2023年高考物理大沖刺備考“最后30天”專題五靜電場

2023年高考物理大沖刺備考“最后30天”專題五靜電場PAGE2PAGE1專題五靜電場考點一庫侖定律的應用考點一庫侖定律的應用例題例題如下圖，用兩根長度相同的絕緣細線把一個質量為0.1kg的小球A懸掛到水平板的MN兩點，A上帶有Q=3.0×10–6C的正電荷。兩線夾角為120°，兩線上的拉力大小分別為F1和F2。A的正下方0.3m處放有一帶等量異種電荷的小球B，B與絕緣支架的總質量為0.2kg(重力加速度取g=10m/s2，靜電力常量k=9.0×109N·m2/C2，AB球可視為點電荷)。那么〔〕A.支架對地面的壓力大小為2.0NB.兩線上的拉力大小F1=F2=1.9NC.將B水平右移，使M、A、B在同一直線上，此時兩線上的拉力大小F1=1.225N，F(xiàn)2=1.0ND.將B移到無窮遠處，兩線上的拉力大小F1=F2=0.866N【命題意圖】此題考查庫侖定律、共點力的平衡條件?！窘馕觥繉和支架分析可知，受到豎直向下的重力、豎直向上的庫侖力，故支架對地面的壓力為，選項A錯誤；對A分析，A受到豎直向下的重力、豎直向下的庫侖力、兩線的拉C正確；將B移到無窮遠處，兩小球之間的庫侖力為零，那么兩線上的拉力大小F1=F2=GA=1.0N，選項D錯誤?！敬鸢浮緽C【解題技巧】此題考查物體的平衡條件，在進行受力分析時，一定要注意不要忘記分析庫侖力，然后運用物體的平衡條件解題?？键c二電場強度考點二電場強度、電場線例題例題(1)直角坐標系xOy中，M、N兩點位于x軸上，G、H兩點坐標如圖，M、N兩點各固定一負點電荷，一電荷量為Q的正點電荷置于O點時，G點處的電場強度恰好為零。靜電力常量用k表示。假設將該正點電荷移到G點，那么H點處場強的大小和方向分別為〔〕A.，沿y軸正向B.，沿y軸負向C.，沿y軸正向D.，沿y軸負向【命題意圖】此題考查場強的疊加及電場的對稱性。【解析】正電荷在O點時，G點的場強為零，可知兩負電荷形成的電場在G點的合場強；假設將正電荷移到G點，那么正電荷在H點的場強，兩負電荷在G點的合場強與在H點的合場強等大反向，那么H點的合場強大小，方向沿y軸負向?！敬鸢浮緽【解題技巧】電場強度是矢量，在進行電場的疊加計算時，一定要會運用矢量合成平行四邊形定那么，由于G、H點是一個對稱點，計算時采用對稱法。(2)如下圖，實線表示某靜電場的電場線，虛線表示該電場的等勢面。以下判斷正確的選項是〔〕A.1、2兩點的電場強度相等B.1、3兩點的電場強度相等C.1、2兩點的電勢相等D.2、3兩點的電勢相等【命題意圖】此題考查電場線與等勢面的知識?！窘馕觥侩妶鼍€的疏密程度表示場強的大小，1點的場強大于2、3點的場強，選項AB錯誤；沿著電場線方向，電勢逐漸降低，故1點的電勢高于2點的電勢，選項C錯誤；等勢面上各點的電勢相等，故2、3兩點的電勢相等，選項D正確?！敬鸢浮緿【解題技巧】電場線與等勢面垂直，在同一電場中，電場線的疏密表示場強的大小，沿電場線方向電勢逐漸降低。考點三電場力做功與電勢能考點三電場力做功與電勢能例題例題如下圖，兩電荷量分別為Q(Q>0)和–Q的點電荷對稱地放置在x軸上原點O的兩側，a點位于x軸上O點與點電荷Q之間，b位于y軸O點上方。取無窮遠處的電勢為零，以下說法正確的選項是〔〕A.b點的電勢為零，電場強度也為零B.