2020-2021學(xué)年高中物理 第十章 靜電場中的能量 單元素養(yǎng)評價新人教版必修3

1、2020-2021學(xué)年高中物理 第十章 靜電場中的能量 單元素養(yǎng)評價新人教版必修32020-2021學(xué)年高中物理 第十章 靜電場中的能量 單元素養(yǎng)評價新人教版必修3年級：姓名：- 18 -單元素養(yǎng)評價(二)(第十章)(60分鐘60分)一、選擇題(本題共11小題,每小題3分,共33分)1.下列說法中正確的是()a.電場線密集處場強(qiáng)大,電勢高b.沿電場線方向場強(qiáng)減小,電勢降低c.在電勢高處電荷具有的電勢能也大d.場強(qiáng)為零處,電勢不一定為零【解析】選d。電場線密集處場強(qiáng)大,電勢不一定高,a錯誤;沿電場線方向電勢降低,但場強(qiáng)不一定減小,b錯誤;正電荷在電勢高處具有較大的電勢能,但對于負(fù)電荷,此現(xiàn)象正好

2、相反,c錯誤;場強(qiáng)大小與電勢高低無必然關(guān)系,d正確。2.(2020臨沂高二檢測)如圖所示,在粗糙的水平面上固定一個點電荷q,在m點無初速度釋放一個帶有恒定電荷量的小物塊,小物塊在q的電場中運動到n點停止,則從m到n的過程中,下列說法錯誤的是()a.小物塊所受的靜電力逐漸減小b.小物塊具有的電勢能逐漸減小c.m點的電勢一定高于n點的電勢d.小物塊電勢能的減少量一定等于克服摩擦力做的功【解析】選c。小物塊在從m運動到n的過程中,一定受到向右的摩擦力,所以庫侖力一定向左。隨著由m運動到n,離電荷q距離越來越大,所以小物塊受到的靜電力即庫侖力一定減小,a正確;由動能定理可得mgx-we=0,即we=m

3、gx,靜電力做正功,小物塊具有的電勢能減小,其減少量等于克服滑動摩擦力做功的值,b、d正確;因點電荷q的電性未知,不能判斷m、n兩點電勢的高低,c錯誤?！炯庸逃?xùn)練】(多選)(2018全國卷) 圖中虛線a、b、c、d、f代表勻強(qiáng)電場內(nèi)間距相等的一組等勢面,已知平面b上的電勢為2 v。一電子經(jīng)過a時的動能為10 ev,從a到d的過程中克服電場力所做的功為6 ev。下列說法正確的是()a.平面c上的電勢為零b.該電子可能到達(dá)不了平面fc.該電子經(jīng)過平面d時,其電勢能為4 evd.該電子經(jīng)過平面b時的速率是經(jīng)過d時的2倍【解析】選a、b。勻強(qiáng)電場中等勢面間距相等,則相鄰等勢面之間的電勢差相等。一電子從

4、a到d的過程中克服電場力所做的功為6 ev,則uad=6 v,故ubc=2 v,即b-c=2 v,而b=2 v,解得:c=0,故選項a正確;由于af之間的電勢差uaf=8 v,一電子經(jīng)過a時的動能為10 ev,電子運動的方向不確定,則電子可能經(jīng)過平面f,也可能到達(dá)不了平面f,故選項b正確; 因為c=0,則電子在平面b的電勢能epb=-2 ev,而ubd=4 v,電子從b到d的過程,電場力做功wbd=-eubd=-4 ev。電子從b到d的過程,wbd=epb-epd,解得epd=2 ev,故選項c錯誤;uab=2 v、uad=6 v,電子從a到b的過程根據(jù)動能定理有:-euab=m-m,電子從a

5、到d的過程,根據(jù)動能定理有:-euad=m-m,解得vb=vd,故選項d錯誤。3.(2020廣州高二檢測)如圖所示,平行板a、b組成的電容器與電池e連接,平行板電容器p處固定放置一帶負(fù)電的點電荷,平行板b接地?，F(xiàn)將電容器的b板向下稍微移動,則()a.點電荷所受電場力增大b.點電荷在p處的電勢能減少c.p點電勢減小d.電容器的帶電荷量增加【解析】選b。因電容器與電源始終相連,故兩板間的電勢差不變,b板下移,則板間距離d增大,則板間電場強(qiáng)度e變小,由f=eq可知電荷所受電場力變小,故a錯誤;板間距離d增大,則板間電場強(qiáng)度e變小,由u=ed知,p與a板的電壓減小,而a的電勢不變,故p的電勢升高,由e

