專題06電場和磁場的基本性質(zhì)（解析版）

專題06電場和磁場的基本性質(zhì)一、單選題1.（2022?江蘇南通?模擬預(yù)測）如圖所示，有一個均勻帶正電的絕緣球體，球心為O/,球體內(nèi)有一個球形空腔，球心為。2,M、N為兩球心連線上兩點(diǎn)，P、。連線過球心。/且與M、N連線垂直，且M、N、P、Q四點(diǎn)到。/距離相等。則（）A.P、。兩點(diǎn)電場強(qiáng)度相同B.P點(diǎn)電場強(qiáng)度比N點(diǎn)的小C.M點(diǎn)電勢比N點(diǎn)的低D.M點(diǎn)電勢比P點(diǎn)的高【答案】D【詳解】A.根據(jù)對稱性可知P、Q兩點(diǎn)電場強(qiáng)度大小相同但方向不同，故A錯誤；B.將球形空腔視看作填滿了等量正、負(fù)電荷，且電荷量密度與球體實(shí)心部分相同，則M、N、P、Q四點(diǎn)的電場強(qiáng)度和電勢均可視為完整的均勻帶正電球體。/與均勻帶負(fù)電球體。2產(chǎn)生的電場強(qiáng)度和電勢的疊加。由于P、N到。的距離相同，所以完整的均勻帶正電球體O/在尸、N產(chǎn)生的電場強(qiáng)度（分別設(shè)為EP由EN。大小相同，且方向均背離圓心而完整的均勻帶負(fù)電球體02在N點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度EM一定大于在。點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度EP2,易知EM和方向相反，而和EP2方向夾角小于180。，根據(jù)電場強(qiáng)度的疊加法則可知P點(diǎn)電場強(qiáng)度比N點(diǎn)的大，故B錯誤；CD.規(guī)定無窮遠(yuǎn)處為電勢零點(diǎn)，由于M、N到。的距離相等，所以完整的均勻帶正電球體。在M、N產(chǎn)生的電勢相等；由于M到02的距離大于N到02的距離，所以完整的均勻帶負(fù)電球體。2在M產(chǎn)生的電勢高于在N產(chǎn)生的電勢，根據(jù)電勢的疊加可知M點(diǎn)電勢比N點(diǎn)的高，同理分析可知M點(diǎn)電勢比P點(diǎn)的高，故C錯誤，D正確。故選D。2.（2022?山東?煙臺二中模擬預(yù)測）如圖所示，高為2R的絕緣圓柱體，底面半徑為紇時〃為過兩底面圓心軸線的截面，在c點(diǎn)有一電荷量為七的點(diǎn)電荷，在〃點(diǎn)有一電荷量為p的點(diǎn)電荷，平面。汕垂直平面abed、靜電力常量為屋下列說法正確的是（）A.力點(diǎn)與g點(diǎn)電場強(qiáng)度相同B.d點(diǎn)電勢高于5點(diǎn)電勢C.正電荷沿R?運(yùn)動，電場力做正功D.7點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小為典義6R-【答案】D【詳解】A.〃點(diǎn)與g點(diǎn)電場強(qiáng)度大小相同，方向不同，A錯誤；B.在。點(diǎn)有一電荷量為p的點(diǎn)電荷，a點(diǎn)有一電荷量為p的點(diǎn)電荷，高為2A的絕緣圓柱體，底面半徑(3)由題意知，檢驗(yàn)電荷B僅在電場力作用下以大小為匕的速度正對A運(yùn)動，所以由能量守恒定律得解得最小距離為(4)重力做功對應(yīng)著重力勢能的變化，重力做正功，重力勢能減少，反之增加。電場力做功特點(diǎn)和重力做功類似，即電場力做功對應(yīng)著電勢能的變化，電場力做正功，電勢能減少，反之增加。且由可知，離點(diǎn)電荷越近，等差等勢面間距越小，同理，重力場中，離山頂越近，等差等勢線間距越小。(5)類比點(diǎn)電荷，越靠近場源電荷，受到的庫侖力越大，則越靠近山頂，偏轉(zhuǎn)角度越大，即大致軌跡如圖所示為R.4點(diǎn)電勢等于％點(diǎn)電勢，B錯誤；C.正電荷沿刈運(yùn)動，電場力做負(fù)功，C錯誤；D.電荷g在/點(diǎn)受到。、c處電荷的電場力大小分別為合力為/點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小為D正確。故選D。3.（2022?河北?高考真題）如圖，真空中電荷量為“和-儀4>0）的兩個點(diǎn)電荷分別位于M點(diǎn)與N點(diǎn)，形成一個以MN延長線上。點(diǎn)為球心，電勢為零的等勢面（取無窮處電勢為零），P為MN連線上的一點(diǎn)，5為等勢面與直線MN的交點(diǎn)，7為等勢面上的一點(diǎn)，下列說法正確的是（）A.