正的試探電荷在a點的電勢能大于零，所受電場力方向向右C.將正的試探電荷從O點移到a點，必須克服電場力做功D.將同一正的試探電荷先后從O、b點移到a點，后者電勢能的變化較大【命題意圖】此題考查等量異種點電荷形成的電場的性質?！驹囶}解析】因為等量異種電荷在其連線的中垂線上的電場方向為水平指向負電荷，所以電場方向與中垂線方向垂直，故中垂線為等勢線，因為中垂線延伸到無窮遠處，所以中垂線上各點的電勢為零，故b點的電勢為零，但是電場強度不為零，選項A錯誤；等量異種電荷連線上，電場方向由正電荷指向負電荷，正電荷受到的電場力向右，在中點O處電勢為零，O點左側電勢為正，右側電勢為負，又正電荷在正電勢處電勢能為正，故B正確；O點的電勢低于a點的電勢，將正的試探電荷從O點移到a點，電場力做負功，所以必須克服電場力做功，選項C正確；O點和b點的電勢相等，所以先后將同一正的試探電荷從O、b點移到a點，電場力做功相等，電勢能變化相同，選項D錯誤?！敬鸢浮緽C【解題技巧】熟悉等量異種電荷周圍的電場強弱情況，其連線的中垂線是一個等勢線，電勢為零，正電荷在正電勢的地方電勢大于零，在負電勢地方電勢小于零，電場力對電荷做正功，電勢能減小，做負功，電勢能增加?？键c四靜電屏蔽考點四靜電屏蔽例題例題如下圖，半徑為R的均勻帶正電薄球殼，其上有一小孔A。殼內(nèi)的場強處處為零；殼外空間的電場與將球殼上的全部電荷集中于球心O時在殼外產(chǎn)生的電場一樣。一帶正電的試探電荷(不計重力)從球心以初動能Ek0沿OA方向射出。以下關于試探電荷的動能Ek與離開球心的距離r的關系圖象，可能正確的選項是〔〕ABCD【命題意圖】此題考查球殼電場、電場力做功與動能定理?！窘馕觥坑捎谠谇驓?nèi)場強處處為零，因此從O向A運動的過程中電荷不受電場力，做勻速直線運動，動能不發(fā)生變化，圖象為一條水平直線，CD錯誤；通過A點后，電荷做加速運動，但場強逐漸減小，通過相同的位移，電場力做功逐漸減小，根據(jù)動能定理，試探電荷的動能增加量逐漸減小，即圖象的斜率逐漸減小?！敬鸢浮緼【解題技巧】帶電球殼內(nèi)部的電場強度為零，電場力對電荷不做功，電荷的動能不變，在球殼之外，電場力對電荷做正功，電荷的動能增加，隨著距離球心越大，做功越來越慢。1．(2022天津六校聯(lián)考)兩個等量同種電荷固定于光滑水平面上，其連線中垂線上有A、B、C三點，如圖甲所示，一個電荷量為2C，質量為1kg的小物塊從C點靜止釋放，其運動的v–t圖象如圖乙所示，其中B點處為整條圖線切線斜率最大的位置(圖中標出了該切線)。那么以下說法正確的選項是〔〕A.B點為中垂線上電場強度最大的點，場強E=1V/mB.由C到A的過程中物塊的電勢能先減小后變大C.由C點到A點電勢逐漸降低D.A、B兩點間的電勢差UAB=5V【答案】AC【考點】等量同種點電荷電場與v–t圖象、動能定理的綜合問題【解析】由v–t圖可知物塊在B點的加速度最大，為a=2m/s2，所受的電場力最大，為F=ma=2N，由E=可知，B點的場強最大，為E=1V/m，A正確；由v–t圖可知，由C到A的過程中物塊的速度增大，電場力做正功，電勢能減小，B錯誤；兩個等量同種正電荷，其連線中垂線上電場強度方向由連線中點沿中垂線指向外側，故由C點到A點的過程中電勢逐漸減小，C正確；由v–t圖可知A、B兩點的速度，又由動能定理有，其中vA=6m/s，vB=4m/s，解得UAB=–5V，D錯誤。