6、p=q而q為負(fù)值,故電勢能減小,故b正確,c錯誤;由q=cu,又有c=,故c減小,q減小,故d錯誤。故選b。4.(2020淄博高二檢測)一帶電粒子僅在靜電力作用下從a點開始以-v0做直線運動,其v -t圖像如圖所示。粒子在t0時刻運動到b點,3t0時刻運動到c點,下列判斷正確的是()a.a、b、c三點的電勢關(guān)系為bacb.a、b、c三點的場強(qiáng)大小關(guān)系為ecebeac.粒子從a點經(jīng)b點運動到c點,電勢能先增加后減少d.粒子從a點經(jīng)b點運動到c點,靜電力先做正功后做負(fù)功【解析】選c。由題圖v -t圖像知道帶電粒子在ot0時間內(nèi)做減速運動,靜電力做負(fù)功,電勢能增大;在t03t0時間內(nèi)做反方向加速運動

7、,靜電力做正功,電勢能減小,選項c正確,d錯誤;因為不知道帶電粒子電性,本題中無法判斷電勢的高低,選項a錯誤;題圖中斜率表示帶電粒子的加速度,qe=ma,可知a、b、c三點中eb最大,選項b錯誤。5.(2020德州高二檢測)水平放置的平行金屬板a、b連接一恒定電壓,兩個質(zhì)量相等的電荷m和n同時分別從極板a的邊緣和兩極板的正中間沿水平方向進(jìn)入板間電場,兩電荷恰好在板間某點相遇,如圖所示。若不考慮電荷的重力和它們之間的相互作用,則下列說法正確的是()a.電荷m的比荷大于電荷n的比荷b.兩電荷在電場中運動的加速度相等c.從兩電荷進(jìn)入電場到兩電荷相遇,靜電力對電荷m做的功等于靜電力對電荷n做的功d.電

8、荷m進(jìn)入電場的初速度大小與電荷n進(jìn)入電場的初速度大小一定相同【解析】選a。設(shè)兩板間電壓為u,間距為d,長為l。則由題意:vnt+vmt=lt2+=t2由式分析得vm、vn不一定相同,d錯誤;由式分析得,a正確;由進(jìn)一步分析可得兩個電荷的加速度aman,靜電力對電荷所做的功wmwn,b、c錯誤。6.平行板a、b組成電容器,充電后與靜電計相連,要使靜電計指針張角變大,下列措施可行的是()a.a板向上移動b.b板向左移動c.a、b板間插入電介質(zhì)d.減少極板上的電荷量【解析】選a。a板向上移動,正對面積s減小,或b板向右移動,距離d增大,根據(jù)c=,電容c均減小,由u=知電勢差u變大,靜電計指針偏轉(zhuǎn)角度

9、增大,a正確、b錯誤;a、b板間插入電介質(zhì),相對介電常數(shù)r增大,根據(jù)c=,電容c增大,由u=知電勢差u變小,靜電計指針偏轉(zhuǎn)角度減小,c錯誤;由u=得,減小電荷量q,電勢差u變小,靜電計指針偏轉(zhuǎn)角度減小,d錯誤。故選a。7.空中一點電荷形成的電場中的部分電場線如圖所示,分別標(biāo)記為1、2、3、4、5,且1、2和5、4分別關(guān)于3對稱。以電場線3上的某點為圓心畫一個圓,圓與各電場線的交點分別為a、b、c、d、e,則下列說法中正確的是()a.電場強(qiáng)度eaecb.電勢bdc.將一正電荷由a點移到d點,電場力做正功d.將一負(fù)電荷由b點移到e點,電勢能減小【解析】選a。由點電荷電場分布特點可知,以點電荷為圓心

10、的圓上各點的電勢和場強(qiáng)大小均相等,沿如題圖所示的電場方向,等勢面的電勢越來越低,電場線越來越密,故eaec,a正確;b=d,b錯誤;uad0,正電荷由a點移到d點時,wad=uadq0,負(fù)電荷由b點移到e點時,wbe=ube(-q)0),在豎直向下的勻強(qiáng)電場中剛好與水平面成30角以速度v0向上做勻速直線運動。重力加速度為g。(1)求勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度的大小;(2)若電場方向改為垂直速度方向斜向下,要使液滴仍做直線運動,電場強(qiáng)度為多大?液滴前進(jìn)多少距離后可返回?【解析】(1)因為液滴處于平衡狀態(tài),所以有eq=mg解得e=。(2)電場方向改變,液滴受力分析如圖所示。液滴做直線運動時,垂直速度方向的

