高中物理单元测试——第2章电势能与电势差（适中版02）

高中物理单元测试 —— 第2章 电势能与电势差（适中版02）（解析版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）关于电场的下列物理量中，哪个物理量“负得越多”代表该物理量越小，“正得越多”代表该物理量越大（　　） A．电场强度 B．电荷量 C．电场力 D．电势 【答案】D 【详解】AC．电场强度和电场力都是矢量，正负号仅表示方向，不表示大小，故AC错误； B．电荷量是标量，但其正负号表示电性，物理语境中“负得越多”通常指所带负电荷的绝对值更大，这与数值上的‘更小’存在歧义，故B错误； D．电势是标量，正负号就是表示大小，“负得越多“代表电势越小，“正得越多”代表电势越大，故D正确。 故选D。 2．（本题4分）关于电势、电势差下列说法中正确的是（　　） A．电场中某点的电势大小与零电势点的选取无关 B．Uab为正值，则a点的电势低于b点 C．电势是矢量，有大小还有方向 D．一正电荷由静止在匀强电场开始运动，则该电荷的运动方向是电势降低的方向（忽略重力） 【答案】D 【详解】A．电场中某点的电势大小都是相对零电势点来说的。零电势点不同，某点的电势大小可能就不同，故A错误； B．根据公式 得Uab为正值，则a点的电势高于b点，故B错误； C．电势是标量，只有大小没有方向，故C错误； D．一正电荷忽略重力，由静止在匀强电场中开始运动，该正电荷运动的方向为受到的静电力的方向，也是电场线的方向，而沿着电场线方向电势降低，故D正确。 故选D。 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，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，空间存在与xOy平面平行的匀强电场，A（1，1）、B（2，2）、C（3，1）、D（4，2）、M（5，1）是电场中的五个点，各点的电势分别为，，，下列说法正确的是（   ） A．C点的电势为4V B．电场方向与线段AB垂直 C．电场强度的大小为 D．O点的电势为3V 【答案】C 【详解】A．因为C点为线段AM的中点，所以C点的电势为 故A错误； B．因为，所以线段BC是一条等势线，由几何关系知，线段AB垂直线段BC，所以线段AB是一条电场线，故B错误； C．电场强度的大小为 故C正确； D．因为A点为线段OB的中点，则有 解得 故D错误。 故选C。 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）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，粗糙、绝缘的水平地面上，一质量m=1kg的带负电小滑块(可视为质点)在x=1m处以v0=2m/s的初速度沿x轴正方向运动，滑块与地面间的动摩擦因数μ=0.05。在x=0 及x=5m处有两个电性未知，电荷量分别为 的点电荷场源，滑块在不同位置所具有的电势能Ep如图乙所示，P点是图线最低点，虚线AB是图像在x=1m处的切线，下列说法正确的选项是（    ） A．滑块在x=3m处所受合外力小于 0.5N B．两场源电荷均带负电，且|Q1|>|Q2| C．滑块向右运动过程中，速度始终减小 D．滑块向右一定可以经过x=4m处的位置 【答案】BD 【详解】A．Ep-x图像斜率的绝对值表示滑块所受电场力的大小，滑块在 x=3m处所受电场力为0，所受合外力 故A错误； B．在x=3m处电场力为0，电场强度为0，则 由于，所以 滑块在x=3m处电势能最低，因为滑块带负电，所以x=3m处的电势最高，两场源电荷均带负电，故B正确； C．滑块在x=1m处所受电场力大小为 所以在处，滑块所受电场力与滑动摩擦力方向相反，电场力大于摩擦力，则滑块加速运动，故C错误； D．滑块在x=1m处的电势能与在x=4m处的电势能相等，根据能量守恒定律，若滑块能够经过x=4m处，则应满足 由 ， 根据题中数据可知实际情况并满足上式，所以滑块一定可以经过x=4m处的位置，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） (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，平行板电容器的两个长为l的极板与水平地面成一角度θ，两极板与一直流电源相连。质量为m、电荷量为+q可视为质点的带电粒子恰沿图中所示水平直线从上极板的左端到达下极板的右端，重力加速度为g，则在此过程中，求： （1）两极板间的电场强度大小； （2）电势能的变化量。    