點(diǎn)電勢低于S點(diǎn)電勢B.7點(diǎn)電場強(qiáng)度方向指向。點(diǎn)C.除無窮遠(yuǎn)處外，MN直線上還存在兩個電場強(qiáng)度為零的點(diǎn)D.將正試探電荷夕。從7點(diǎn)移到夕點(diǎn)，靜電力做正功【答案】B【詳解】A.在直線上，左邊正電荷在M右側(cè)電場強(qiáng)度水平向右，右邊負(fù)電荷在直線MN上電場強(qiáng)度水平向右，根據(jù)電場的疊加可知MN間的電場強(qiáng)度水平向右，沿著電場線電勢逐漸降低，可知P點(diǎn)電勢高于等勢面與MN交點(diǎn)處電勢，則點(diǎn)電勢高于S點(diǎn)電勢，故A錯誤；C.由于正電荷的電荷量大于負(fù)電荷電荷量，可知在N左側(cè)電場強(qiáng)度不可能為零，則N右側(cè)，設(shè)MN距離為L,根據(jù)可知除無窮遠(yuǎn)處外，直線MN電場強(qiáng)度為零的點(diǎn)只有一個，故C錯誤；D.由A選項(xiàng)分析可知：丁點(diǎn)電勢低于。電勢,則正電荷在丁點(diǎn)的電勢能低于在產(chǎn)電勢的電勢能，將正試探電荷%從7點(diǎn)移到2點(diǎn)，電勢能增大，靜電力做負(fù)功，故D錯誤；B?設(shè)等勢圓的半徑為R,AN距離為LMN距離為心如圖所示根據(jù)結(jié)合電勢的疊加原理A、S滿足解得由于電場強(qiáng)度方向垂直等勢面，可知丁點(diǎn)的場強(qiáng)方向必過等勢面的圓心，O點(diǎn)電勢可知可知丁點(diǎn)電場方向指向。點(diǎn)，故B正確。故選Bo4.（2022?北京?清華附中三模）電蚊拍利用電子電路讓兩電極間的直流電壓可升高達(dá)上千伏特，且兩電極間串聯(lián)著一個電阻值很大的電阻。它酷似網(wǎng)球拍的網(wǎng)狀拍外形，一般具有三層金屬導(dǎo)線網(wǎng)，其中構(gòu)成上、下拍面的兩層較疏的金屬網(wǎng)彼此相通，構(gòu)成同一電極，處于電路的低電勢；夾在中間的一層金屬網(wǎng)則是電路中電勢較高的另一電極。已知在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，當(dāng)電場超過30kV/cm時，空氣通常會被電離而放電。以下僅考慮兩電極的間距為5mm之金屬網(wǎng)，且兩電極間的電壓不足以使空氣電離的電蚊拍。依據(jù)上述信息，下列說法正確的是（）A.電蚊拍中間夾層的金屬網(wǎng)電勢高達(dá)上千伏特，若人體碰觸金屬網(wǎng)，會因電擊而產(chǎn)生嚴(yán)重傷害B.閃電生成的基本原理與電蚊拍電離空氣放電的原理是一樣的C.電蚊拍拍面上的電子由較高的原子能級躍遷回低能級時釋放的能量可使空氣電離D.該電蚊拍兩電極間的電壓可升高至30kV【答案】B【詳解】A.電擊對人類的危害是較長時間通過人體一個強(qiáng)電流，雖然電蚊拍中間夾層的金屬網(wǎng)電勢高達(dá)上千伏特，若人體碰觸金屬網(wǎng)，不會因電擊而產(chǎn)生嚴(yán)重傷害。一方面是因?yàn)槿梭w電阻大，另一方面是不會產(chǎn)生持續(xù)長時間的一個強(qiáng)電流，故A錯誤；BC.閃電生成的基本原理與電蚊拍電離空氣放電的原理是一樣的，均屬于兩極間電壓積累到一定程度，擊穿空氣，進(jìn)行放電，與原子能級躍遷沒有關(guān)系，故B正確、C錯誤；D.依題意，設(shè)該電蚊拍兩電極間的電壓可升高至根據(jù)代入數(shù)據(jù)可得故D錯誤。故選B。5.（2022?廣東?模擬預(yù)測）如圖所示，4B是半徑為r的圓上兩點(diǎn)，空間存在平行于圓面的勻強(qiáng)電場，將質(zhì)量為〃?、電荷量為夕的帶正電的粒子從圓心處以大小均為四的初速度向各個方向射出，結(jié)果粒子到達(dá)A、8兩點(diǎn)時動能均減少了;〃“，；，已知乙AO8=120。，不計(jì)粒子的重力，則勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小為（）A皿/"c"欣口島就2qr2qrqr3qr【答案】A【詳解】根據(jù)題意可知，A、8兩點(diǎn)等電勢，電場線垂直于A、8連線，則有電場強(qiáng)度垂直于A、8連線，由于粒子在A、3的動能小于在。點(diǎn)的動能，因此粒子在A、4的電勢能比在O點(diǎn)電勢能大，由于粒子帶正電，因此人、8電勢比。點(diǎn)電勢高，粒子從。點(diǎn)到A、B兩點(diǎn)，由動能定理可得。