11、合力為零,即qe=mgcos30解得e=液滴在運動方向的反方向上的合力f=mgsin30,由牛頓第二定律做減速運動的加速度大小為a=gsin30=液滴可前進(jìn)的距離s=。(或由動能定理-mgsin30s=0-m得液滴可前進(jìn)的距離s=)答案:(1)(2)13.(9分)電荷量為q=110-4 c的帶正電小物塊置于粗糙的絕緣水平面上,所在空間存在沿水平方向的勻強(qiáng)電場,場強(qiáng)e與時間t的關(guān)系及物塊速度v與時間t的關(guān)系分別如圖甲、乙所示,若重力加速度g取10 m/s2,求:(1)物塊的質(zhì)量m。(2)物塊與水平面之間的動摩擦因數(shù)。(3)物塊運動2 s過程中,其電勢能的改變量?！窘馕觥?1)、(2)由題圖可知:

12、e1=3104 n/c,e2=2104 n/c,a1=2 m/s2。e1q-mg=ma1e2q-mg=0由代入數(shù)據(jù)得m=0.5 kg,=0.4。(4分)(3)物塊運動2 s過程中,電場力做功w=e1ql1+e2ql2=3104110-421 j+2104110-421 j=7 j。則電勢能減少7 j。(5分)答案:(1)0.5 kg(2)0.4(3)電勢能減少7 j14.(9分)如圖所示,在e=103 v/m的水平向左勻強(qiáng)電場中,有一光滑半圓形絕緣軌道豎直放置,軌道與一水平絕緣軌道m(xù)n連接,半圓軌道所在豎直平面與電場線平行,其半徑r=0.4 m,一帶正電荷q=10-4 c的小滑塊質(zhì)量為m=0.

13、04 kg,與水平軌道間的動摩擦因數(shù)=0.2,g取10 m/s2,求:(1)要使小滑塊能運動到半圓軌道的最高點l,滑塊應(yīng)在水平軌道上離n點多遠(yuǎn)處釋放?(2)這樣釋放的滑塊通過p點時對軌道壓力是多大?(p為半圓軌道中點)【解析】(1)滑塊剛能通過軌道最高點的條件是mg=m,v=2 m/s(1分)滑塊由釋放點到最高點過程,由動能定理得:qex-mgx-2mgr=mv2(1分)所以x=(1分)代入數(shù)據(jù)得x=20 m(1分)(2)滑塊過p點時,由動能定理:-mgr-qer=mv2-m(1分)所以=v2+2(g+)r(1分)在p點由牛頓第二定律:fn-qe=(1分)所以fn=3(mg+qe)(1分)代入

14、數(shù)據(jù)得:fn=1.5 n(1分)根據(jù)牛頓第三定律可知滑塊通過p點時對軌道的壓力大小為1.5 n。答案:(1)20 m(2)1.5 n(30分鐘40分)15.(5分)(多選)兩個點電荷q1和q2固定在x軸上o、d兩點,兩者之間連線上各點電勢高低如圖中曲線所示(obbd),取無窮遠(yuǎn)處電勢為零,由圖可知()a.b點電場強(qiáng)度為零b.q1為負(fù)電荷,q2為正電荷c.q1電荷量一定大于q2電荷量d.將電子沿x軸從a點移到c點,靜電力一直做正功【解析】選b、c、d。由e=知,b點的電場強(qiáng)度不為零,a錯誤;因無窮遠(yuǎn)處電勢為零,所以負(fù)點電荷電場中的電勢為負(fù),正點電荷電場中的電勢為正,結(jié)合題圖可知,q1為負(fù)電荷,q

15、2為正電荷,b正確;由題圖可知,電勢零點離d點較近,故q1電荷量一定大于q2電荷量,c正確;將電子沿x軸從a點移到c點,電勢一直升高,電子的電勢能一直減小,靜電力一直做正功,d正確。16.(5分)(多選)如圖所示,a、b、c、d是真空中一正四面體的四個頂點(正四面體是由四個全等正三角形圍成的空間封閉圖形),所有棱長都為a。現(xiàn)在a、b兩點固定電荷量分別為+q和-q的兩個點電荷,靜電力常量為k,下列說法正確的是()a.cd棱上各點電勢相等b.c、d兩點的場強(qiáng)方向相同,大小相等且均為c.將一負(fù)電荷沿cd棱從c點移動到d點,電場力先做正功后做負(fù)功d.將一正電荷沿cd棱從c點移動到d點,電場力先做正功后