2．(2022江蘇南通一調)四個點電荷位于正方形四個角上，電荷量及其附近的電場線分布如下圖。ab、cd分別是正方形兩組對邊的中垂線，O為中垂線的交點，P、Q分別為ab、cd上的兩點，OP>OQ，那么〔〕A.P點的電場強度比Q點的小B.P點的電勢比M點的低C.O、P兩點間的電勢差小于O、Q間的電勢差D.一帶正電的試探電荷在Q點的電勢能比在M點大【答案】AD【考點】等量點電荷電場的電場線分布、電勢及電勢能【解析】電場線的疏密表示場強的大小，電場線越密，電場強度越大，根據(jù)圖象知P點的電場強度比Q點的小，A正確；根據(jù)電場疊加，由圖象可知ab上各點的電勢都相等，M點比ab上各點的電勢低，那么M點的電勢比P點的低，B錯誤；O、P間電勢差等于零，O、Q間電勢差等于零，那么O、P兩點間的電勢差等于O、Q間的電勢差，C錯誤；P、Q電勢相等，那么Q點的電勢高于M點的電勢，正電荷在電勢高處電勢能大，所以帶正電的試探電荷在Q點的電勢能比在M點大，D正確。abcΦ2Φ3Φ1Φ4abcΦ2Φ3Φ1Φ4A.Φ1<Φ2<Φ3<Φ4B.粒子的運動軌跡和等勢面Φ3也可能垂直C.Φ4等勢面上各點場強處處相等D.該電場可能是由點電荷和無限大金屬平板形成的【答案】AD【考點】帶電粒子在電場中的運動、等勢面【解析】根據(jù)帶負電粒子的運動軌跡可知，所受的電場力垂直等勢面，且指向軌跡的凹側，可知電場線由Φ4指向Φ1，順著電場線方向電勢逐漸降低，那么可知Φ1<Φ2<Φ3<Φ4，A正確；因粒子的初速度與等勢面Φ4垂直，那么粒子的運動軌跡不可能和等勢面Φ3也垂直，B錯誤；因為等勢面分布不均勻，故等勢面Φ4上各點場強不可能處處相等，C錯誤；由等勢面的分布可知，該區(qū)域可能是由位于等勢面Φ1左側的點電荷和位于等勢面Φ4處的無限大金屬平板形成的，D正確。4．(2022江蘇無錫期末考試)如下圖，A、B、C、D是真空中一正四面體的四個頂點，正四面體棱長為a?，F(xiàn)在A、B兩點分別固定電荷量為+q和–q的點電荷，靜電力常量為k，以下說法不正確的選項是〔〕A.C、D兩點的場強相同B.C點的場強大小為C.C、D兩點電勢相等D.將一正電荷從C點移動到D點，電場力做正功【答案】D【考點】點電荷的電場、場強的疊加【解析】由題意知，AB的中垂面為零勢面，而C、D兩點在中垂面上，故C、D兩點電勢相等，C正確；又因電場線與等勢面垂直，B處放–q，故C、D兩點處電場強度沿AB方向，由對稱性可知，C、D兩點場強相同，A正確；C點電場強度為兩電荷在該點場強的矢量和，如下圖，合場強，B正確；C、D兩點電勢相等，故將一正電荷從C點移動到D點，電場力做功為零，D錯誤。5．(2022江蘇揚州質量監(jiān)測)均勻帶電球殼內(nèi)部電場強度處處為零，電勢處處相等。如下圖，正電荷均勻分布在半球面上，Ox為通過半球頂點與球心O的軸線。A、B為Ox上的點，且OA=OB。那么以下判斷正確的選項是〔〕A.A點的電場強度與B點的電場強度相等B.A點的電勢等于B點的電勢C.在A點由靜止開始釋放重力不計的帶正電粒子，該粒子將做勻加速直線運動D.