电荷，Q1为、Q2为，分别固定在x轴的坐标为0和6cm的位置上。下列有关描述正确的是：（　　） A．图甲是x轴上（6，∞）之间各点电场强度随x变化图像 B．图乙是x轴上（0，6）之间各点电场强度随x变化图像 C．图丙是x轴上（0，6）之间各点电势随x的变化图像 D．图丁是x轴上（6，∞）之间各点电势随x的变化图像 13．如图所示，平行金属板A、B水平正对放置，A板中心有一小孔（小孔对电场的影响可忽略不计）。闭合开关后，将质量为m、电荷量为q的带电微粒从小孔正上方的M点由静止释放，微粒穿过A板上的小孔后，刚好能到达靠近B板的N点。A、B两板的间距和M点到A板的距离均为d，重力加速度大小为g，两板间电场可视为匀强电场，不考虑空气阻力。下列说法正确的是（  ） A．微粒带负电 B．微粒从M点到N点的过程中，电势能增加了 C．微粒从M点到N点的过程中，重力势能增加了 D．A，B两板间匀强电场的电场强度大小为 14．如图所示，在匀强电场中有一虚线圆，ab和cd是圆的两条直径，其中ab与电场方向的夹角为60°，ab=0.2m，cd与电场方向平行，已知a、b两点的电势差Uab=20V，a点电势φa=10V。求： (1)b点的电势φb； (2)匀强电场的电场强度E； (3)cd间的电势差Ucd； (4)一电荷量q为1.0×10-14C、质量m为2.0×10-15kg的正电荷由c静止运动到d时的速度vd。 15．如图所示，匀强电场方向与等腰所在平面平行，为三角形的三个顶点，，将电量大小为的正点电荷从移到点，静电力做功，从移到点，克服静电力做功，求：    (1)间的电势差和间的电势差； (2)若点电势，求点的电势； (3)匀强电场的电场强度的大小。 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 《专题02 静电场中的能量——专项训练》参考答案： 1．B 【详解】AB．电场强度的方向就是电势降落最快的方向，故A错误、B正确； C．粒子的动能与粒子的质量和速度有关，粒子在电势高的地方，速度可以很小，则动能也很小，粒子在电势低的地方，速度可以很大，则动能也很大，故C错误； D．根据 可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，故 D错误。 故选B。 2．D 【详解】AB．由题意知，φA=5V、φB=-5V、φC=15V，则BC连线的中点D的电势为 即 故AD为一条等势线。根据电场线与等势线垂直，可知场强的方向垂直于AD连线斜向下，故AB错误； CD．场强的大小为，故C错误，D正确。 故选D。 3．BC 【详解】AB．根据沿电场线方向电势逐渐降低可知，；根据图中电场线的疏密程度可知，，故A错误，B正确； C．将＋q电荷从A点移到B点，则有 可知电场力做正功，故C正确； D．根据，，可知将－q电荷分别放在A、B两点时具有的电势能，故D错误。 故选BC。 4．D 【详解】D．粒子受到斥力作用，从a运动到b、再运动到c的过程中，电场力先做负功后做正功，由于a与c在同一等势线上，则电场力总功为零，故D正确； A．根据动能定理，动能先减小，后增大，故A错误； B．根据电场力做功特点可知电势能先增大，后减小，故B错误； C．根据点电荷周围电场的特点可知，距离原子核近的地方电场强度大，故越靠近原子核加速度越大，因此α粒子加速度先变大，后变小，故C错误。 故选D。 5．B 【详解】A．在图像的斜率绝对值等于电场力的大小，可知在处电场力为零，电场强度为零，故A错误； B．由图可知，质子从O到的过程中，电势能减少，电场力做正功，电场力所做的功等于电势能的减少量，即 根据动能定理可得 代入数据解得，故B正确； C．由图可知，质子在O、、、的电势能关系为 因此质子在O、、、的电势关系为，故C错误； D．由题可知，质子在电场中的总能量为 根据能量守恒可知，由于质子在的电势能为7eV，此时质子的动能为零，但由于质子受到的电场力不为零，质子不会停在处，只是在该点的速度为零，故D错误。 故选B。 6．C 【详解】AB．处场强方向沿x轴正方向，根据沿着电场方向电势降低，可知处电势最高，且从处到处电势逐渐降低，所以x2和x4处电势不相等，故AB错误； C．根据 可知，E-x图线与x轴所围的面积表示电势差，则、两点之间的电势差可以用S表示，根据动能定理可得正电荷由静止释放仅在电场力作用下运动到时的动能，故C正确； D．正点电荷由静止释放仅在电场力作用下运动到的过程中电场力始终做正功，所以电势能一直减小，故D错误。 故选C。 7．B 【详解】A．由于等势线在水平方向，O点电势高于c点，根据电场线与等势线垂直，而且由高电势指向低电势，可知电场方向竖直向下，根据粒子的轨迹可判断出N粒子所受的电场力方向竖直向上，M粒子所受的电场力方向竖直向下，故知M粒子带正电，N带负电，故A错误； B．