高中物理单元测试——第2章电势能与电势差（较难版02）

高中物理单元测试 —— 第2章 电势能与电势差（较难版02）（原卷版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）下列物理量中，为了反映电场的能的性质而引入的物理量是（　　） A．电场强度 B．电场力 C．电荷量 D．电势 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）如图所示，在正电荷周围电场的等差等势面上有A、B、C、D四点，以下运动过程中，静电力对同一试探电荷做功最多的是（　　） A．由A到B B．由A到C C．由B到D D．由C到D 4．（本题4分）下列关于等势面的说法中，正确的是（     ） A．同一电场中的两个等势面可能相交 B．等势面与电场线一定垂直，电场线由低电势指向高电势 C．电荷在等势面上移动时，电场力不做功 D．匀强电场中的等势面是一系列不平行的平面 5．（本题4分）如图所示为某汽车用的超级电容器，规格为“90V，1000F”，最大放电电流为，漏电电流为，汽车启动时所需要的打火电压不得低于。该超级电容器充满电后（　　） A．储存的电能为 B．以最大放电电流放电能持续的时间为 C．汽车停放100天后将不能正常打火启动 D．所储存电荷量可达“”充电宝的10倍 6．（本题4分）如图所示，匀强电场平行于平面坐标系，矩形的顶点和均落在轴上，顶点在轴上，，A、B、C三点的电势分别为、、，则匀强电场的电场强度大小为（　　） A． B． C． D． 7．（本题4分）如图a所示，x轴上AB为某电场中的一条直电场线，x轴为位移正方向，A点在坐标原点O上，某带电粒子仅在电场力作用下从t＝0时刻开始经A点沿直线向B点运动，其速度的平方v2与位移x的数学关系图像如图b所示，下列说法中正确的是（　　） A．沿电场线方向场强减小 B．A点的电势低于B点的电势 C．t＝2s时粒子的速度为0 D．粒子在A点的电势能大于在B点的电势能 二、多选题 8．（本题6分）图是电池与某平行板电容器组成的串联电路。电路稳定后，下列操作能使该电容器的电荷量增大的是（   ） A．仅减小两极板之间的距离 B．仅减小两极板的正对面积 C．仅在两极板之间插入玻璃板 D．仅在两极板之间插入金属板 9．（本题6分）如图为雷雨天时带电云层和房顶上避雷针之间形成的电场，图中虚线为该电场中的三条等差等势线，实线为某带负电的粒子的运动轨迹，A、B为运动轨迹上的两点，A、B两点的电场强度分别为EA、EB，电势分别为、。不计粒子的重力，则（　　） A．， B．， C．带电粒子在A点的动能小于在B点的动能 D．带电粒子在A点的电势能小于在B点的电势能 10．（本题6分）反射式速调管是常用的微波器件之一，它利用电子团在电场中的振荡来产生微波，其振荡原理可简化为下述过程，已知静电场的方向平行于x轴，电子从处静止释放，仅在静电力作用下在x轴上往返运动，其电势能随x的变化如图所示。已知电子质量、电荷量。则（     ） A．x轴上O点左侧的电场强度方向与x轴正方向同向 B．x轴上O点左侧的电场强度 C．电子在处的动能为 D．电子运动的周期 三、实验题 11．（本题6分）下图是某实验小组为了定性探究平行板电容器的电容与其结构之间的关系装置图。充电后与电源断开的平行板电容器的A板与静电计相连，B板和静电计金属壳都接地，A板通过绝缘柄固定在铁架台上，人手通过绝缘柄控制B板的移动。请回答下列问题： (1)本实验采用的科学方法是______ A．理想实验法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．建立物理模型法 (2)在该实验中，静电计的作用是______ A．测定该电容器的电荷量 B．测定该电容器两极的电势差 C．测定该电容器的电容 D．测定A、B两板之间的电场强度 (3)在实验中观察到的现象是______ A．甲图中的手水平向左移动时，静电计指针的张角变大 B．甲图中的手水平向左移动时，静电计指针的张角不变 C．乙图中的手竖直向上移动时，静电计指针的张角变小 D．