第一章 静电场的描述、第二章 静电场的应用 能力提升卷-2026-2027学年高二上学期物理粤教版必修第三册

**基本信息** 粤教版高二物理必修三静电场单元能力提升卷，聚焦电场描述与应用核心知识，以指纹传感器、流式细胞仪等科技情境为载体，适配单元复习，强化物理观念与科学思维。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |单选|7/28|库仑定律、电容、电场线分布|结合指纹传感器考查电容影响因素，体现科学情境真实性| |多选|3/18|夸克电荷、匀强电场力学综合|以夸克模型、等量异种电荷电场线设计选项，强化科学推理| |实验题|2/15|验电器原理、电容器充放电|富兰克林验电器实验结合库仑力计算，培养科学探究能力| |解答题|3/39|带电粒子偏转、电势差计算|流式细胞仪、CT扫描情境下的电场应用，突出模型建构与创新应用|

粤教版高二物理必修三《第一章 静电场的描述、第二章 静电场的应用》能力提升卷 时间：75分钟，满分：100分 班级 姓名 学号 成绩 第I卷（选择题，共46分） 1、 单项选择题：（本题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求）。 1．两个相同的金属小球，电荷量分别为和，相距一定距离时，相互作用力大小为。若把它们接触一下后，再放回原处，它们的相互作用力大小变为（　　） A． B． C． D． 2．如图所示，指纹传感器在一块半导体基板上有大量相同的小极板，外表面绝缘。当手指的指纹一面与绝缘表面接触时，由于指纹凸凹不平，凸点处与凹点处分别与半导体基板上的小极板形成一个个正对面积相同的电容器，若每个电容器的电量保持不变，则（　　） A．指纹的凸点处与极板距离远，电容小 B．指纹的凹点处与极板距离远，电容大 C．手指挤压绝缘表面，极板电压减小 D．手指挤压绝缘表面，极板电压增大 3．如图是某种静电推进装置的原理图，发射极与吸极接在高压电源两端，两极间产生强电场，虚线为等势面且相邻等势面的电势差相等。在强电场作用下，一带电液滴从发射极加速飞向吸极，是其路径上的两点，不计液滴重力，下列说法正确的是（　　） A．液滴带正电，点电场强度比点大 B．液滴带正电，点电场强度比点大 C．液滴带负电，点电场强度比点大 D．液滴带负电，点电场强度比点大 4．一正点电荷只受静电力作用，从静电场中的点由静止释放。在它沿直线运动到点的过程中，动能随位移变化的关系图像如图所示。该电场的电场线分布应是（　　） A． B． C． D． 5．绝缘泡沫板上安装有一绝缘支架，支架一端通过丝线悬吊着一个金属球。现通过接触使金属球带上一定量的负电，然后在小球下方（戴上绝缘手套）不断叠放原本不带电的金属硬币，硬币始终未和小球接触，则下列说法正确的是（　　） A．丝线上的拉力保持不变 B．丝线上的拉力会不断减小 C．最上方的硬币会带正电 D．用不带绝缘手套的手触摸硬币，上方硬币所带电荷会消失 6．人因为衣服摩擦带正电，人和金属门把手之间有、两点，两点在同一条电场线上，点离门把手更近，则下列说法正确的是（ ） A． B．电场强度 C．有一正试探电荷，先后放在、两点，则电势能 D．手与门把手触碰时电子从门把手流向人手 7．如图甲所示，某多级直线加速器由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列，其中心轴线在同一直线上，序号为奇数和偶数的圆筒分别与图乙所示交变电源两极相连时，位于金属圆板序号为中央的电子，由静止开始加速电子通过圆筒间隙的时间不计，且忽略相对论效应，则() A.圆筒内部电场强度大小随序号增大而减小 B.电子在各圆筒中做匀加速直线运动 C.电子在各圆筒中运动的时间都为 D.