2020版高考物理一輪復(fù)習(xí)單元質(zhì)檢07 靜電場(含解析).doc

1、單元質(zhì)檢七靜電場(時(shí)間:45分鐘滿分:100分)一、選擇題(本題共9小題,每小題6分,共54分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,第15題只有一項(xiàng)符合題目要求,第69題有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對(duì)的得6分,選對(duì)但不全的得3分,有選錯(cuò)的得0分)1.將等量的正、負(fù)電荷分別放在正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上(如圖所示)。O點(diǎn)為該正方形對(duì)角線的交點(diǎn),直線段AB通過O點(diǎn)且垂直于該正方形,OAOB,以下對(duì)A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)和電場強(qiáng)度的判斷,正確的是()A.A點(diǎn)電場強(qiáng)度小于B點(diǎn)電場強(qiáng)度B.A點(diǎn)電場強(qiáng)度大于B點(diǎn)電場強(qiáng)度C.A點(diǎn)電勢(shì)等于B點(diǎn)電勢(shì)D.A點(diǎn)電勢(shì)高于B點(diǎn)電勢(shì)答案C解析由電荷的對(duì)稱分布規(guī)律可知AB直線上各點(diǎn)的電場強(qiáng)度為0,選

2、項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;同理將一電荷從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)電場力做功為0,則AB電勢(shì)差為0,A點(diǎn)電勢(shì)等于B點(diǎn)電勢(shì),選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2.A、B為兩等量異種電荷,圖中水平虛線為A、B連線的中垂線。如圖所示,現(xiàn)將另兩個(gè)等量異種的檢驗(yàn)電荷a、b,用絕緣細(xì)桿連接后從離AB無窮遠(yuǎn)處沿中垂線平移到AB的連線,平移過程中兩檢驗(yàn)電荷位置始終關(guān)于中垂線對(duì)稱。若規(guī)定離AB無窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零,則下列說法正確的是()A.在AB的連線上a所處的位置電勢(shì)a0C.整個(gè)移動(dòng)過程中,靜電力對(duì)a做正功D.整個(gè)移動(dòng)過程中,靜電力對(duì)a、b整體做正功答案B解析A、B是等量異種電荷,根據(jù)等量異種電荷的電場分布可知,AB中垂線是條等勢(shì)線,又規(guī)定無窮遠(yuǎn)

3、處電勢(shì)為零,所以AB中垂線上的任意一點(diǎn)電勢(shì)都為零,則AB的中點(diǎn)處電勢(shì)為零,又因A是正電荷,電場線方向?yàn)锳指向B,所以a0,b0,b的電勢(shì)能Epb=(-q)b0,所以a、b整體在AB連線處具有的電勢(shì)能Ep0,故B正確。a、b在無窮遠(yuǎn)處電勢(shì)能均為零,所以在移動(dòng)過程中,a、b的電勢(shì)能均增大,靜電力做負(fù)功,故C、D錯(cuò)誤。3.如圖所示,光滑絕緣的半圓軌道豎直放置,直徑AD水平,B、C是三等分點(diǎn),在A、D兩點(diǎn)固定有電荷量為Q1和Q2的正點(diǎn)電荷,一不計(jì)重力的帶電小球,恰好能靜止在C點(diǎn),現(xiàn)使該小球以一定的初速度從A點(diǎn)沿軌道運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn),則下列說法正確的是()A.兩點(diǎn)電荷的電荷量之比Q1Q2=331B.小球經(jīng)過C

4、點(diǎn)時(shí)加速度等于0C.小球經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)動(dòng)能最大D.小球在B、C兩點(diǎn)的電勢(shì)能相等答案A解析如圖所示,小球受到Q1和Q2的庫侖力沿C的切線方向的分力分別為F1=kQ1q(2rcos)2sin,F2=kQ2q(2rcos)2sin,其中r為半圓軌道的半徑,=30,=60,根據(jù)平衡條件可得,F1=F2,解得Q1=33Q2,A正確。小球經(jīng)過C點(diǎn)做曲線運(yùn)動(dòng),且F1=F2,故加速度應(yīng)指向圓心,B錯(cuò)誤。在AC段,F1F2,在CD段,F1aB,EkAEkBB.aAEpBC.aAaB,EpAaB,EkAEkB答案C解析根據(jù)粒子軌跡的彎曲方向可知帶電粒子受到的是靜電斥力,根據(jù)U=Ed知,等差等勢(shì)面越密的位置電場強(qiáng)度越大