到人8連線的距離為d=rs\r\300由勻強(qiáng)電場的電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系可知，勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小為A正確，BCD錯誤。故選Ao6.（2022?重慶?高考真題）如圖為某同學(xué)采用平行板電容器測量材料豎直方向尺度隨溫度變化的裝置示意圖，電容器上極板固定，下極板可隨材料尺度的變化上下移動，兩極板間電壓不變。若材料溫度降低時，極板上所帶電荷量變少，則（）A.材料豎直方向尺度減小B,極板間電場強(qiáng)度不變C.極板間電場強(qiáng)度變大D.電容器電容變大【答案】A【詳解】D.根據(jù)題意可知極板之間電壓U不變，極板上所帶電荷量。變少，根據(jù)電容定義式。=告可知電容器得電容C減小，D錯誤；BC.根據(jù)電容的決定式。=總可知極板間距"增大，極板之間形成勻強(qiáng)電場，根據(jù)E可知極板間44kdd電場強(qiáng)度E減小，BC錯誤；A.極板間距d增大，材料豎直方向尺度減小，A正確。故選Ao7.（2022?北京?高考真題）利用如圖所示電路觀察電容器的充、放電現(xiàn)象，其中七為電源，R為定值電阻，。為電容器，A為電流表，V為電壓表。下列說法正確的是（）A.充電過程中，電流表的示數(shù)逐漸增大后趨于穩(wěn)定B.充電過程中，電壓表的示數(shù)迅速增大后趨于穩(wěn)定C.放電過程中，電流表的示數(shù)均勻減小至零D.放電過程中，電壓表的示數(shù)均勻減小至零【答案】B【詳解】A.充電過程中，隨著電容器C兩極板電荷量的積累，電路中的電流逐漸減小，電容器充電結(jié)束后，電流表示數(shù)為零，A錯誤；B.充電過程中，隨著電容器C兩極板電荷量的積累，電壓表測量電容器兩端的電壓，電容器兩端的電壓迅速增大，電容器充電結(jié)束后，最后趨于穩(wěn)定，B正確；CD.電容器放電的/7圖像如圖所示可知電流表和電壓表的示數(shù)不是均勻減小至0的，CD錯誤。故選B。.（2022?浙江?高考真題）下列說法正確的是（）A.恒定磁場對靜置于其中的電荷有力的作用B.小磁針N極在磁場中的受力方向是該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向C.正弦交流發(fā)電機(jī)工作時，穿過線圈平面的磁通量最大時，電流最大D.升壓變壓器中，副線圈的磁通量變化率大于原線圈的磁通量變化率【答案】B【詳解】A.恒定磁場對速度不平行于磁感線的運(yùn)動電荷才有力的作用，A錯誤；B.小磁針N極在磁場中的受力方向是該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，B正確；C.正弦交流發(fā)電機(jī)工作時，穿過線圈平面的磁通量最大時，電流為0.C錯誤；D.根據(jù)變壓器的原理可知，副線圈中磁通量的變化率小于或等于原線圈中磁通量的變化率，D錯誤。故選B。.（2022?北京?高考真題）如圖所示平面內(nèi)，在通有圖示方向電流/的長直導(dǎo)線右側(cè)，固定一矩形金屬線框必cd,邊與導(dǎo)線平行。調(diào)節(jié)電流/使得空間各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間均勻增加，則（）A.線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向?yàn)椤?B.線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流逐漸增大C.線框依/邊所受的安培力大小恒定D.線框整體受到的安培力方向水平向右【答案】D【詳解】A.根據(jù)安培定則可知，通電直導(dǎo)線右側(cè)的磁場方向垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間均勻增加，根據(jù)楞次定律可知線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向?yàn)閕fdfa,A錯誤；B.線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為空間各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間均勻增加，故線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流不變，B錯誤；C.