各圆筒的长度之比可能为 二、多项选择题（本题共3小题，每小题6分，共18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） 8．按照现代的粒子理论，可以将粒子分为四大类：规范玻色子、希格斯玻色子、轻子和强子。质子和中子属于强子，强子是由更基本的粒子夸克组成。根据夸克理论，夸克有种，它们分别是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。它们的带电荷量为或，电荷量为元电荷。已知一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成。则下列说法正确的是（） A.上夸克的电荷量为 B.下夸克的电荷量为 C.上夸克的电荷量为 D.下夸克的电荷量为 9．如图所示，在沿水平方向的匀强电场中有一固定点O，用一根长度为L=0.4m的绝缘线把质量为m=0.20kg，带有q=6.0×10-4C正电荷的金属小球悬挂在O点，小球静止于B点时细线与竖直方向的夹角为θ=37°，将小球拉至位置A使细线水平后由静止释放，已知A、C两点分别为细线悬挂小球的水平和竖直位置（g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8），求（　　） A．该匀强电场的场强为2.5×103N/C B．小球通过最低点C时的速度v0大小为2 C．小球通过最低点C时，细线对小球拉力F的大小为3N D．小球从位置A到位置C的过程中电势能增大 10．用电场线能很直观、很方便地比较电场中各点场强的强弱．如图甲是等量异种点电荷形成电场的电场线，图乙是场中的一些点：O是电荷连线的中点，E、F是连线中垂线上相对O对称的两点，B、C和A、D也相对O对称．则 A．B，C两点场强相同 B．A、D两点电势相等 C．B、O、F三点比较，B点场强最强 D．E、O、C三点比较，C点电势最低 三、实验题（共两小题，共15分） 11．（6分）富兰克林为研究雷电现象，设计了如图甲所示的装置。帽形金属钟A上面与较长的避雷针相接，下面用等长细导线悬挂两个金属小球，形成验电器D，帽形金属钟B接地，两钟之间有一个用绝缘丝线悬挂的金属小球C。不带电时三个金属小球均静止下垂。若带负电的云层靠近避雷针时，金属小球C会左右来回撞击A、B钟发出响声，同时看到验电器D上的两个金属小球张开一定角度。 (1)验电器D上的两个金属小球因带_______电（填“正”或“负”）而张开。 (2)如图乙，验电器D上的两个金属小球位置等高，质量均为m，相距为L，且可视作点电荷。悬线与竖直方向的夹角均为θ，已知重力加速度为g，静电常量为k，不考虑金属钟与小球间的作用力，求 （ⅰ）两球间的库仑力大小；______ （ⅱ）假设两个金属小球各带有相同的电荷量，求此电荷量的大小。______ 12．（9分）某物理兴趣小组的同学现在做观察电容器的充电、放电实验： (1)如图所示，平行板电容器的一个极板与静电计的金属杆相连，另一个极板与静电计金属外壳相连。给电容器充电后，静电计指针偏转一个角度。以下操作中，可以使静电计指针的偏转角度减小的是______。 A．向上平移B极板 B．向下平移B极板 C．向左平移B极板 D．向右平移B极板 (2)某同学用传感器做“观察电容器的充放电”实验，采用的实验电路如下图所示。将开关先与“1”端闭合，电容器进行______（选填“充电”或“放电”），稍后再将开关与“2”端闭合。 (3)下列四个图像，表示以上过程中，通过传感器的电流随时间变化的图像为______。 A． B． C． D． 四、解答题（本大题共3小题，共39分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案不能得分。有数据计算的题，答案中必须明确写出数值和单位） 13．（10分）流式细胞仪可对不同类型的细胞进行分类收集，其原理如图所示。