5、,B處等差等勢(shì)面較密集,則電場強(qiáng)度大,帶電粒子所受的電場力大,加速度也大,即aAaB;從A到B,電場力對(duì)帶電粒子做負(fù)功,電勢(shì)能增加,則知B點(diǎn)電勢(shì)能大,即EpAEcB.電勢(shì)大小關(guān)系有bdC.將一負(fù)電荷放在d點(diǎn)時(shí)其電勢(shì)能為負(fù)值D.將一正電荷由a點(diǎn)移到d點(diǎn)的過程中電場力做正功答案BD解析由電場線的疏密表征電場強(qiáng)度的大小可知,Ebd,故B正確;由于a點(diǎn)電勢(shì)高于d點(diǎn)電勢(shì),將一正電荷由a點(diǎn)移到d點(diǎn)的過程中電場力做功W=q(a-d)0,為正功,故D正確;由于無窮遠(yuǎn)處為零電勢(shì)點(diǎn),故d點(diǎn)電勢(shì)為負(fù),負(fù)電荷放在d點(diǎn)時(shí)其電勢(shì)能Epd=(-q)d0,為正值,故C錯(cuò)誤。7.如圖所示,平行板電容器與電動(dòng)勢(shì)為E的直流電源(內(nèi)

6、阻不計(jì))連接,下極板接地,靜電計(jì)所帶電荷量很少,可被忽略。一帶負(fù)電油滴被固定于電容器中的P點(diǎn)。現(xiàn)將平行板電容器的下極板豎直向下移動(dòng)一小段距離,則()A.平行板電容器的電容將變小B.靜電計(jì)指針張角變小C.帶電油滴的電勢(shì)能將減少D.若先將上極板與電源正極的導(dǎo)線斷開,再將下極板向下移動(dòng)一小段距離,則帶電油滴所受電場力不變答案ACD解析將平行板電容器的下極板豎直向下移動(dòng)一小段距離時(shí),兩極板的正對(duì)面積S不變,間距d變大,根據(jù)關(guān)系式C=rS4kdSd可知,電容C減小,選項(xiàng)A正確;因?yàn)殪o電計(jì)指針的變化表征了電容器兩極板電勢(shì)差的變化,題中電容器兩極板間的電勢(shì)差U不變,所以靜電計(jì)指針張角不變,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;U不變

7、,極板間距d變大時(shí),板間電場強(qiáng)度E=Ud減小,帶電油滴在P點(diǎn)的電勢(shì)=Ed1增大,其中d1為油滴到下極板的距離,又因?yàn)橛偷螏ж?fù)電,所以其電勢(shì)能將減少,選項(xiàng)C正確;若先將上極板與電源正極的導(dǎo)線斷開,再將下極板向下移動(dòng)一小段距離,則電容器帶電荷量Q不變,極板間距d變大,根據(jù)Q=CU,E=Ud和C=rS4kd可知EQS,可見,極板間電場強(qiáng)度E不變,所以帶電油滴所受電場力不變,選項(xiàng)D正確。8.(2018湖北荊州期末)如圖所示,質(zhì)量相同的兩個(gè)帶電粒子P、Q以相同的初速度沿垂直于電場的方向射入兩平行板間的勻強(qiáng)電場中,P從兩極板正中央射入,Q從下極板邊緣處射入,它們最后打在同一點(diǎn)(重力不計(jì)),則從開始射入到打