線框〃邊感應(yīng)電流保持不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間均勻增加，根據(jù)安培力表達(dá)式七二B比，故所受的安培力變大，C錯誤；D.線框所處空間的磁場方向垂直紙面向里，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向?yàn)閍f"-。根據(jù)左手定則可知，線框4邊所受的安培力水平向右，線框力c邊所受的安培力水平向左。通電直導(dǎo)線的磁場分部特點(diǎn)可知,0邊所處的磁場較大，根據(jù)安培力表達(dá)式心=8〃可知，線框整體受到的安培力方向水平向右，D正確。故選D。二、多選題10.（2022?重慶?高考真題）如圖為兩點(diǎn)電荷Q、。'的電場等勢面分布示意圖，Q、Q'位于X軸上，相鄰等勢面的電勢差為3V。若x軸上的M點(diǎn)和N點(diǎn)位于UV等勢面上，P為某等勢面上一點(diǎn)，則（）A.N點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小比M點(diǎn)的大B.。為正電荷C.M點(diǎn)的電場方向沿x軸負(fù)方向D.。點(diǎn)與M點(diǎn)的電勢差為12V【答案】AD【詳解】A.等差等勢線的密度體現(xiàn)場強(qiáng)的大小，由圖可知N點(diǎn)的等差等勢線比M點(diǎn)更密，則N點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小比M點(diǎn)的大，故A正確；B.沿著電場線電勢逐漸降低，由圖可知電場線由N指向Q,則。為負(fù)電荷，故B錯誤；C.沿著電場線電勢逐漸降低，結(jié)合各等勢線的電勢高低關(guān)系可知M點(diǎn)的電場方向沿入?軸正方向，故C錯誤；D.M點(diǎn)與N點(diǎn)等勢均為0V,。點(diǎn)與N點(diǎn)的等勢線間隔四個，而相鄰等勢面的電勢差為3V,則。點(diǎn)與M點(diǎn)的電勢差為12V,故D正確。故選AD011.（2022莆海西寧?二模）如圖所示，在勻強(qiáng)電場中，有邊長為5cm的等邊三角形4BC三角形所在平面與勻強(qiáng)電場的電場線平行，。點(diǎn)為該三角形的中心，三角形各頂點(diǎn)的電勢分別為%=IV、為=3V、然=5V,下列說法正確的是（）A.。點(diǎn)電勢為3VB.勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小為80V/m,方向由A指向CC.在三角形ABC外接圓的圓周上電勢最低點(diǎn)的電勢為IVD.將電子由C點(diǎn)移到A點(diǎn)，電子的電勢能增加了4eV【答案】AD【詳解】A.因?yàn)槔?IV、%=5V,則AC中點(diǎn)（設(shè)為。點(diǎn)）的電勢為%=3V,則8。連線為等勢面，因。點(diǎn)在該等勢面上，則。點(diǎn)電勢為3V,選項(xiàng)A正確；B.電場線與等勢面正交，可知勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)方向由C指向A,大小為選項(xiàng)B錯誤；C.沿電場線電勢逐漸降低，若過圓心。做一條電場線，則交圓周與尸點(diǎn)，該點(diǎn)電勢最低，則則在三角形外接圓的圓周上電勢最低點(diǎn)的電勢為0.69V,選項(xiàng)C錯誤；D.由C到A電勢降低4V,則將電子由C點(diǎn)移到A點(diǎn)，電子的電勢能增加了4eV,選項(xiàng)D正確。故選AD012.（2022?湖北?高考真題）如圖所示，兩平行導(dǎo)軌在同一水平面內(nèi)。一導(dǎo)體棒垂直放在導(dǎo)軌上，棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)恒定。整個裝置置于勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒定，方向與金屬棒垂直、與水平向右方向的夾角?？烧{(diào)。導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌向右運(yùn)動，現(xiàn)給導(dǎo)體棒通以圖示方向的恒定電流，適當(dāng)調(diào)整磁場方向，可以使導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌做勻加速運(yùn)動或勻減速運(yùn)動。