仅含有一个A细胞或B细胞的小液滴从喷嘴喷出（另有一些液滴不含细胞），液滴质量均为。当液滴穿过激光束、充电环时被分类充电，使含A、B细胞的液滴分别带上正、负电荷，电荷量均为。随后，液滴以的速度竖直进入长度为的电极板间，板间电场均匀、方向水平向右，电场强度大小为。含细胞的液滴最终被分别收集在极板下方处的A、B收集管中。不计重力、空气阻力以及带电液滴间的作用。求： (1)含A细胞的液滴离开电场时偏转的距离； (2)A、B细胞收集管的间距。 14．（13分）如图所示，在匀强电场中，将电荷量为的点电荷从电场中的点移到点，静电力做了的功，再从点移到点，静电力做了的功。已知匀强电场的方向与所在的平面平行。 、两点间的电势差和、两点间的电势差分别为多少？ 如果规定点的电势为，则点的电势和该点电荷在点的电势能分别为多少？ 15.(16分)扫描是计算机射线断层扫描技术的简称，可用于对多种病情的探测。某种机原理示意图如图所示。、之间是加速电场，虚线框内为匀强偏转电场；经调节后电子从静止开始沿带箭头的实线所示的方向前进，打到水平圆形靶台上的中心点，产生射线。已知电子的质量为，电荷量为，、两端的电压为，偏转电场区域水平宽度为，竖直高度足够长，偏转电场的电场强度，靶台点到偏转电场右边界的水平距离为。不计电子的重力，不考虑电子间的相互作用及电子进入加速电场时的初速度，不计空气阻力。求： 电子刚进入偏转电场时的速度大小； 电子射出偏转电场时在竖直方向上的侧移量； 中电子束距离靶台的竖直高度。 学科网（北京）股份有限公司1 / 16 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 粤教版高二物理必修三《第一章 静电场的描述、第二章 静电场的应用》能力提升卷 时间：75分钟，满分：100分 班级 姓名 学号 成绩 第I卷（选择题，共46分） 1、 单项选择题：（本题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求）。 1．两个相同的金属小球，电荷量分别为和，相距一定距离时，相互作用力大小为。若把它们接触一下后，再放回原处，它们的相互作用力大小变为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【解析】接触前，两小球电荷量分别为 和 ，相互作用力大小为库仑力： 。接触后，两相同金属小球电荷先中和后均分：总电荷量为 ，均分后每个小球带电荷 。放回原处后，相互作用力大小为： 。故 。故选B。 2．如图所示，指纹传感器在一块半导体基板上有大量相同的小极板，外表面绝缘。当手指的指纹一面与绝缘表面接触时，由于指纹凸凹不平，凸点处与凹点处分别与半导体基板上的小极板形成一个个正对面积相同的电容器，若每个电容器的电量保持不变，则（　　） A．指纹的凸点处与极板距离远，电容小 B．指纹的凹点处与极板距离远，电容大 C．手指挤压绝缘表面，极板电压减小 D．手指挤压绝缘表面，极板电压增大 【答案】C 【解析】AB．根据可知，指纹的凸点处与极板距离近，电容大；指纹的凹点处与极板距离远，电容小，选项AB错误；CD．根据可知手指挤压绝缘表面，手指与极板间距减小，则电容C变大，电容器的电量保持不变，则根据可知，极板电压减小，选项C正确，D错误。故选C。 3．如图是某种静电推进装置的原理图，发射极与吸极接在高压电源两端，两极间产生强电场，虚线为等势面且相邻等势面的电势差相等。在强电场作用下，一带电液滴从发射极加速飞向吸极，是其路径上的两点，不计液滴重力，下列说法正确的是（　　） A．液滴带正电，点电场强度比点大 B．液滴带正电，点电场强度比点大 C．液滴带负电，点电场强度比点大 D．