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2020高考物理 章末質(zhì)量檢測(七)第七章 靜電場(含解析)魯科版

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1、第七章 靜電場 (時間:45分鐘) 一、選擇題(本題共8小題,1~5題為單項選擇題,6~8題為多項選擇題) 1.(2019·浙江綠色聯(lián)盟)如圖1所示,是某驗電器的結(jié)構(gòu)圖。下列相關(guān)說法正確的是(  ) 圖1 A.金屬箔張開過程,電勢能一定減少 B.金屬箔張開過程,電場力一定做負(fù)功 C.兩金屬箔張開,說明金屬盤帶正電 D.兩片金屬箔張開時,可能帶異種電荷 解析 驗電器利用同種電荷互相排斥的原理,當(dāng)用帶電體接觸驗電器的金屬盤時,就有一部分電荷轉(zhuǎn)移到驗電器的金屬箔片上,金屬箔帶上了同種電荷,這兩片金屬箔由于帶同種電荷互相排斥而張開,在張開的過程中電場力做正功,電勢能減小,而驗

2、電器只能判斷物體是否帶電,不能說明是哪種電荷,故也不能說明金屬盤帶哪種電荷,故A正確,B、C、D錯誤。 答案 A 2.如圖2所示為一孤立的負(fù)點(diǎn)電荷形成的電場,一帶電粒子僅在電場力的作用下以某一速度進(jìn)入該電場,依次經(jīng)過A、B、C三點(diǎn),其中A、C兩點(diǎn)與點(diǎn)電荷的距離相等,B點(diǎn)是軌跡上距離點(diǎn)電荷最近的點(diǎn)。則下列說法正確的是 (  ) 圖2 A.粒子運(yùn)動到B點(diǎn)的速率最大 B.相鄰兩點(diǎn)間的電勢差關(guān)系為UAB=UBC C.該粒子帶負(fù)電,并且在B點(diǎn)時的加速度最大 D.粒子在B點(diǎn)的電勢能小于在C點(diǎn)的電勢能 解析 根據(jù)粒子的運(yùn)動軌跡可以判斷出粒子帶負(fù)電,在粒子從A運(yùn)動到B的過程中,電場力

3、對粒子做負(fù)功,粒子的速度減小,運(yùn)動到B點(diǎn)時的速度最小,A錯誤;由于A、C兩點(diǎn)與負(fù)點(diǎn)電荷之間的距離相等,所以UAB=-UBC,B錯誤;由題圖知B點(diǎn)處的電場線最密,所以粒子在B點(diǎn)時受到的電場力最大,加速度最大,C正確;當(dāng)粒子從B運(yùn)動到C的過程中,電場力對粒子做正功,電勢能減少,所以粒子在C點(diǎn)時的電勢能小于其在B點(diǎn)時的電勢能,D錯誤。 答案 C 3.(2019·陜西渭南教學(xué)質(zhì)量檢測)如圖3所示,在x軸上放置兩正點(diǎn)電荷Q1、Q2,當(dāng)空間存在沿y軸負(fù)向的勻強(qiáng)電場時,y軸 上A點(diǎn)的電場強(qiáng)度等于零,已知勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小為E,兩點(diǎn)電荷到A的距離分別為r1、r2,則在y軸上與A點(diǎn)對稱的B點(diǎn)的電場強(qiáng)度大

4、小為(  ) 圖3 A.0 B.E C.2E D.E+k+k 解析 因空間中存在場強(qiáng)大小為E、方向沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場,又A點(diǎn)的電場強(qiáng)度等于零,所以Q1、Q2在A點(diǎn)的合電場的場強(qiáng)等于E,方向沿y軸正方向,根據(jù)對稱性,Q1、Q2在B點(diǎn)的合電場的場強(qiáng)大小也等于E,方向沿y軸負(fù)方向,故B點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小為2E,選項C正確;A、B、D錯誤。 答案 C 4.(2019·泰安一模)如圖4所示,+Q 為固定的正點(diǎn)電荷,虛線圓是其一條等勢線,兩電荷量相同、但質(zhì)量不相等的粒子,分別從同一點(diǎn)A以相同的速度v0射入,軌跡如圖中曲線,B、C為兩曲線與圓的交點(diǎn)。aB、aC表示兩粒子經(jīng)過B、C時的