8、到上極板的過程中()A.它們運(yùn)動(dòng)的時(shí)間tQ=tPB.它們所帶電荷量之比qPqQ=12C.它們的電勢(shì)能減少量之比EPEQ=12D.它們的動(dòng)能增量之比EkPEkQ=14答案ABD解析帶電粒子在垂直電場方向上不受力,都做勻速直線運(yùn)動(dòng),位移相等,由x=v0t可知運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等,即tQ=tP,故A正確;平行電場方向受到電場力,做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),根據(jù)位移時(shí)間關(guān)系公式,有y=12at2=qE2mt2,解得q=2ymEt2,由于兩帶電粒子平行電場方向分位移之比為yPyQ=12,所以它們所帶的電荷量之比qPqQ=yPyQ=12,故B正確;電勢(shì)能的減少量等于電場力做的功,即E=qEy,因?yàn)樨Q直位移之比為

9、yPyQ=12,電荷量之比為qPqQ=12,所以它們電勢(shì)能減少量之比為EPEQ=14,故C錯(cuò)誤;根據(jù)動(dòng)能定理,有qEy=Ek,而qPqQ=12,yPyQ=12,所以動(dòng)能增加量之比EkPEkQ=14,故D正確。9.如圖所示,在平面直角坐標(biāo)系中有一底角是60的等腰梯形,坐標(biāo)系中有方向平行于坐標(biāo)平面的勻強(qiáng)電場,其中O(0,0)點(diǎn)電勢(shì)為6 V,A(1,3)點(diǎn)電勢(shì)為3 V,B(3,3)點(diǎn)電勢(shì)為零,則由此可判定()A.C點(diǎn)電勢(shì)為3 VB.C點(diǎn)電勢(shì)為零C.該勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小為100 V/mD.該勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小為1003 V/m答案BD解析由題意知C點(diǎn)坐標(biāo)為(4,0),在勻強(qiáng)電場中,任意兩條平行

10、線段,兩點(diǎn)間電勢(shì)差與其長度成正比,故UABAB=UOCOC,代入數(shù)值得C=0,A錯(cuò)誤,B正確;作BDAO,如圖所示,則D=3V,即AD是一條等勢(shì)線,電場強(qiáng)度方向沿OG,OGAD,由幾何關(guān)系得OG=3cm,由E=Ud得E=1003V/m,C錯(cuò)誤,D正確。二、計(jì)算題(本題共3小題,共46分)10.(14分)示波器是研究交變電流變化規(guī)律的重要儀器,其主要結(jié)構(gòu)可簡化為:電子槍中的加速電場、兩水平放置的平行金屬板中的偏轉(zhuǎn)電場和豎直放置的熒光屏,如圖所示。若已知加速電場的電壓為U1,兩平行金屬板的板長、板間距離均為d,熒光屏距兩平行金屬板右側(cè)距離也為d,電子槍發(fā)射質(zhì)量為m、電荷量為-e的電子,從兩平行金屬

11、板的中央穿過,打在熒光屏的中點(diǎn)O。不計(jì)電子進(jìn)入加速電場的速度及電子重力。若兩金屬板間只存在豎直方向的勻強(qiáng)電場,兩板間的偏轉(zhuǎn)電壓為U2,電子會(huì)打在熒光屏上某點(diǎn),該點(diǎn)到O點(diǎn)距離為32d,求U1和U2的比值U1U2。答案12解析在電子加速過程中,由動(dòng)能定理得eU1=12mv02電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)區(qū)做類平拋運(yùn)動(dòng),如圖所示,在此過程中,電子的水平位移d=v0t電子的加速度a=eEm偏轉(zhuǎn)電場的電場強(qiáng)度E=U2d離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)沿電場方向的位移y=12at2設(shè)離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)速度的偏轉(zhuǎn)角為,則tan=vyv0=atv0打到熒光屏上的亮點(diǎn)的位置到O點(diǎn)的距離y=y+dtan由題意可知y=3d2由以上各式聯(lián)立可解得U1U2

12、=12。11.(15分)如圖甲所示,相距d=15 cm的A、B兩極板是在真空中平行放置的金屬板,當(dāng)給它們加上電壓后,它們之間的電場可視為勻強(qiáng)電場。今在A、B兩板之間加上如圖乙所示的交流電壓,交流電壓的周期T=1.010-6 s,t=0時(shí)A板的電勢(shì)比B板的電勢(shì)高,且U0=1 080 V,一個(gè)比荷qm=1.0108 C/kg的帶負(fù)電荷的粒子在t=0時(shí)刻從B板附近由靜止開始運(yùn)動(dòng),不計(jì)重力。(1)當(dāng)粒子的位移為多大時(shí),粒子的速度第一次達(dá)到最大,最大值是多少?(2)粒子運(yùn)動(dòng)過程中,將與某一極板相碰撞,求粒子碰撞極板時(shí)速度的大小。答案(1)0.04 m2.4105 m/s(2)2.1105 m/s解析粒子