液滴带负电，点电场强度比点大 【答案】A 【解析】根据题意由图可知，发射极接正极，吸极接负极，则电场方向由发射极到吸极，一个带电液滴从发射极加速飞向吸极，可知电场力的方向和电场方向相同，则液滴带正电，等差等势线越密电场线越密，电场线越密电场强度越大，可知点电场强度大。故选A。 4．一正点电荷只受静电力作用，从静电场中的点由静止释放。在它沿直线运动到点的过程中，动能随位移变化的关系图像如图所示。该电场的电场线分布应是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【解析】由动能定理可知，图像的斜率表示静电力沿运动方向的分力，图像斜率恒定且动能随位移增大，说明静电力大小不变、方向由指向。正电荷所受静电力方向与电场方向相同，因此该处电场方向由指向且场强大小不变，电场线应为等间距的平行直线。故选A。 5．绝缘泡沫板上安装有一绝缘支架，支架一端通过丝线悬吊着一个金属球。现通过接触使金属球带上一定量的负电，然后在小球下方（戴上绝缘手套）不断叠放原本不带电的金属硬币，硬币始终未和小球接触，则下列说法正确的是（　　） A．丝线上的拉力保持不变 B．丝线上的拉力会不断减小 C．最上方的硬币会带正电 D．用不带绝缘手套的手触摸硬币，上方硬币所带电荷会消失 【答案】C 【详解】ABC．根据感应起电原理可知，最上方的硬币会带正电，硬币与小球相互吸引，丝线拉力变大，故AB错误，C正确；D．用不带绝缘手套的手触摸硬币，最上方硬币的始终带正电，故D错误。 6．人因为衣服摩擦带正电，人和金属门把手之间有、两点，两点在同一条电场线上，点离门把手更近，则下列说法正确的是（ ） A． B．电场强度 C．有一正试探电荷，先后放在、两点，则电势能 D．手与门把手触碰时电子从门把手流向人手 【答案】D 【解析】A．由于人手带正电，在门把手表面感应出负电荷，电场线由正电荷指向负电荷，故电场线由Q指向P，如图所示 沿电场线方向电势逐渐降低，有，故A错误； B．门把手表面为等势面，电场线垂直等势面，由于电场线密的地方电场强度大，有，故B错误； C．正试探电荷的电势能，结合可知，故C错误； D．人手与门把手触碰时，电子从门把手流向人手，与正电荷进行中和，故D正确。故选D。 7．如图甲所示，某多级直线加速器由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列，其中心轴线在同一直线上，序号为奇数和偶数的圆筒分别与图乙所示交变电源两极相连时，位于金属圆板序号为中央的电子，由静止开始加速电子通过圆筒间隙的时间不计，且忽略相对论效应，则() A.圆筒内部电场强度大小随序号增大而减小 B.电子在各圆筒中做匀加速直线运动 C.电子在各圆筒中运动的时间都为 D.各圆筒的长度之比可能为 【答案】D 【解析】金属圆筒中电场为零，电子不受电场力，做匀速运动，故AB错误；C.只有电子在每个圆筒中匀速运动时间为时，才能保证每次在缝隙中被电场加速，故C错误；D.电子进入第个圆筒时，经过次加速，根据动能定理，解得，第个圆筒长度，则各金属筒的长度之比为，故D正确。故选D。 二、多项选择题（本题共3小题，每小题6分，共18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） 8．按照现代的粒子理论，可以将粒子分为四大类：规范玻色子、希格斯玻色子、轻子和强子。质子和中子属于强子，强子是由更基本的粒子夸克组成。根据夸克理论，夸克有种，它们分别是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。它们的带电荷量为或，电荷量为元电荷。已知一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成。则下列说法正确的是（） A.上夸克的电荷量为 B.下夸克的电荷量为 C.上夸克的电荷量为 D.下夸克的电荷量为 【答案】AB 【解析】设上夸克的电荷量为，下夸克的电荷量为，由题意可得，，解得，，故选AB。 