5、加速度大小,vB、vC表示兩粒子經(jīng)過B、C時的速度大小。不計粒子重力,以下判斷正確的是 (  ) 圖4 A.aB=aC vB=vC B.aB>aC vB=vC C.aB>aC vB<vC D.aB<aC vB>vC 解析 庫侖力F=,兩粒子在B、C兩點(diǎn)受的庫侖力大小相同,根據(jù)粒子的運(yùn)動軌跡可知aB>aC,a=,解得mB<mC,因為B、C兩點(diǎn)位于同一等勢線上,電勢相等,所以兩粒子從A運(yùn)動到B和從A運(yùn)動到C,電場力做功相同且做負(fù)功,有-W=mv2-mv,所以mB(v-v)=mC(v-v),因為mB<mC,所以vB<vC,C正確。 答案 C 5.如圖5所示,D是一只二極

6、管,AB是平行板電容器,在電容器兩極板間有一帶電微粒P處于靜止?fàn)顟B(tài),當(dāng)兩極板A和B間的距離增大一些的瞬間(兩極板仍平行),帶電微粒P的運(yùn)動情況是(  ) 圖5 A.向下運(yùn)動 B.向上運(yùn)動 C.仍靜止不動 D.不能確定 解析 當(dāng)帶電微粒P靜止時,對其進(jìn)行受力分析得Eq=mg,即q=mg。當(dāng)A、B之間距離增大時,電容器的電容C減小,由Q=CU得,Q也減小,但由于電路中連接了一個二極管,它具有單向?qū)щ娦?,不能放電,故電容器A、B兩極板上的電荷量不變,場強(qiáng)不變,電場力仍等于微粒的重力,故帶電微粒仍保持靜止?fàn)顟B(tài),選項C正確。 答案 C 6.如圖6甲所示,在勻強(qiáng)電場中,虛線為電場線,

7、與Ox軸成θ=37°角,Ox軸上有a、b、c三點(diǎn),Oa=bc=ab=2 cm,Ox軸上各點(diǎn)的電勢φ的變化規(guī)律如圖乙所示。取sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。下列說法正確的是(  ) 圖6 A.電場線方向斜向上 B.場強(qiáng)大小為1×103 V/m C.c點(diǎn)的電勢為16 V D.電子在a點(diǎn)的電勢能為-32 eV 解析 由題圖乙知,沿Ox方向電勢降低,結(jié)合“沿電場線方向電勢逐漸降低”知,電場線方向斜向下,A錯誤;Ob=6 cm,O、b兩點(diǎn)間的電勢差U=48 V,由U=E·Obcos θ得E=1×103 V/m,B正確;b點(diǎn)的電勢為零,c點(diǎn)的電勢為負(fù)值,且為φc=-16 V,C

8、錯誤;a點(diǎn)的電勢φa=×48 V=32 V,電子在a點(diǎn)的電勢能為Ep=-eφa=-32 eV,D正確。 答案 BD 7.(2019·福建漳州模擬)如圖7所示,豎直平面內(nèi)有A、B兩點(diǎn),兩點(diǎn)的水平距離和豎直距離均為H,空間存在水平向右的勻強(qiáng)電場。一質(zhì)量為m的帶電小球從A點(diǎn)以水平速度v0拋出,經(jīng)一段時間豎直向下通過B點(diǎn)。重力加速度為g,小球在由A到B的運(yùn)動過程中,下列說法正確的是(  ) 圖7 A.小球帶負(fù)電 B.速度先增大后減小 C.機(jī)械能一直減小 D.任意一小段時間內(nèi),電勢能的增加量總等于重力勢能的減少量 解析 由題可知,小球在豎直方向做自由落體運(yùn)動,在水平方向做勻減速運(yùn)動,