丙图中的手不动，而向两板间插入陶瓷片时，静电计指针的张角变小 12．（本题9分）用如图1所示的电路来探究电容器的充、放电过程，电源的电动势E未知，内阻已知为r，平行板电容器的电容已知为C，定值电阻的阻值R未知，回答下列问题。 (1)合上开关S1，（S2未合上），稳定后，电压传感器的示数为U1，则E______（选填“＞”“=”或“＜”）U1。 (2)再合上开关S2，电流传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的图像如图2所示，说明规定电流沿顺时针方向为______（选填“正”或“负”），电容器在放电的过程中，电流的变化率______（选填“越来越小”或“越来越大”）。 (3)接第（1）、（2）问，合上开关S2稳定后电压传感器的示数为U2，则图2阴影部分面积的绝对值为______，定值电阻的阻值为______。（结果均用题中已知量表示） 四、解答题 13．（本题10分）如图所示，匀强电场中一带负电的粒子在恒力F作用下从A到B做匀速直线运动，已知AB距离，恒力，F与AB的夹角，电荷量，A点的电势，不计粒子的重力，。求： (1)匀强电场的电场强度E； (2)AB间电势差及B点的电势。 14．（本题13分）如图所示，一质量m=2.0×10-2kg、电荷量q=+1.0×10-3C的粒子在匀强电场中运动，电场强度E=100V/m，方向沿y轴负方向。粒子在O点动能为1.0J，速度与x轴正方向夹角为。粒子再次经过x轴的位置记为a点。取粒子在O点时的电势能为零，不计粒子的重力。求 (1)0、a两点间的距离； (2)粒子从O点到a点的过程中，最大电势能的值。 15．（本题16分）如图甲所示，真空中竖直放置中心带有小孔O、的平行金属板A、B，板间电压为U，电场方向水平向右。C、D是水平放置的平行金属板，，板长和板间距均为L，连线的延长线与金属板C、D距离相等。从O点由静止释放质量为m、电量为的带电粒子不计粒子的重力。求： (1)粒子刚进入偏转电场时速度大小； (2)粒子射出偏转电场时偏转角的正切值； (3)如图乙，取走金属板A、B，在C、D左边界处放置一线状粒子源、可向两极板间持续不断水平向右发射速度为、质量为m、电荷量为的粒子，形成均匀分布的粒子流。在距离金属板右侧L处竖直放置一长度为L的荧光屏，其上端与金属板下极板处于同一水平线上。不计粒子间相互作用，求能打到荧光屏上的粒子数占粒子源发射粒子总数的百分比。 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2章 电势能与电势差（较难版02）（解析版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）下列物理量中，为了反映电场的能的性质而引入的物理量是（　　） A．电场强度 B．电场力 C．电荷量 D．电势 【答案】D 【详解】为了反映电场的能的性质而引入的物理量是电势。 故选D。 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）如图所示，在正电荷周围电场的等差等势面上有A、B、C、D四点，以下运动过程中，静电力对同一试探电荷做功最多的是（　　） A．由A到B B．由A到C C．由B到D D．由C到D 【答案】A 【详解】A在第2个等势面（从中心向外数），B在最外侧第4个等势面，间隔2个等差间隔，电势差为 A在第2个等势面，C在第3个等势面，间隔1个等差间隔，电势差为 B在第4个等势面，D在第3个等势面，间隔1个等差间隔，电势差 C、D在同一个等势面，电势差 根据可知由A到B过程中，静电力做功最多。 故选A。 4．（本题4分）下列关于等势面的说法中，正确的是（     ） A．同一电场中的两个等势面可能相交 B．等势面与电场线一定垂直，电场线由低电势指向高电势 C．电荷在等势面上移动时，电场力不做功 D．匀强电场中的等势面是一系列不平行的平面 【答案】C 【详解】A．等势面是电势相等的点构成的面，同一电场中不同等势面若相交，则交点处将同时具有两个不同电势，这与电势的唯一性矛盾，故A错误； B．