(新教材)2020版物理必修第三冊課后練習(xí)：靜電場中的能量測評含解析

1、1 / 9 教學(xué)資料范本 2 / 9 2020版物理人教版必修第三冊課后練習(xí)：靜電場 中的能量測評含解析 編輯： _ 時間： _ （新教3 / 9 第十章測評 （時間:60 分鐘 滿分:100 分） 一、選擇題（本題共 12 個小題，每題 4 分，共 48 分。16 是單選題，712 是多選題，多 選、錯選均不得分,漏選得 2 分） 1.下面是某同學(xué)對電場中的一些概念及公式的理解 ，其中正確的是（ ） A. 根據(jù)電場強(qiáng)度的定義式 E=?可知，電場中某點的電場強(qiáng)度與試探電荷所帶的電荷量成反比 B. 根據(jù)電容的定義式 C=?可知，電容器的電容與其所帶電荷量成正比 ,與兩極板間電壓成反比 ? C.

2、根據(jù)真空中點電荷的電場強(qiáng)度公式 E=k?可知,電場中某點的電場強(qiáng)度與場源電荷所帶的電 荷量無關(guān) D. 根據(jù)電勢差的定義式 UAB=?7J；?可知，帶電荷量為 1 C 的正電荷，從 A 點移動到 B 點克服靜電 力做功為 1 J，則 A、B 兩點間的電勢差為-1 V 解電場強(qiáng)度取決于電場本身，與有無試探電荷無關(guān)，A 錯誤;電容取決于電容器本身，與電容器 99 所帶電荷量和兩極板間電壓無關(guān) ，B 錯誤;E=k ?中，Q 是場源電荷，所以電場中某點的電場強(qiáng)度與 Q 成正比,C 錯誤；由 UAB= ?知,D 正確。 2空間存在甲、乙兩相鄰的金屬球 ，甲球帶正電，乙球原來不帶電，由于靜電感應(yīng)，兩球在空間

3、形 成了如圖所示穩(wěn)定的靜電場。實線為其電場線 ，虛線為其等勢線,A、B 兩點與兩球球心連線位 于同一直線上，C、D 兩點關(guān)于直線 AB 對稱，則（ ） A. A 點和 B 點的電勢相同 B. C 點和 D 點的電場強(qiáng)度相同 C. 正電荷從 A 點移至 B 點,靜電力做正功 D電荷從 C 點沿直線 CD 移至 D 點,電勢能先增加后減少 解由題圖可知 加 掃,所以正電荷從 A 移至 B,電勢減小，靜電力做正功故 A 錯誤,C 正確。 ,故 B 錯誤。負(fù)電荷從 C 點沿直線 CD 移至 D 點，電勢能先減少后 增加，所以 D 錯誤,故選 Co 3. 如圖所示，一圓環(huán)上均勻分布著正電荷 ,x軸垂直于

4、環(huán)面且過圓心 0。下列關(guān)于 x軸上的電場 強(qiáng)度和電勢的說法中正確的是 （ ） A. 0 點的電場強(qiáng)度為零，電勢最低 B. 0 點的電場強(qiáng)度為零，電勢最高 C. 從 0 點沿 x軸正方向，電場強(qiáng)度減小，電勢升高 D. 從 0 點沿 x軸正方向，電場強(qiáng)度增大，電勢降低 C、D 兩點電場強(qiáng)度方向不同 4 / 9 解根據(jù)電場的對稱性和電場的疊加原理知 ，0 點的電場強(qiáng)度為零。在 x 軸上，電場強(qiáng)度的方向 自 0 點分別指向 x軸正方向和 x 軸負(fù)方向，且沿電場線方向電勢越來越低 ，所以 0 點電勢最5 / 9 放，則小球運動到繩豎直B 點位置時繩的拉力大小為（ 1 3 C.2mg D.4mg ，根據(jù)平

5、衡條件得靜電力 1 程，由動能定理可得 mgL-qEL= qmv2,在最低點受力分析 3 繩子對球的拉力 FT= -mg,B 對。 3 A.mg B.2mg 解小球在平衡點受力分析 F電=qE=mg tan 37，小球從 A 到 B 的過 ? ,由圓周運動的特點得 FT-mg=-?,得出 vo從 a 點豎直向上射入勻強(qiáng)電場中， b 點時，速率為 2vo,方向與電場方向一致，則 a、b 5. 如圖所示，一質(zhì)量為 m、帶電荷量為 q 的粒子，以初速度 勻強(qiáng)電場方向水平向右。粒子通過電場中的 兩點間的電勢差為（ ） A 泌 B 込 C 2222f 2? ? ? 解題意可知，粒子受重力和水平方向的靜電