9、可知其所受電場力方向向左,與電場方向相反,則小球帶負(fù)電,電場力一直對小球做負(fù)功,小球的電勢能增加,機(jī)械能減小,A、C正確;小球受豎直向下的重力和水平向左的電場力,合力方向指向左下方,又初速度水平向右,末速度豎直向下,由力與速度夾角關(guān)系可知,合力對小球先做負(fù)功,后做正功,小球的速度先減小,后增大,B錯誤;任意一小段時間內(nèi),小球的動能、電勢能和重力勢能的和保持不變,則電勢能的增加量不一定等于重力勢能的減少量,D錯誤。 答案 AC 8.(2019·安徽省皖南八校聯(lián)考)某靜電場中x軸上電場強(qiáng)度E隨x變化的關(guān)系如圖8所示,設(shè)x軸正方向為電場強(qiáng)度的正方向。一帶電荷量大小為q的粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿x軸正方

10、向運(yùn)動,結(jié)果粒子剛好能運(yùn)動到x=3x0處,假設(shè)粒子僅受電場力作用,E0和x0已知,則(  ) 圖8 A.粒子一定帶負(fù)電 B.粒子的初動能大小為qE0x0 C.粒子沿x軸正方向運(yùn)動過程中電勢能先增大后減小 D.粒子沿x軸正方向運(yùn)動過程中最大動能為2qE0x0 解析 如果粒子帶負(fù)電,粒子在電場中一定先做減速運(yùn)動后做加速運(yùn)動,因此粒子x=3x0處的速度不可能為零,故粒子一定帶正電,A錯誤;根據(jù)動能定理qE0x0-×2qE0·2x0=0-Ek0,可得Ek0=qE0x0,B正確;粒子向右運(yùn)動的過程中,電場力先做正功后做負(fù)功,因此電勢能先減小后增大,C錯誤;粒子運(yùn)動到x0處動能最大,根據(jù)動

11、能定理qE0x0=Ekmax-Ek0,解得Ekmax=2qE0x0,D正確。 答案 BD 二、非選擇題 9.(2019·四川成都模擬)如圖9甲所示,A、B為兩塊相距很近的平行金屬板,A、B間電壓為UAB=-U0,緊貼A板有一電子源,不停地飄出質(zhì)量為m,帶電荷量為e的電子(初速度可視為0)。在B板右側(cè)兩塊平行金屬板M、N間加有如圖乙所示的電壓,電壓變化的周期T=L,板間中線與電子源在同一水平線上。已知板間距為d,極板長L,求: 圖9 (1)電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)極板時的速度; (2)時刻沿中線射入偏轉(zhuǎn)極板間的電子剛射出偏轉(zhuǎn)極板時與板間中線的距離(未與極板接觸)。 解析 (1)設(shè)電子進(jìn)入偏

12、轉(zhuǎn)極板時的速度為v,由動能定理有eU0=mv2 解得v=。 (2)由題意知,電子穿過偏轉(zhuǎn)極板所需時間 t==L=T 故在時刻沿中線射入偏轉(zhuǎn)極板間的電子在電場方向上先加速再減速,然后反向加速再減速,各段位移大小相等,故電子沿板間中線射出偏轉(zhuǎn)極板。 答案 (1) (2)0 10.如圖10所示,某空間有一豎直向下的勻強(qiáng)電場,電場強(qiáng)度E=1.0×102 V/m,一塊足夠大的接地金屬板水平放置在勻強(qiáng)電場中,在金屬板的正上方高度h=0.80 m的a處有一粒子源,盒內(nèi)粒子以v0=2.0×102 m/s的初速度向水平面以下的各個方向均勻放出質(zhì)量為m=2.0×10-15 kg、電荷量為q=+10-1