等势面与电场线一定垂直，但沿电场线方向电势降低，所以电场线由高电势指向低电势，故B错误； C．电荷在等势面上移动时，初末位置电势相等，根据电场力做功与电势差的关系有 由于，解得，故C正确； D．匀强电场中电场线为一组平行直线，等势面与电场线垂直，所以等势面是一系列相互平行的平面，故D错误。 故选C。 5．（本题4分）如图所示为某汽车用的超级电容器，规格为“90V，1000F”，最大放电电流为，漏电电流为，汽车启动时所需要的打火电压不得低于。该超级电容器充满电后（　　） A．储存的电能为 B．以最大放电电流放电能持续的时间为 C．汽车停放100天后将不能正常打火启动 D．所储存电荷量可达“”充电宝的10倍 【答案】C 【详解】A．根据规格可知，充满电时电荷量 储存的电能为，故A错误； B．放电电流为，忽略漏电电流，放电能持续的时间，故B错误； C．汽车停放刚好100天时电容器储存的剩余电荷量为 电容器的电压为 不能正常打火启动，故C错误； D．“”充电宝的电荷量为 故，故D错误。 故选C。 6．（本题4分）如图所示，匀强电场平行于平面坐标系，矩形的顶点和均落在轴上，顶点在轴上，，A、B、C三点的电势分别为、、，则匀强电场的电场强度大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】AC中点的电势为 所以AC中点、B点、D点为等势点，等势线与电场线垂直，沿着电场线电势逐渐降低。因为BD为一条等势线，所以匀强电场方向为平行于x轴，沿着 x轴负方向，根据匀强电场电场强度的表达式可得 故选A。 7．（本题4分）如图a所示，x轴上AB为某电场中的一条直电场线，x轴为位移正方向，A点在坐标原点O上，某带电粒子仅在电场力作用下从t＝0时刻开始经A点沿直线向B点运动，其速度的平方v2与位移x的数学关系图像如图b所示，下列说法中正确的是（　　） A．沿电场线方向场强减小 B．A点的电势低于B点的电势 C．t＝2s时粒子的速度为0 D．粒子在A点的电势能大于在B点的电势能 【答案】C 【详解】A．匀变速直线运动的位移速度公式为 速度的平方v2与位移x的是线性关系，所以粒子在电场中做匀减速直线运动，即加速度恒定，根据牛顿第二定律，粒子受到的电场力恒定，所以电场是匀强电场。A错误； B．由于粒电性无法确定，所以电场方向无法确定，电势高低就无法确定。B错误； C．由图像可知，初速度及加速度分别为 ， 根据速度公式得速度为零时，时间为 C正确； D．有图像可知，电场力做负功，电势能增加。粒子在A点的电势能小于在B点的电势能。D错误。 故选C。 二、多选题 8．（本题6分）图是电池与某平行板电容器组成的串联电路。电路稳定后，下列操作能使该电容器的电荷量增大的是（   ） A．仅减小两极板之间的距离 B．仅减小两极板的正对面积 C．仅在两极板之间插入玻璃板 D．仅在两极板之间插入金属板 【答案】ACD 【详解】A．平行板电容器的电容 由题知，U不变。仅减小两极板之间的距离d，该电容器的电容C增大，电荷量Q增大，故A正确； B．仅减小两极板的正对面积S，该电容器的电容C减小，电荷量Q减小，故B错误； C．仅在两极板之间插入玻璃板，ε增大，该电容器的电容C增大，电荷量Q增大，故C正确； D．仅在两极板之间插入金属板，相当于减小两极板之间的距离d，该电容器的电容C增大，电荷量Q增大，故D正确。 故选ACD。 9．（本题6分）如图为雷雨天时带电云层和房顶上避雷针之间形成的电场，图中虚线为该电场中的三条等差等势线，实线为某带负电的粒子的运动轨迹，A、B为运动轨迹上的两点，A、B两点的电场强度分别为EA、EB，电势分别为、。不计粒子的重力，则（　　） A．， B．， C．带电粒子在A点的动能小于在B点的动能 D．带电粒子在A点的电势能小于在B点的电势能 【答案】BC 【详解】AB．带负电粒子做曲线运动，受力指向内侧，B点电势大于A点电势，等差等势线越密集，电场越强，B点场强大于A点场强，故B正确，A错误； CD．从A到B，电场力做正功，电势能减小，动能增大，粒子在A点的电势能大于在B点的电势能，在A点的动能小于在B点的动能，故C正确，D错误。 故选BC。 10．