9．如图所示，在沿水平方向的匀强电场中有一固定点O，用一根长度为L=0.4m的绝缘线把质量为m=0.20kg，带有q=6.0×10-4C正电荷的金属小球悬挂在O点，小球静止于B点时细线与竖直方向的夹角为θ=37°，将小球拉至位置A使细线水平后由静止释放，已知A、C两点分别为细线悬挂小球的水平和竖直位置（g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8），求（　　） A．该匀强电场的场强为2.5×103N/C B．小球通过最低点C时的速度v0大小为2 C．小球通过最低点C时，细线对小球拉力F的大小为3N D．小球从位置A到位置C的过程中电势能增大 【答案】ACD 【详解】A．小球静止于B点时，根据平衡条件有，解得E=2.5×103N/C，故A正确；B．小球从A运动到C过程，根据动能定理有，结合上述解得，故B错误；C．小球在C点时，由小球所受重力和细线的合力提供向心力，则有，结合上述解得，故C正确；D．小球从A运动到C过程中电场力做负功，则电势能增大，故D正确。故选ACD。 10．用电场线能很直观、很方便地比较电场中各点场强的强弱．如图甲是等量异种点电荷形成电场的电场线，图乙是场中的一些点：O是电荷连线的中点，E、F是连线中垂线上相对O对称的两点，B、C和A、D也相对O对称．则 A．B，C两点场强相同 B．A、D两点电势相等 C．B、O、F三点比较，B点场强最强 D．E、O、C三点比较，C点电势最低 10．【答案】ACD 【详解】根据对称性看出，B、C两处电场线疏密程度相同，则B、C两点场强大小相同．这两点场强的方向均由B→C，方向相同，故A正确；根据对称性可知A、D两点电势的绝对值相等，A的电势为正值，D的电势为负值，故B错误；电场线越密，场强越大；电场线越疏，场强越小，由图看出，B、O、F三点比较，B点场强最强，故C正确；由图可知，E、O两点的电势均为零，C点的电势为负值，所以E、O、C三点比较，C点电势最低，故D正确．所以ACD正确，B错误． 三、实验题（共两小题，共15分） 11．（6分）富兰克林为研究雷电现象，设计了如图甲所示的装置。帽形金属钟A上面与较长的避雷针相接，下面用等长细导线悬挂两个金属小球，形成验电器D，帽形金属钟B接地，两钟之间有一个用绝缘丝线悬挂的金属小球C。不带电时三个金属小球均静止下垂。若带负电的云层靠近避雷针时，金属小球C会左右来回撞击A、B钟发出响声，同时看到验电器D上的两个金属小球张开一定角度。 (1)验电器D上的两个金属小球因带_______电（填“正”或“负”）而张开。 (2)如图乙，验电器D上的两个金属小球位置等高，质量均为m，相距为L，且可视作点电荷。悬线与竖直方向的夹角均为θ，已知重力加速度为g，静电常量为k，不考虑金属钟与小球间的作用力，求 （ⅰ）两球间的库仑力大小；______ （ⅱ）假设两个金属小球各带有相同的电荷量，求此电荷量的大小。______ 11．【答案】(1)负（2分） (2) （2分） （2分） 【详解】（1）根据异种电荷相互吸引、同种电荷相互排斥，可知若带负电的云层接近避雷针顶端时，避雷针顶端带正电，由静电感应规律可知，验电器D上的两个金属小球因带负电而张开。 （2）[1]根据平衡条件可得两球间的库仑力大小 [2]由库仑定律解得 12．（9分）某物理兴趣小组的同学现在做观察电容器的充电、放电实验： (1)如图所示，平行板电容器的一个极板与静电计的金属杆相连，另一个极板与静电计金属外壳相连。给电容器充电后，静电计指针偏转一个角度。以下操作中，可以使静电计指针的偏转角度减小的是______。 A．向上平移B极板 B．向下平移B极板 C．向左平移B极板 D．向右平移B极板 (2)某同学用传感器做“观察电容器的充放电”实验，采用的实验电路如下图所示。