【答案】（1）；（2） 【详解】（1）带电粒子沿水平直线运动，则有 解得 （2）电场力对粒子做功为 而 联立解得 15．（本题16分）某种离子分析装置的简化原理如图所示，由离子源发出的离子经加速电场加速后进入静电分析器，静电分析器中有沿半径方向的电场，使离子沿通道中心线做匀速圆周运动，而后沿两平行板中线由点进入电压为的偏转电场，最后通过偏转电场打在荧光屏上。已知离子的电荷量为，质量为，静电分析器中心线处的电场强度大小为，半径为，平行板间距为，板长为，板右侧到荧光屏的距离也为，离子重力不计，两平行板间电场可视为匀强电场。 (1)求离子的电性和离子通过静电分析器的速度大小； (2)求离子打到荧光屏上的位置到中央位置的距离。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）由静电分析器电场方向可知，离子带正电，由 解得初速度 （2）粒子在偏转电场中有，， 解得 离子离开匀强电场后，竖直方向位移为，有，， 解得 另解：离子射出偏转电场后做匀速直线运动，由速度反向延长过水平位移中点，则由相似三角形关系得 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 $ 高中物理单元测试 —— 第2章 电势能与电势差（适中版02）（原卷版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）关于电场的下列物理量中，哪个物理量“负得越多”代表该物理量越小，“正得越多”代表该物理量越大（　　） A．电场强度 B．电荷量 C．电场力 D．电势 2．（本题4分）关于电势、电势差下列说法中正确的是（　　） A．电场中某点的电势大小与零电势点的选取无关 B．Uab为正值，则a点的电势低于b点 C．电势是矢量，有大小还有方向 D．一正电荷由静止在匀强电场开始运动，则该电荷的运动方向是电势降低的方向（忽略重力） 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，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，空间存在与xOy平面平行的匀强电场，A（1，1）、B（2，2）、C（3，1）、D（4，2）、M（5，1）是电场中的五个点，各点的电势分别为，，，下列说法正确的是（   ） A．C点的电势为4V B．电场方向与线段AB垂直 C．电场强度的大小为 D．O点的电势为3V 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）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，粗糙、绝缘的水平地面上，一质量m=1kg的带负电小滑块(可视为质点)在x=1m处以v0=2m/s的初速度沿x轴正方向运动，滑块与地面间的动摩擦因数μ=0.05。在x=0 及x=5m处有两个电性未知，电荷量分别为 的点电荷场源，滑块在不同位置所具有的电势能Ep如图乙所示，P点是图线最低点，虚线AB是图像在x=1m处的切线，下列说法正确的选项是（    ） A．滑块在x=3m处所受合外力小于 0.5N B．两场源电荷均带负电，且|Q1|>|Q2| C．滑块向右运动过程中，速度始终减小 D．滑块向右一定可以经过x=4m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，平行板电容器的两个长为l的极板与水平地面成一角度θ，两极板与一直流电源相连。质量为m、电荷量为+q可视为质点的带电粒子恰沿图中所示水平直线从上极板的左端到达下极板的右端，重力加速度为g，则在此过程中，求： （1）两极板间的电场强度大小； （2）电势能的变化量。    15．（本题16分）某种离子分析装置的简化原理如图所示，由离子源发出的离子经加速电场加速后进入静电分析器，静电分析器中有沿半径方向的电场，使离子沿通道中心线做匀速圆周运动，而后沿两平行板中线由点进入电压为的偏转电场，最后通过偏转电场打在荧光屏上。已知离子的电荷量为，质量为，静电分析器中心线处的电场强度大小为，半径为，平行板间距为，板长为，板右侧到荧光屏的距离也为，离子重力不计，两平行板间电场可视为匀强电场。 (1)求离子的电性和离子通过静电分析器的速度大小； (2)求离子打到荧光屏上的位置到中央位置的距离。 试卷第1页（共3页） 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