（本题6分）反射式速调管是常用的微波器件之一，它利用电子团在电场中的振荡来产生微波，其振荡原理可简化为下述过程，已知静电场的方向平行于x轴，电子从处静止释放，仅在静电力作用下在x轴上往返运动，其电势能随x的变化如图所示。已知电子质量、电荷量。则（     ） A．x轴上O点左侧的电场强度方向与x轴正方向同向 B．x轴上O点左侧的电场强度 C．电子在处的动能为 D．电子运动的周期 【答案】BD 【详解】A．根据 O点左侧增大时减小，斜率，因此电场力，即电场力沿正方向；电子带负电，电场强度方向与负电荷受力方向相反，因此O点左侧电场强度沿负方向，故A错误； B．O点左侧电场强度大小： ，故B正确； C．电子初始静止在，此处，总能量 因此 O点右侧随变化关系为 代入得 因此，故C错误； D．电子做匀变速运动，在匀加速，加速度 由，，得。 匀减速，电场强度 加速度 由 得。 是的逆运动，时间为，是的逆运动，时间为，故总周期，故D正确。 故选BD。 三、实验题 11．（本题6分）下图是某实验小组为了定性探究平行板电容器的电容与其结构之间的关系装置图。充电后与电源断开的平行板电容器的A板与静电计相连，B板和静电计金属壳都接地，A板通过绝缘柄固定在铁架台上，人手通过绝缘柄控制B板的移动。请回答下列问题： (1)本实验采用的科学方法是______ A．理想实验法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．建立物理模型法 (2)在该实验中，静电计的作用是______ A．测定该电容器的电荷量 B．测定该电容器两极的电势差 C．测定该电容器的电容 D．测定A、B两板之间的电场强度 (3)在实验中观察到的现象是______ A．甲图中的手水平向左移动时，静电计指针的张角变大 B．甲图中的手水平向左移动时，静电计指针的张角不变 C．乙图中的手竖直向上移动时，静电计指针的张角变小 D．丙图中的手不动，而向两板间插入陶瓷片时，静电计指针的张角变小 【答案】(1)C (2)B (3)AD 【详解】（1）本实验中要控制一些物理量不变，然后再得出电容器电容C的决定因素；故采用的是控制变量法。 故选C。 （2）该实验中，静电计的作用是测定电容器两极之间的电势差。 故选B。 （3）根据， AB．甲图中的手水平向左移动时，板间距离增大，根据可知电容器电容减小，电容器电荷量保持不变，根据可知电容器电压增大，所以静电计指针的张角变大，故A正确，B错误； C．乙图中的手竖直向上移动时，极板正对面积减小，电容器电容减小，电容器电荷量保持不变，则电容器电压增大，所以静电计指针的张角变大，故C错误； D．丙图中的手不动，而向两板间插入陶瓷片时，可知电容器电容增大，电容器电荷量保持不变，则电容器电压减小，所以静电计指针的张角变小，故D正确。 故选AD。 12．（本题9分）用如图1所示的电路来探究电容器的充、放电过程，电源的电动势E未知，内阻已知为r，平行板电容器的电容已知为C，定值电阻的阻值R未知，回答下列问题。 (1)合上开关S1，（S2未合上），稳定后，电压传感器的示数为U1，则E______（选填“＞”“=”或“＜”）U1。 (2)再合上开关S2，电流传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的图像如图2所示，说明规定电流沿顺时针方向为______（选填“正”或“负”），电容器在放电的过程中，电流的变化率______（选填“越来越小”或“越来越大”）。 (3)接第（1）、（2）问，合上开关S2稳定后电压传感器的示数为U2，则图2阴影部分面积的绝对值为______，定值电阻的阻值为______。（结果均用题中已知量表示） 【答案】(1)= (2) 正 越来越小 (3) 【详解】（1）合上开关S1、S2未合上且电路稳定后，电路中几乎没有持续电流，电源内阻r上的电压降为0，此时电容器两端的电压等于电源的电动势 E，而电压传感器测量的就是电容器两端的电压 U1，所以E=U1。 （2）[1][2]再合上S2后，电容器两端电压等于R两端电压，所以电容器两端电压减小，开始放电，此时电流沿逆时针方向流动，而图2中初始放电电流为-I0，说明规定电流沿顺时针方向为正方向，逆时针的放电电流就显示为负值。I-t图像的斜率代表电流的变化率，从图2可以看出曲线逐渐变得平缓，斜率的绝对值不断减小，说明电容器放电过程中，电流的变化率越来越小。 （3）[1][2]I-t图像与时间轴围成的面积代表过程中移动的总电荷量。电容器放电前带电量为Q1=CU1 放电稳定后带电量为Q2=CU2 因此放电过程中释放的总电荷量为 也就是图2阴影部分面积的绝对值。 合上S2稳定后，电阻 R与电源内阻r串联。电容器所在的电路中的电流为0。此时电压传感器测量的电压是R两端电压，根据闭合电路欧姆定律，有 其中 又有 联立可得定值电阻R的阻值为 四、解答题 13．（本题10分）如图所示，匀强电场中一带负电的粒子在恒力F作用下从A到B做匀速直线运动，已知AB距离，恒力，F与AB的夹角，电荷量，A点的电势，不计粒子的重力，。求： (1)匀强电场的电场强度E； (2)AB间电势差及B点的电势。 【答案】(1)，方向与F方向相同 (2)600V， 【详解】（1）匀速直线运动，粒子受电场力与恒力F大小相等，方向相反。由平衡有 解得 方向与F方向相同。 （2）由电势差与电场强度的关系有 由电场方向可知，则 解得B点的电势 14．（本题13分）如图所示，一质量m=2.0×10-2kg、电荷量q=+1.0×10-3C的粒子在匀强电场中运动，电场强度E=100V/m，方向沿y轴负方向。粒子在O点动能为1.0J，速度与x轴正方向夹角为。粒子再次经过x轴的位置记为a点。取粒子在O点时的电势能为零，不计粒子的重力。求 (1)0、a两点间的距离； (2)粒子从O点到a点的过程中，最大电势能的值。 【答案】(1)10m；(2)0.75J 【详解】(1)电场强度沿y轴负方向，x轴为等势线，则有 Uoa=0，Eko=Eka 以x、y轴正向为正方向，由 Eko=mvo2 可得 vo=va=10m/s 沿x轴方向的分量 vx=vocos60°=5m/s 沿y轴方向的分量 vy=vosin60°=5m/sy轴方向由动量定理可得 -qE·t=(-mvy)-mvy 解得 t=2s 再由x轴方向匀速运动可得 xoa=vx·t=10m (2)粒子从O点运动到a点的过程中，vx不变，vy先减小后增大，当vy=0时粒子最小速度 vmin=vx=5m/s 因为粒子只受电场力，所以减少的动能等于增加的电势能，则有 Eko-Ekm=Epm-0 解得 Epm=0.75J 15．（本题16分）如图甲所示，真空中竖直放置中心带有小孔O、的平行金属板A、B，板间电压为U，电场方向水平向右。C、D是水平放置的平行金属板，，板长和板间距均为L，连线的延长线与金属板C、D距离相等。从O点由静止释放质量为m、电量为的带电粒子不计粒子的重力。求： (1)粒子刚进入偏转电场时速度大小； (2)粒子射出偏转电场时偏转角的正切值； (3)如图乙，取走金属板A、B，在C、D左边界处放置一线状粒子源、可向两极板间持续不断水平向右发射速度为、质量为m、电荷量为的粒子，形成均匀分布的粒子流。在距离金属板右侧L处竖直放置一长度为L的荧光屏，其上端与金属板下极板处于同一水平线上。不计粒子间相互作用，求能打到荧光屏上的粒子数占粒子源发射粒子总数的百分比。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）粒子在加速电场中，根据动能定理，有 解得 （2）在偏转电场中，粒子水平方向做匀速直线运动，有 粒子在偏转电场中的加速度为 粒子在竖直方向上的末速度为 则粒子射出偏转电场时偏转角的正切值为 联立解得 （3）由第（2）问可知，粒子射出偏转电场时的偏转量为 则离板进入的粒子刚好从板下边缘出射，沿出射速度做匀速直线运动打至荧光屏上，此时水平方向的位移为，则从出射打至荧光屏上的时间为 竖直方向的速度为 离荧光屏上边缘的距离 联立解得 由于粒子从粒子源均匀分布射出后运动一样，因此离板处的粒子刚好打到荧光屏的上边缘，故打到荧光屏上的粒子数占粒子源发射粒子总数的百分比 解得 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 $