6、力作用，由加速度定義 a=f；可得加速度的大小 D込 2? ax=2ay=2g,由牛頓第二定律可知，qE=2mg,水平位移 x=vot,豎直位移 y=-p,I卩 x=2y,因此靜電力 做功 W1=qEx=qU ab,重力做功 W2=-mgy=乎,由動能定理得：W1+W2=1m（2vo）2-g ?/,解 得 .Il 2?2 得：Uab= 一?一 6. 如圖所示,0 是一固定的點電荷，虛線是該點電荷產(chǎn)生的電場中的三條等勢線 ，正點電荷 q 僅受 靜電力的作用沿實線所示的軌跡從 a 處運動到 b 處,然后又運動到 c 處。由此可知（ ） A. 0 為負(fù)電荷 B. 在整個過程中 q 的速度先變大后變小

7、 C. 在整個過程中 q 的加速度先變小后變大 D. 在整個過程中，靜電力做功為零 解點電荷和正點電荷的距離先減少后增大 ，由庫侖定律知，靜電力先增大后減小,根據(jù)牛頓第 二定律，加速度先變大后變小，C 錯;由軌跡為曲線時合力指向凹形一側(cè)知 ，靜電力必為斥力，0 是 一固定的點電荷，必帶正電，A錯;a到b靜電力做負(fù)功，b到c靜電力做正功，q的速度先變小后變 大,B錯;固定的正點電荷的等勢線為一簇同心圓 ，a 與 c 等勢，所以在整個過程中，靜電力做功為 零，D 對。 高。在 x軸上離 0 點無限遠(yuǎn)處的電場強(qiáng)度為零 ，所以沿 x 軸正方向和 x軸負(fù)方向的電場強(qiáng)度先 增大后減小。選項 B 對。 4.

8、 如圖所示，空間內(nèi)存在水平勻強(qiáng)電場，不可伸長的輕繩一端固定于 0 點，另一端系一質(zhì)量為 m 的帶正電小球，小球可以在圖中虛線位置保持靜止?，F(xiàn)將小球拉至繩水平后由 A 點無初速度釋 6 / 9 7. 如圖所示,平行金屬板 A、B 之間有加速電場,C、D 之間有偏轉(zhuǎn)電場,M 為熒光屏。今有質(zhì)子、 氘核和a粒子均從 A 板由靜止開始經(jīng)加速電場加速后垂直于電場方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場 ，最后打在 熒光屏上。已知質(zhì)子、氘核和 a粒子的質(zhì)量之比為 1 : 2 : 4,電荷量之比為 1 ： 1 : 2,則下列判 斷正確的是（ ） 7 / 9 A. 三種粒子從 B 板運動到熒光屏經(jīng)歷的時間相同 B. 三種粒子打到熒光

9、屏上的位置相同 C. 加速電場的靜電力對三種粒子做功之比為 1 : 2 : 4 D. 偏轉(zhuǎn)電場的靜電力對三種粒子做功之比為 1 ： 1 ： 2 解設(shè)加速電場的電壓為 U1,偏轉(zhuǎn)電場的電壓為 U2,偏轉(zhuǎn)極板的長度為 L,板間距離為 d。在加 速電場中，由動能定理得 q5 = 1 ?2，故加速電場的靜電力對三種粒子做功之比等于電荷量之 比，即 1 ： 1 ： 2,故 C 錯誤。經(jīng)加速電場獲得的速度為 w = V2?三種粒子從 B 板運動到熒光屏 的過程，在水平方向做速度為 vo的勻速直線運動，由于三種粒子的比荷不同，則 vo不同，所以三種 粒子從 B 板運動到熒光屏經(jīng)歷的時間不同 ，故 A 錯誤。

10、根據(jù) y=?J?可知,y 與粒子的種類、質(zhì) 4? 量、電荷量無關(guān)，故三種粒子偏轉(zhuǎn)距離相同，打到熒光屏上的位置相同，故 B 正確。偏轉(zhuǎn)電場的 靜電力做功為 W=?則 W 與 q 成正比，三種粒子的電荷量之比為 1 : 1 : 2,則偏轉(zhuǎn)電場的靜電 力對三種粒子做功之比為 1 : 1 : 2,故 D 正確。 如圖所示的電路中,AB 是兩金屬板構(gòu)成的平行板電容器。先將開關(guān) K 閉合,等電路穩(wěn)定后再將 K 斷開,然后將 B 板向下平移一小段距離，并且保持兩板間的某點 P 與 A 板的距離不變。則下 列說法正確的是（ ） A. 電容器的電容變小 B. 電容器內(nèi)部電場強(qiáng)度大小變大 C. 電容器內(nèi)部電場強(qiáng)度