13、在電場中的運(yùn)動(dòng)情況比較復(fù)雜,可借助于v-t圖像分析運(yùn)動(dòng)的過程,如圖所示為一個(gè)周期的v-t圖像,以后粒子將重復(fù)這種運(yùn)動(dòng)。(1)在0T3時(shí)間內(nèi),粒子加速向A運(yùn)動(dòng);當(dāng)t=T3時(shí),粒子速度第一次達(dá)到最大,根據(jù)牛頓第二定律可知,粒子運(yùn)動(dòng)的加速度為a=Fm=qU0md,設(shè)粒子的最大速度為vm,此時(shí)位移為x,則x=12at2=12qU0mdT32=0.04m,vm=at=qU0T3md=2.4105m/s。(2)粒子在一個(gè)周期的前2T3時(shí)間內(nèi),先加速后減速向A板運(yùn)動(dòng),位移為xA;在后T3時(shí)間內(nèi),先加速后減速向B運(yùn)動(dòng),位移為xB,以后的每個(gè)周期將重復(fù)上述運(yùn)動(dòng),由于粒子加速和減速運(yùn)動(dòng)中的加速度大小相等,即有xA

14、=2x=0.08m,xB=2qU02mdT62=0.02m。所以粒子在一個(gè)周期內(nèi)的位移x=xA-xB=0.06m。顯然,第2個(gè)周期末粒子距A板的距離為l=d-2x=0.03m0.04m,表明粒子將在第3個(gè)周期內(nèi)的前T3時(shí)間內(nèi)到達(dá)A板,設(shè)粒子到達(dá)A板的速度為v,則由v2=2aL,得v2=2qU0Lmd,解得v=2.1105m/s。12.(17分)如圖所示,電荷量q=+210-3 C、質(zhì)量m=0.1 kg的小球B靜置于光滑的水平絕緣板右端,板的右側(cè)空間有范圍足夠大的、方向水平向左、電場強(qiáng)度E=103 N/C的勻強(qiáng)電場。與B球形狀相同、質(zhì)量為0.3 kg的絕緣不帶電小球A以初速度v0=10 m/s向

15、B運(yùn)動(dòng),兩球發(fā)生彈性碰撞后均逆著電場的方向進(jìn)入電場,在電場中兩球又發(fā)生多次彈性碰撞,已知每次碰撞時(shí)間極短,小球B所帶電荷量始終不變,重力加速度g取10 m/s2。求:(1)第一次碰撞后瞬間兩小球的速度大小;(2)第二次碰撞前瞬間小球B的動(dòng)能;(3)第三次碰撞的位置。答案(1)5 m/s15 m/s(2)6.25 J(3)在第一次碰撞點(diǎn)右方5 m,下方20 m處解析(1)第一次碰撞時(shí)兩小球動(dòng)量守恒,即3mv0=3mv1+mv2機(jī)械能守恒,即123mv02=123mv12+12mv22解得碰后瞬間A的速度v1=5m/s,B的速度v2=15m/s。(2)碰后A、B兩球進(jìn)入電場,豎直方向二者相對(duì)靜止,均做自由落體運(yùn)動(dòng);水平方向上,A做勻速直線運(yùn)動(dòng),B做勻減速直線運(yùn)動(dòng),其加速度大小aB=qEm=20m/s2設(shè)經(jīng)過時(shí)間t兩小球再次相碰,則有v1t=v2t-12aBt2解得t=1s此時(shí),B的水平速度vx=v2-aBt=-5m/s(負(fù)號(hào)表明方向向左)豎直速度vy=gt=10m/s故第二次碰前B的動(dòng)能EkB=12mvB2=12m(vx2+vy2)=6