13、2 C的帶電粒子,粒子最終落在金屬板b上。若不計粒子重力,不計金屬板對勻強(qiáng)電場的影響,求(結(jié)果保留2位有效數(shù)字): 圖10 (1)粒子源所在a點(diǎn)的電勢; (2)帶電粒子打在金屬板上時的動能; (3)從粒子源射出的粒子打在金屬板上的范圍(所形成的面積);若使帶電粒子打在金屬板上的范圍減小,可以通過改變哪些物理量來實現(xiàn)? 解析 (1)題中勻強(qiáng)電場豎直向下,b板接地,因此φa=Uab=Eh=1.0×102×0.8 V=80 V。 (2)不計重力,只有電場力做功,對粒子由動能定理 qUab=Ek-mv 可得帶電粒子打在金屬板上時的動能Ek=1.2×10-10 J。 (3)粒子源射

14、出的粒子打在金屬板上的范圍以粒子水平拋出的落點(diǎn)為邊界,由平拋運(yùn)動知識可得 x=v0t ① h=at2 ② a= ③ S=πx2 ④ 聯(lián)立以上各式得所形成的面積為S==4.0 m2,可以通過減小h或增大E來實現(xiàn)。 答案 (1)80 V (2)1.2×10-10 J (3)4.0 m2 可通過減小h或增大E實現(xiàn) 11.某課外探究小組的同學(xué)們利用學(xué)校實驗室內(nèi)的絕緣材料自制了一條細(xì)導(dǎo)軌OABCDP(如圖11所示),其中OAB段和DP段為粗糙的水平導(dǎo)軌,B點(diǎn)和D點(diǎn)在同一水平面上但不重合,P端離沙地的高度h=0.8 m;BCD段為圓環(huán)形導(dǎo)軌,半徑R=0.5 m,其中BC段光滑

15、、CD段很粗糙。將一個中心有孔的鋼球(孔徑略大于細(xì)導(dǎo)軌直徑)套在導(dǎo)軌端點(diǎn)O處,鋼球的帶電荷量q=+3.7×10-4 C,質(zhì)量m=0.2 kg。某次實驗中,在導(dǎo)軌OA段加上水平向右的、場強(qiáng)E=1×104 V/m的勻強(qiáng)電場時,鋼球即開始沿導(dǎo)軌運(yùn)動,經(jīng)過C點(diǎn)時速度為3 m/s,最終恰好停在P點(diǎn)。已知AB段長L1=1.0 m,DP段長L2=1.0 m,鋼球與水平導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)均為μ=0.2。 圖11 (1)求鋼球經(jīng)過C點(diǎn)時對導(dǎo)軌的彈力; (2)求OA段導(dǎo)軌的長度d; (3)為了讓鋼球從導(dǎo)軌右端拋出,并且落在沙地上的位置最遠(yuǎn),需在P端截去多長的一段水平導(dǎo)軌?鋼球落在沙地上的最遠(yuǎn)位置與D點(diǎn)

16、的水平距離多大? 解析 (1)在C點(diǎn),設(shè)導(dǎo)軌對鋼球的彈力方向為豎直向下, 則N+mg=m 代入數(shù)據(jù)解得N=1.6 N 由牛頓第三定律知,鋼球?qū)?dǎo)軌的彈力大小也為1.6 N,方向豎直向上 (2)O→C過程,qEd-μmg(d+L1)-mg·2R=mv 代入數(shù)據(jù)可解得d=1 m (3)設(shè)導(dǎo)軌右端截去長度為x,滑塊離開導(dǎo)軌平拋時的初速度為v0,落在沙地上的位置與D點(diǎn)的水平距離為s,則 v=2μgx,h=gt2,s=(L2-x)+v0t 由以上各式代入數(shù)據(jù)可得s=1-x+0.8 當(dāng)=0.4,即x=0.16 m時,s有最大值sm=1.16 m 答案 見解析 - 8 -

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