16、做負(fù)功【解析】選a、b。據(jù)題,+q、-q是兩個等量異種點電荷,通過ab的中垂面是一等勢面,c、d在同一等勢面上,電勢相等,c、d兩點的場強(qiáng)都與等勢面垂直,方向指向b一側(cè),方向相同,根據(jù)對稱性可知,場強(qiáng)大小相等,故c、d兩點的場強(qiáng)、電勢均相同。兩個電荷在c點產(chǎn)生的場強(qiáng)大小:e1=e2=,方向的夾角為120,則c點的合場強(qiáng)e=e1=e2= ,如圖。故a、b正確;因cd是等勢面,故無論是正電荷還是負(fù)電荷沿cd棱從c點移動到d點,電場力都不做功,選項c、d錯誤。17.(5分)(多選)(2020江蘇高考)如圖所示,絕緣輕桿的兩端固定帶有等量異號電荷的小球(不計重力)。開始時,兩小球分別靜止在a、b位置。

17、現(xiàn)外加一勻強(qiáng)電場e,在靜電力作用下,小球繞輕桿中點o轉(zhuǎn)到水平位置,取o點的電勢為0。下列說法正確的有()a.電場e中a點電勢低于b點b.轉(zhuǎn)動中兩小球的電勢能始終相等c.該過程靜電力對兩小球均做負(fù)功d.該過程兩小球的總電勢能增加【解析】選a、b。沿著電場線方向,電勢降低,a正確;由于o點的電勢為0,根據(jù)勻強(qiáng)電場的對稱性a=-b,又qa=-qb,ep=q,所以epa=epb,b正確;a、b位置的小球受到的靜電力分別水平向右、水平向左,絕緣輕桿順時針旋轉(zhuǎn),靜電力對兩小球均做正功,靜電力做正功,電勢能減少,c、d錯誤。18.(10分)半徑為r的絕緣光滑圓環(huán)固定在豎直平面內(nèi),環(huán)上套有一質(zhì)量為m、帶正電荷

18、的珠子,空間存在水平向右的勻強(qiáng)電場,如圖所示。珠子所受靜電力是重力的。將珠子從環(huán)上的最低點a由靜止釋放(重力加速度為g),則:(1)珠子所能獲得的最大動能是多少?(2)珠子對圓環(huán)的最大壓力是多少?【解析】(1)因qe=mg,所以靜電力與重力的合力f合與豎直方向的夾角滿足tan =,故=37(1分)如圖所示,設(shè)ob與豎直方向的夾角為,則b點為等效最低點,珠子由a點靜止釋放后從a到b的過程中做加速運動,珠子在b點動能最大,對圓環(huán)的壓力最大。(1分)由動能定理得qersin -mgr(1-cos)=ekm (2分)解得ekm=mgr。(1分)(2)設(shè)珠子在b點受圓環(huán)彈力為fn,有fn-f合=m(2分

19、)則fn=f合+m=+mg=mg(2分)由牛頓第三定律得珠子對圓環(huán)的最大壓力為mg。(1分)答案:(1)mgr(2)mg【加固訓(xùn)練】如圖所示,長l=0.20 m的絕緣絲線的一端拴一質(zhì)量為m=1.010-4 kg、帶電荷量為q=+1.010-6 c的小球,另一端連在一水平軸o上,絲線拉著小球可在豎直平面內(nèi)做圓周運動,整個裝置處在豎直向上的勻強(qiáng)電場中,電場強(qiáng)度e=2.0103 n/c。現(xiàn)將小球拉到與軸o在同一水平面上的a點,然后無初速度地將小球釋放,取g=10 m/s2,不計空氣阻力。求:(1)小球通過最高點b時速度的大小;(2)小球通過最高點b時,絲線對小球拉力的大小?！窘馕觥?1)小球由a運動到b,由動能定理有:qel-mgl=vb=2 m/s。(2)設(shè)小球到達(dá)b點時,受重力mg、電場力qe和絲線拉力ftb作用,mg=1.010-410 n=1.010-3 nqe=1.010-62.0103 n=2.010-3 n因為qemg,而qe方向豎直向上,m