由动能定理可知，N在a点的速度与M在c点的速度大小相等，故B正确； C．N从O点运动至a点的过程中电场力与速度的夹角为锐角，电场力做正功，故C错误； D．O、b间电势差为零，由动能定理可知M从O点运动至b点的过程中，电场力对它先做负功再做正功，做的总功为零，故D错误。 故选B。 8．C 【详解】A．等量异种点电荷的电场具有对称性，F点与E点关于AD连线的中垂线对称。根据电场强度的叠加原理，F点与E点的电场强度大小相等，方向不同，所以F点与E点的电场强度不同，故A错误； B．沿着电场线方向电势逐渐降低，等量异种点电荷的电场中，正电荷附近电势高，负电荷附近电势低。从图中可以看出，F点更靠近正电荷，点更靠近负电荷，所以F点的电势高于点的电势，故B错误； C．O和的连线是等量异种点电荷的中垂线，等量异种点电荷的中垂线是等势线，电子在等势线上移动时，电场力不做功，电势能不变，故C正确； D．质子带正电，点更靠近正电荷，电势高，点更靠近负电荷，电势低。将质子由点沿直线移动到点，是从高电势向低电势移动，所以电场力做正功，故D错误。 故选C。 9．C 【详解】A．根据电势变化情况可知，自区域从左至右电势先降低后升高，所以场强方向先沿轴正方向后沿轴负方向，可知电荷带负电，电荷带正电，故A错误； B．在图像中，斜率绝对值表示电场强度大小，在处的图像斜率绝对值不为零，则电场强度也不为零，故B错误； C．处图像斜率为零，电场强度为0，则满足 则电荷、所带电量大小之比为，故C正确； D．正电荷从处由静止释放，正电荷会向电势低的方向运动，正电荷沿轴正方向运动的过程中，电势先降低后升高，由于电势能 因此正电荷的电势能先减小后增大，故D错误。 故选C。 10．C 【详解】ABC．根据 电势φ随位置x变化的图像的斜率表示电场强度。 沿着x轴正方向电场强度先增大后减小，电势φ随位置x变化的图像的斜率先增大后减小。C正确，AB错误； D．从N点到P点，电场强度均为正值，电场强度的方向不变，所以电势φ随位置x变化的图像斜率的方向不变，D错误。 故选C。 11．D 【详解】A．由图（c）可知，段电场强度向左，段电场强度向右，因粒子带负电，故粒子在段所受电场力向右，做加速运动，在段所受电场力向左，做减速运动，故A错误； BD．由图（c）可知，、两点电势相等，粒子在、两点电势能相等，故静电力对粒子做功为0，根据动能定理可知，粒子经过Q点时速度向右，大小为，若小于粒子由点到无穷远处克服电场力做的功，粒子经Q点后会在某处返回，若大于或等于粒子由点到无穷远处克服电场力做的功，粒子经Q点后会一直沿x轴正向运动，故B错误，D正确； C．由图（b）可知，由到电场强度先增大后减小，再增大再减小，故粒子所受静电力先增大后减小，再增大再减小，故C错误。 故选D。 12．AD 【详解】A．分析可知场强为0的点应在横坐标为6cm的右侧，设其坐标为d，则有 代入题中数据，解得 在6cm右侧场强 可知场强随着x增大而先减小后增大再减小，方向先沿x轴负方向后沿x轴正方向，故A正确； B．在两电荷之间有 可知场强随着x增大先减小后增大，分析可知时场强最小，与乙图场强图线不符，故B错误； C．分析可知在两电荷之间有电势为0的点，设其坐标为L，则有 代入题中数据，解得 该点与丙图电势为0的坐标不符，故C错误； D．分析可知在横坐标为6cm的右侧有电势为0的点，设其坐标为H，则有 代入题中数据，解得 则6cm右侧电势 可知随着x增大，电势先从负值增大到0后继续增大为正值，最后再减小，故D正确。 故选AD。 13．BD 【详解】BC．微粒从M点到N点的过程中，重力势能转化为电势能，微粒的重力势能减小了，电势能增加了，故B正确，C错误； A．分析微粒的运动可知，微粒先做自由落体运动，后做减速运动，显然微粒在电场中受到的电场力方向竖直向上，和电场方向一致，则微粒带正电，故A错误； D．根据运动的对称性可知，微粒在电场中运动的加速度大小等于重力加速度大小g，根据牛顿第二定律有 则A、B两板间匀强电场的电场强度大小 故D正确。 故选BD。 14．(1)-10V (2)200V/m (3)40V (4)20m/s 【详解】（1）根据电势差的定义可得 解得 （2）根据 可得电场强度的大小 （3）cd间的电势差为 （4）电荷由c运动到d，根据动能定理可得 解得 15．(1)4V，-4V (2)-4V (3)200V/m 【详解】（1）根据静电力做功与电势差的关系有， 解得， （2）根据间的电势差 C点电势，所以 得 （3）由于，则AC两点电势相等，过B点做AC的垂线为电场线，根据电场强度与电势差的关系 解得 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 $