将开关先与“1”端闭合，电容器进行______（选填“充电”或“放电”），稍后再将开关与“2”端闭合。 (3)下列四个图像，表示以上过程中，通过传感器的电流随时间变化的图像为______。 A． B． C． D． 【答案】(1)D（3分） (2)充电（3分） (3)A（3分） 【解析】（1）电容器的带电量Q不变，静电计的指针偏角变小，则板间电势差U变小，根据 可知，电容C变大，根据可知，是由于两极板间的正对面积变大，或者两极板间的距离变小导致。故选D。 （2）将开关先与“1”端闭合，电容器与电源相连，电容器进行充电，再将开关与“2”端闭合，电容器进行放电。 （3）电容器在充电过程中，电流由最大逐渐减小，放电过程电流也是由最大逐渐减小，充电电流与放电电流方向相反。故选A。 四、解答题（本大题共3小题，共39分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案不能得分。有数据计算的题，答案中必须明确写出数值和单位） 13．（10分）流式细胞仪可对不同类型的细胞进行分类收集，其原理如图所示。仅含有一个A细胞或B细胞的小液滴从喷嘴喷出（另有一些液滴不含细胞），液滴质量均为。当液滴穿过激光束、充电环时被分类充电，使含A、B细胞的液滴分别带上正、负电荷，电荷量均为。随后，液滴以的速度竖直进入长度为的电极板间，板间电场均匀、方向水平向右，电场强度大小为。含细胞的液滴最终被分别收集在极板下方处的A、B收集管中。不计重力、空气阻力以及带电液滴间的作用。求： (1)含A细胞的液滴离开电场时偏转的距离； (2)A、B细胞收集管的间距。 【答案】(1) (2)0.11m 【解析】（1）由题意可知含A细胞的液滴在电场中做类平抛运动，垂直于电场方向则（1分） 沿电场方向（2分） 由牛顿第二定律（1分） 解得含A细胞的液滴离开电场时偏转的距离为（1分） （2）含A细胞的液滴离开电场后做匀速直线运动，则（2分） 则（1分） 联立解得（1分） 有对称性可知则A、B细胞收集管的间距（1分） 14．（13分）如图所示，在匀强电场中，将电荷量为的点电荷从电场中的点移到点，静电力做了的功，再从点移到点，静电力做了的功。已知匀强电场的方向与所在的平面平行。 、两点间的电势差和、两点间的电势差分别为多少？ 如果规定点的电势为，则点的电势和该点电荷在点的电势能分别为多少？ 【答案】、两点间的电势差为 (2分) B、两点间的电势差为 (2分) 如果规定点的电势为，则有 (2分) 可得点的电势为 (2分) 同理可知 (2分) 可得点的电势为 (1分) 则该点电荷在点的电势能为 (2分) 15.(16分)扫描是计算机射线断层扫描技术的简称，可用于对多种病情的探测。某种机原理示意图如图所示。、之间是加速电场，虚线框内为匀强偏转电场；经调节后电子从静止开始沿带箭头的实线所示的方向前进，打到水平圆形靶台上的中心点，产生射线。已知电子的质量为，电荷量为，、两端的电压为，偏转电场区域水平宽度为，竖直高度足够长，偏转电场的电场强度，靶台点到偏转电场右边界的水平距离为。不计电子的重力，不考虑电子间的相互作用及电子进入加速电场时的初速度，不计空气阻力。求： 电子刚进入偏转电场时的速度大小； 电子射出偏转电场时在竖直方向上的侧移量； 中电子束距离靶台的竖直高度。 【答案】（1）； （2） （3） 【详解】根据动能定理有 (2分) 解得电子刚进入偏转电场时的速度大小为 (2分) 电子在水平方向做匀速直线运动 (2分) 电子在竖直方向上做匀加速运动 (2分) 根据牛顿第二定律有 (2分) 联立解得 (2分) 电子在偏转电场内，由类平抛运动的推论，结合相似三角形得 (2分) 联立解得 (2分) 学科网（北京）股份有限公司1 / 16 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $