高中物理单元测试——第2章电势能与电势差（适中版01）

高中物理单元测试 —— 第2章 电势能与电势差（适中版01）（原卷版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）对电势概念的理解，下列说法正确的是（　　） A．电势是矢量 B．沿着电场线方向，各点电势逐渐升高 C．确定电场中某点的电势时，要先规定电势的零点 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）如图所示为某静电场等势面的分布，电荷量为1.6×10－9 C的正点电荷从A经B、C到达D点，则从A至D，静电力对电荷做的功为（     ） A．4.3×10－8 J B．－4.8×10－8 J C．8.0×10－8 J D．－8.0×10－8 J 4．（本题4分）如图所示，在与纸面平行的匀强电场中有a、b、c三点，其电势分别为、、，a、b、c三点的连线构成一等边三角形。下列图中箭头表示a点电场的方向，正确的是（　　） A． B． C． D． 5．（本题4分）如图所示，有一固定电容器的电容为4.7μF，额定电压为50V，下列说法正确的是（　　）    A．该电容器在额定电压下充电完成后所带的电荷量为 235μC B．该电容器在额定电压下充电完成后所带的电荷量为10.6×10⁶C C．实际充电电压降到40V，将使电容变小 D．实际充电电压降到40V，对电容能储存的电量没有影响 6．（本题4分）如图所示，在平面直角坐标系中，有方向平行于坐标平面的匀强电场，坐标系内有A、B、C三点，坐标分别为（0，1cm），（2cm，2cm），（2cm，0），O、A、B三点的电势分别为24V、20V、8V，现有一重力不计的电荷量为e的带电粒子从坐标原点O处以平行于坐标平面的速度v0垂直电场方向射入电场，恰好通过C点。下列说法正确的是（　　） A．粒子带正电 B．C点电势为12V C．粒子从O到C电势能增加了8eV D．电场强度大小为400V/m 7．（本题4分）如图所示，平行金属板接在电源两端。一个电子从点以速度沿垂直于极板方向射出，最远能到达点。现将右极板向右平移，使两极板间距离变为原来的2倍。再将电子从点以相同速度射出，最远到达点（图中没画出）。则（　　） A． B． C． D． 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．按键向下的过程中，电容器的电容增大 B．按键向下的过程中，电容器的带电量减小 C．按键向上的过程中，图丙中电流方向从a流向b D．按键向上的过程中，电容器两极间的电场强度增大 9．（本题6分）如图所示，在两等量异种点电荷连线上有c、O、f三点，虚线M、L、K是分别过c、O、f三点的等差等势面，一不计重力带负电粒子从a点射入电场，仅在电场力作用下沿abcde运动，轨迹如图中实线所示，下列说法中正确的是（     ） A．三个等势面的电势大小关系为 B．粒子在c点时的加速度比在d点时的加速度大 C．粒子在c点的电势能大于在e点的电势能 D．粒子在b点的动能大于在e点的动能 10．（本题6分）如图甲所示，在粗糙、绝缘的水平地面上，一质量；的带负电小滑块（可视为质点）在处以的初速度沿x轴正方向运动，小滑块与地面间的动摩擦因数。整个区域存在沿水平方向的电场，小滑块在不同位置所具有的电势能如图乙所示，P点是图线的最低点，虚线AB是该图线经过处的切线，并且AB经过（0，3）和（3，0）两点，取重力加速度大小，则（　　） A．x＝3m处的电势最高 B．小滑块向右运动过程中，它的速度始终在增大 C．小滑块运动至x＝3m处时，它的速度最大 D．小滑块向右运动一定不能经过处的位置 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） (1)如图甲所示为探究平行板电容器电容大小决定因素的实验。给电容器充电后与电源断开，即保持________（选填“电压”或“电荷量”）不变。若将B板下移，静电计指针偏角_______（选填“变小”“变大”或“不变”）；若将B板右移，静电计指针偏角________（选填“变小”“变大”或“不变”）。 (2)“探究电容器充放电”的实验装置示意图如图乙所示，已知灵敏电流计G的0刻度在表盘中央位置，经判断：当电流从左接线柱流入时指针左偏；电流从右接线柱流入时指针右偏。将开关S扳到a，让电源给电容器充电结束后，若向电容器中间插入一层有机玻璃板，则在插入过程中灵敏电流计指针_______偏；电容器充电结束后，将开关S扳到b放电的过程中，灵敏电流计指针会_______偏。（均选填“左”或“右”） (3)若将灵敏电流计换成电流传感器，先将开关接a，待电容器充电后将开关扳到b，利用传感器记录电容器放电过程，得到该电容器放电过程的图像如图丙所示。已知电源电压保持为3V，则电容器的电容________F（结果保留两位有效数字）。 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）在工业粒子分选设备中，水平放置的平行板电容器作为核心分选部件，其结构如图所示，上极板A固定，下极板B可上下移动，右侧设置垂直于极板的粒子收集板S，收集板上标有刻度可用于确定粒子落点位置。已知极板长度，初始时极板间距，收集板与极板右端的水平距离，收集板中心在极板初始中线上。A、B两极板间电压恒为，A板带正电。现有一批质量、电荷量的带正电粒子，以的初速度沿初始极板中线水平射入，忽略粒子重力与粒子间的相互作用。 (1)求粒子射出极板时的竖直分速度大小； (2)在实际分选作业中，需将粒子打在收集板中心下方处，工人通过移动下极板B改变极板间距，粒子仍沿初始极板中线水平射入，使粒子恰好落在目标位置，求此时极板间距。 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（适中版01）（解析版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）对电势概念的理解，下列说法正确的是（　　） A．电势是矢量 B．沿着电场线方向，各点电势逐渐升高 C．确定电场中某点的电势时，要先规定电势的零点 【答案】C 【详解】A．电势是标量，只有大小没有方向，故A错误； B．沿电场线方向，电势逐渐降低,例如正电荷周围电场线向外，电势递减），故B错误； C．电势是相对量，需选定参考点，通常取无穷远处或某接地点为零点，各点电势才能确定具体数值，故C正确。 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）如图所示为某静电场等势面的分布，电荷量为1.6×10－9 C的正点电荷从A经B、C到达D点，则从A至D，静电力对电荷做的功为（     ） A．4.3×10－8 J B．－4.8×10－8 J C．8.0×10－8 J D．－8.0×10－8 J 【答案】B 【详解】从A到D，静电力做功与路径无关，只与初末位置的电势差有关，根据电场力做功公式有 代入数据解得 故选B。 4．（本题4分）如图所示，在与纸面平行的匀强电场中有a、b、c三点，其电势分别为、、，a、b、c三点的连线构成一等边三角形。下列图中箭头表示a点电场的方向，正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】匀强电场中任意两点连线间中点的电势等于这两点电势的平均值，则ab中点d的电势为 可知连线为该匀强电场的等势面，电场线垂直于等势面且由高电势指向低电势，故电场方向沿ab方向且由a指向b。 故选B。 5．（本题4分）如图所示，有一固定电容器的电容为4.7μF，额定电压为50V，下列说法正确的是（　　）    A．该电容器在额定电压下充电完成后所带的电荷量为 235μC B．该电容器在额定电压下充电完成后所带的电荷量为10.6×10⁶C C．实际充电电压降到40V，将使电容变小 D．实际充电电压降到40V，对电容能储存的电量没有影响 【答案】A 【详解】AB．根据电容的定义式 可得该电容器在额定电压下充电完成后所带的电荷量 故A正确，B错误； CD．电容器的电容由电容器自身材料与结构决定，与电荷量、电压无关，当电压降低时，电容器的电容不变。根据电容定义式可知，电压降低，电荷量减少，故CD错误。 故选A。 6．（本题4分）如图所示，在平面直角坐标系中，有方向平行于坐标平面的匀强电场，坐标系内有A、B、C三点，坐标分别为（0，1cm），（2cm，2cm），（2cm，0），O、A、B三点的电势分别为24V、20V、8V，现有一重力不计的电荷量为e的带电粒子从坐标原点O处以平行于坐标平面的速度v0垂直电场方向射入电场，恰好通过C点。下列说法正确的是（　　） A．粒子带正电 B．C点电势为12V C．粒子从O到C电势能增加了8eV D．电场强度大小为400V/m 【答案】A 【详解】B．连接对角线交于O′，如图所示 根据图中几何关系可知 由于匀强电场中平行等距离的两点间电势差相等，则 解得 同理 可得 则CD为等势线，OB为电场线，方向由O指向B，故B错误； A．重力不计的电荷量为e的带电粒子，从坐标原点处以平行于坐标平面的速度垂直电场方向射入电场，恰好通过C点，说明沿电场线方向移动一段距离，粒子带正电，故A正确； C．粒子从O到C，电场力做正功，电势能减小，电势能减少量为 故C错误； D．电场强度大小为 故D错误。 故选A。 7．（本题4分）如图所示，平行金属板接在电源两端。一个电子从点以速度沿垂直于极板方向射出，最远能到达点。现将右极板向右平移，使两极板间距离变为原来的2倍。再将电子从点以相同速度射出，最远到达点（图中没画出）。则（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】令电源电压为U，板间距为d，从O到A距离为h，根据动能定理，有 现将右极板向右平移，使两极板间距离变为原来的2倍，从O到B，根据动能定理，有 联立可得，即。 故选C。 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．按键向下的过程中，电容器的电容增大 B．按键向下的过程中，电容器的带电量减小 C．按键向上的过程中，图丙中电流方向从a流向b D．按键向上的过程中，电容器两极间的电场强度增大 【答案】AC 【详解】A．根据平行板电容器的电容决定式 按键向下的过程中，板间距离减小，其他条件不变，电容器的电容增大，故A正确； B．按键向下的过程中，电容C增大，而电容器两端电压U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增大，故B错误； C．按键向上的过程中，板间距离增大，由 可知电容减小，不变，根据，电容器的带电量减小，电容器处于放电状态，此时电流方向是从电容器流向电源，在图丙中电流方向从a流向b，故C正确； D．按键向上的过程中，板间距离增大，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减小，故D错误。 故选AC。 9．（本题6分）如图所示，在两等量异种点电荷连线上有c、O、f三点，虚线M、L、K是分别过c、O、f三点的等差等势面，一不计重力带负电粒子从a点射入电场，仅在电场力作用下沿abcde运动，轨迹如图中实线所示，下列说法中正确的是（     ） A．三个等势面的电势大小关系为 B．粒子在c点时的加速度比在d点时的加速度大 C．粒子在c点的电势能大于在e点的电势能 D．粒子在b点的动能大于在e点的动能 【答案】BC 【详解】A．根据电场线与等势面垂直和带电粒子所受电场力方向指向轨迹的内侧可知，带负电粒子在点受到的电场力方向向左，故电场线方向由指向，由沿电场线方向电势逐渐降低可得电势关系为，故A错误； B．等量异种电荷的电场线在靠近电荷的位置更密集，c点比d点更靠近右侧的点电荷，因此c点场强大于d点，根据牛顿第二定律可知粒子在c点时的加速度比在d点时的加速度大，故B正确； C．由负电荷在电势低处电势能大可知，因为，所以粒子在c点的电势能大于在e点的电势能，故C正确； D．粒子仅在电场力作用下运动，动能与电势能之和不变，b点的电势小于e点，带负电粒子在b点的电势能大于e点，所以粒子在b点的动能小于在e点的动能，故D错误。 故选BC。 10．（本题6分）如图甲所示，在粗糙、绝缘的水平地面上，一质量；的带负电小滑块（可视为质点）在处以的初速度沿x轴正方向运动，小滑块与地面间的动摩擦因数。整个区域存在沿水平方向的电场，小滑块在不同位置所具有的电势能如图乙所示，P点是图线的最低点，虚线AB是该图线经过处的切线，并且AB经过（0，3）和（3，0）两点，取重力加速度大小，则（　　） A．x＝3m处的电势最高 B．小滑块向右运动过程中，它的速度始终在增大 C．小滑块运动至x＝3m处时，它的速度最大 D．小滑块向右运动一定不能经过处的位置 【答案】AD 【详解】A．滑块在处电势能最低，由 因为滑块带负电，所以处的电势最高，A正确； BC．图像斜率的绝对值 表示滑块所受电场力的大小，所以滑块在处所受电场力大小为 滑块所受滑动摩擦力大小为 所以在区间内，滑块所受电场力与滑动摩擦力方向相反，且不断减小，则滑块所受合外力方向与速度方向相反；在之后，滑块所受电场力与滑动摩擦力同向，且不断增大，则滑块所受合外力方向也与速度方向相反。综上所述可知滑块向右运动过程中，速度始终减小，在处速度最大，故BC错误； D．滑块在处的电势能与在处的电势能相等，根据能量守恒定律，若滑块能够经过处，则应满足 根据题中数据可知实际情况并不满足上式，所以滑块一定无法经过处的位置，D正确。 故选AD。 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） (1)如图甲所示为探究平行板电容器电容大小决定因素的实验。给电容器充电后与电源断开，即保持________（选填“电压”或“电荷量”）不变。若将B板下移，静电计指针偏角_______（选填“变小”“变大”或“不变”）；若将B板右移，静电计指针偏角________（选填“变小”“变大”或“不变”）。 (2)“探究电容器充放电”的实验装置示意图如图乙所示，已知灵敏电流计G的0刻度在表盘中央位置，经判断：当电流从左接线柱流入时指针左偏；电流从右接线柱流入时指针右偏。将开关S扳到a，让电源给电容器充电结束后，若向电容器中间插入一层有机玻璃板，则在插入过程中灵敏电流计指针_______偏；电容器充电结束后，将开关S扳到b放电的过程中，灵敏电流计指针会_______偏。（均选填“左”或“右”） (3)若将灵敏电流计换成电流传感器，先将开关接a，待电容器充电后将开关扳到b，利用传感器记录电容器放电过程，得到该电容器放电过程的图像如图丙所示。已知电源电压保持为3V，则电容器的电容________F（结果保留两位有效数字）。 【答案】(1) 电荷量 变大 变小 (2) 右 左 (3) 【详解】（1）[1]给电容器充电后与电源断开，即保持电荷量不变； [2]若将B板下移，则极板正对面积减小，根据可知，电容减小，根据可知，两极板间的电势差增大，则静电计指针偏角变大； [3]若将B板右移，板间距离减小，根据可知，电容增大，根据可知，两极板间的电势差减小，则静电计指针偏角变小。 （2）[1]电源给电容器充电结束后，电容器两极板电势差等于电源电压，若向电容器中间插入一层有机玻璃板，根据可知，电容增大，而不变，则电容器所带电荷量增大，电容器充电，电流从右接线柱流入灵敏电流计，则指针右偏； [2]电容器充电结束后，将开关S扳到b放电的过程中，电流从左接线柱流入灵敏电流计，则指针左偏； （3）根据可知，图像与时间轴围成的面积表示电荷量，由图可知，图像与时间轴围成的面积约有17个小方格，则有 电容器的电容为 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）在工业粒子分选设备中，水平放置的平行板电容器作为核心分选部件，其结构如图所示，上极板A固定，下极板B可上下移动，右侧设置垂直于极板的粒子收集板S，收集板上标有刻度可用于确定粒子落点位置。已知极板长度，初始时极板间距，收集板与极板右端的水平距离，收集板中心在极板初始中线上。A、B两极板间电压恒为，A板带正电。现有一批质量、电荷量的带正电粒子，以的初速度沿初始极板中线水平射入，忽略粒子重力与粒子间的相互作用。 (1)求粒子射出极板时的竖直分速度大小； (2)在实际分选作业中，需将粒子打在收集板中心下方处，工人通过移动下极板B改变极板间距，粒子仍沿初始极板中线水平射入，使粒子恰好落在目标位置，求此时极板间距。 【答案】(1) (2)0.8m 【详解】（1）粒子水平方向上做匀速运动，则 粒子的加速度为 粒子离开极板时的竖直分速度大小为 联立解得 （2）粒子在电场中做类平抛运动，离开极板后做匀速运动，根据类平抛运动的规律可知，粒子速度的反向延长线交粒子水平位移的中点，如图所示 则 粒子离开极板时的竖直分速度大小为 粒子的加速度为 联立解得 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 $