已知導(dǎo)體棒加速時，加速度的最大值為乎g；減速時，加速度的最大值為Gg,其中g(shù)為重力加速度大小。下列說法正確的是（）A.棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為36B.棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為無3C.加速階段加速度大小最大時，磁場方向斜向下，9=60。D.減速階段加速度大小最大時，磁場方向斜向上，。;150?！敬鸢浮緽C【詳解】設(shè)磁場方向與水平方向夾角為例，仇＜90。;當(dāng)導(dǎo)體棒加速且加速度最大時，合力向右最大，根據(jù)左手定則和受力分析可知安培力應(yīng)該斜向右上方，磁場方向斜向右下方，此時有令根據(jù)數(shù)學(xué)知識可得則有同理磁場方向與水平方向夾角為仍，依＜90。，當(dāng)導(dǎo)體棒減速，且加速度最大時，合力向左最大，根據(jù)左手定則和受力分析可知安培力應(yīng)該斜向左下方，磁場方向斜向左上方，此時有有所以有當(dāng)加速或減速加速度分別最大時，不等式均取等于，聯(lián)立可得帶入可得a=30°,此時加速階段加速度大小最大時，磁場方向斜向右下方，有減速階段加速度大小最大時，磁場方向斜向左上方，有故BC正確，AD錯誤。故選BCO三、解答題13.(2022?貴州貴陽?模擬預(yù)測)如圖所示，一質(zhì)量為〃?、帶電量為4的粒子以初速度％沿x軸正方向從坐標(biāo)原點(diǎn)O射入，并經(jīng)過圖中"點(diǎn)，"點(diǎn)的坐標(biāo)%=6/,為=/,不計(jì)粒子重力。(1)若上述過程僅由方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場實(shí)現(xiàn)，求磁感應(yīng)強(qiáng)度〃的大??；(2)若上述過程僅由方向平行F軸的勻強(qiáng)電場實(shí)現(xiàn)，求粒子經(jīng)過M點(diǎn)時的動能?！敬鸢浮竣劈S；(2)刎【詳解】(1)若上述過程僅由方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場實(shí)現(xiàn)，粒子在磁場的軌跡如圖所示由洛倫茲力提供向心力可得由幾何關(guān)系可得解得粒子的軌道半徑為聯(lián)立解得磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為(2)若上述過程僅由方向平行軸的勻強(qiáng)電場實(shí)現(xiàn)，粒子在勻強(qiáng)電場中做類平拋運(yùn)動，則有聯(lián)立解得電場強(qiáng)度大小為根據(jù)動能定理可得解得粒子經(jīng)過M點(diǎn)時的動能為14.(2022?山東?模擬預(yù)測)如圖甲，空間直角坐標(biāo)系Ox*中，界面M、熒光屏N均與。沖平面平行，界面M將空間分為區(qū)域I和區(qū)域II兩部分，界面M與。。平面間距離為Lz軸與界面M相交于與熒光屏N交于02,在熒光屏上建立圖示坐標(biāo)系區(qū)域I空間有與)，軸平行向上的勻強(qiáng)電場，區(qū)域II空間先后有沿z軸正方向和x軸正方向的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時間變化規(guī)律如圖乙(坳已知，界面在磁場中)。兩個電荷量均為q、質(zhì)量均為，〃的帶正電粒子〃、。分別從y軸正半軸上的兩點(diǎn)沿z軸正方向先后射出，久〃兩粒子射出位置的3，坐標(biāo)之比點(diǎn)經(jīng)過區(qū)域I，兩粒子同時到達(dá)。/點(diǎn)，其中。粒子到達(dá)。點(diǎn)時速度大小為以與z軸正方向間夾角6=60。；在0/點(diǎn)有一調(diào)速裝置，使經(jīng)過0/點(diǎn)的小。粒子只保留y軸方向的速度分量；片0時刻兩粒子從0/點(diǎn)沿〉軸負(fù)向射出，經(jīng)過區(qū)域II,。粒子剛好能打到熒光屏N上，不計(jì)粒子重力，不考慮場的邊緣效應(yīng)，求：(1)區(qū)域I內(nèi)電場強(qiáng)度E的大??；(2)界面M與熒光屏N間的距離d；(3)〃粒子打在熒光屏上的時刻及位置坐標(biāo)(工歹)。［答案】(1)E=立心；(2)公畢；(3)I；］'=鋁；上筌4qLqB033qB*g,)【詳解】(1)對于粒子設(shè)經(jīng)時間〃到達(dá)。|點(diǎn)，在。|點(diǎn)沿)，軸方向速度分量為力,有