11、大小不變 D. P 點電勢升高 9.如圖，一帶負(fù)電荷的油滴在勻強(qiáng)電場中運動 ，其軌跡在豎直面（紙面）內(nèi)，且相對于過軌跡最低點 P 的豎直線對稱。忽略空氣阻力。由此可知 （ ） A. Q 點的電勢比 P 點高 B. 油滴在 Q 點的動能比它在 P 點的大 C. 油滴在 Q 點的電勢能比它在 P 點的大 D. 油滴在 Q 點的加速度大小比它在 P 點的小 8. 8 / 9 解由于軌跡關(guān)于 P 點對稱，根據(jù)曲線運動合力方向應(yīng)指向曲線凹側(cè),在 P 點合力方向豎直向 上，則電場線方向豎直向下，沿電場線方向電勢降低,選項 A 正確；根據(jù) Ep=帕可知，油滴在 Q 點 的電勢能小于在 P 點的電勢能，選項

12、C 錯誤;油滴所受合力豎直向上，根據(jù)動能定理可知，油滴在 Q 點的動能大于 P點，選項 B 正確；油滴所受合力大小不變，加速度也始終不變，選項 D 錯誤。 答案 AB I M 計 I * 4 * V N 10. 如圖所示，在兩等量異種點電荷的電場中 ，MN為兩電荷連線的中垂線，a、b、c 三點所在直線 平行于兩電荷的連線，且 a 點和 c 點關(guān)于 MN 對稱、b 點位于 MN 上,d 點位于兩電荷的連線 上。以下判斷正確的是（ ） A. b 點電場強(qiáng)度大于 d 點電場強(qiáng)度 B. b 點電場強(qiáng)度小于 d 點電場強(qiáng)度 C. a、b 兩點間的電勢差等于 b、c 兩點間的電勢差 D. 試探電荷+q 在

13、 a 點的電勢能小于在 c 點的電勢能 M 1 I I i I |如圖所示，兩電荷連線的中點位置用 0 表示，在中垂線 MN 上，0 點電場強(qiáng)度最大，在兩電荷 之間連線上，0 點電場強(qiáng)度最小，即 EbEo，EoEd，故 Eb D 兩點沿電場強(qiáng)度方向的距離 y=2at =3? 代入數(shù)據(jù)解得 y= 7 500 i m=0.01 m。 3X1.5X 1 聯(lián)立以上各式得所形成的面積 S=2n ?；?%.O m2,可以通過減小 h或增大 E 來實現(xiàn)。 答案(1)1 .2X10-10 J面積為 4.0 m2可以通過減小 h或增大 E 來實現(xiàn) 5 V/m, 塊足夠大的接地金 屬板水平放置在勻強(qiáng)電場中，在金屬

14、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 vo=2.OX1O2 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=2.0X10-15 kg、電荷量為 q=+10-12 C 的帶電粒子，粒子最終落在金屬板 b 上，若不計粒子重力,求:(結(jié)果保留兩位有效數(shù) 字) (1) 帶電粒子打在金屬板上時的動能。 (2) 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)不計粒子重力，只有靜電力做功，對粒子由動能定理得 qUab=Ek-；?y 可得帶電粒子打在金屬板上時的動能為 Ek=qU

15、ab+；?02=1.2X1O-10 J。 (2)粒子源射出的粒子打在金屬板上的范圍以粒子水平拋出的落點為邊界。設(shè)水平拋出后 1c ? c t 時刻落在板上:x=v0t,h= 2at2,a= ?,S= n2 .01 m 12 / 9 17.如圖所示，在沿水平方向的勻強(qiáng)電場中有一固定點 O,用一根長度為 1=0.20 m 的絕緣輕線把 質(zhì)量m=0.10 kg、帶有正電荷的金屬小球懸掛在 O點，小球靜止在B點時輕線與豎直方向的夾 角0=37?，F(xiàn)將小球拉至位置 A,使輕線水平張緊后由靜止釋放。 g 取 10 m/s2,sin 37 =0.60,cos 37 =0.80。求: (1) 小球所受靜電力的大

16、??； (2) 小球通過最低點 (3) 小球通過最低點 .1(1)小球受重力 根據(jù)共點力平衡條件有 (2)設(shè)小球到達(dá)最低點時的速度為 v,小球從水平位置運動到最低點的過程中 ，根據(jù)動能定理 有 mgl-FI= ；mv2 解得 v= V2?(?tan37 )= 1.0 m/s。 設(shè)小球通過最低點 C 時細(xì)線對小球的拉力大小為 FT ? 根據(jù)牛頓第二定律有 軍得 FT= 1.5 N。 答案(1)0 75 N (2)1.0 m/s 18.如圖所示，在 xOy 平面內(nèi)，有沿 y 軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度大小為 E(圖中未畫出),由 A 點斜射出質(zhì)量為 m、帶電荷量為+q 的粒子,B 和 C 是粒子運動軌跡上的兩點，其中 lo為常數(shù)。 粒子所受重力忽略不計。求： 粒子從 A 到 C 過程中靜電力對它做的功； (2) 粒子從 A 到 C 過程所經(jīng)歷的時間； (3) 粒子經(jīng)過 C 點時的速率。 *1)WAc=qE(yA-yc)=3qEl0。 (2)根據(jù)拋體運動的特點，粒子在 軸上，可令 tAD=t DB=T，貝 y tBC=T ?