帶正電粒子在O點的電勢能為零【答案】A【考點】電勢、用等效法、對稱性關系計算電場強度【解析】由題意可知，半球面右邊Ox軸線上，電場方向水平向右，沿電場方向電勢逐漸降低，B錯誤；均勻帶負電半球面相當于共圓心的均勻帶正電球面和均勻帶負電半球面，帶負電半球面與原半球面關于圓心O中心對稱，帶正電球面在A、B兩點處產(chǎn)生的場強為零，那么A點處場強等于帶正電半球面產(chǎn)生的電場強度，B點處場強等于帶負電半球面產(chǎn)生的電場強度，A點與帶正電半球面和B點與帶負電半球面的距離相等，由對稱關系可知，A、B兩點處電場強度相等，A正確；在A點由釋放靜止帶正電的粒子，粒子將做加速運動，由A、B兩點處電場強度相等可知，粒子做變加速運動，C錯誤；由于沒有選取零勢點，所以帶正電粒子在O點的電勢能無法確定，D錯誤。h2h16．(2022上海楊浦區(qū)質量調研)如下圖，一個內(nèi)壁光滑的絕緣細直管豎直放置，在管的底部固定一電荷量為Q的正點電荷，在與其距離為h2的管口A處，將一電荷量為q、質量為m的正點電荷由靜止釋放，在下落到與底部點電荷距離為h1的B處時速度恰好為零?，F(xiàn)使一個電荷量也為q、質量為3m的正點電荷仍在A處由靜止釋放，靜電力常量為k，重力加速度為g，那么該點電荷〔〕h2h1A.運動到B處時的速度為零B.在下落過程中加速度逐漸減小C.運動到B處時的速度大小為D.速度最大時與底部點電荷的距離為【答案】C【考點】動能定理、庫侖定律【解析】點電荷運動B點時速度為零，由動能定理可求出電場力對點電荷做的功為W1=–mg(h2–h1)，當電荷量不變，質量變?yōu)?m時，點電荷到達B點時電場力做的功仍為W1，由動能定理有3mg(h2–h1)+W1=，解得點電荷運動到B點時的速度v=，C正確，A錯誤；下落過程中兩電荷間的庫侖力不斷增大，當電荷的重力和庫侖力相等時，電荷的速度最大，設此時間距為，由，解得，D錯誤；在此之前，重力大于電場力，合力向下，隨著電場力不斷增大，加速度減小，此后電場力大于重力，合力向上，隨著電場力不斷增大，加速度增大，B錯誤。7．如下圖，實現(xiàn)為兩個不等量異種點電荷形成的電場的電場線，O點為兩點電荷連線的中點，P點為連線中垂線上的一點，以下判斷正確的選項是〔〕A.P點場強大于O點場強B.P點電勢高于O點電勢C.從負電荷向右到無窮遠處電勢逐漸升高D.從P到O移動一正試探電荷其電勢能增加【答案】CD【考點】不等量異種點電荷形成的電場【解析】電場線的疏密表示電場強度的大小，根據(jù)圖象可知，P點場強小于O點場強，A錯誤；電場線與等勢面垂直，且沿電場方向電勢降低，可知P點電勢低于O點電勢，B錯誤；沿著電場線方向電勢降低，從負電荷向右到無窮遠處電勢逐漸升高，C正確；從P到O電勢升高，移動一正試探電荷，其電勢能增加，D正確。8．兩電荷量分別為q1和q2的點電荷放在x軸上的O、M兩點，兩電荷連線上各點電勢隨變化的關系如下圖，其中A、N兩點的電勢為零，ND段中C點電勢最高，那么〔〕A.A點的電場強度大小為零B.C點的電場強度大小為零C.NC間場強方向沿x軸正方向D.將一負電荷從N點移到D點，電場力先做正功后做負功【答案】BD【考點】φ–x圖象、電場與電勢、電場力做功【解析】圖線在A點處的斜率不等于零，故A點的電場強度不等于零，A錯誤；C點處電勢為極值，圖線在C點處的斜率等于零，電場強度為零，B正確；從N到C，電勢升高，根據(jù)沿電場線方向電勢降低可知，NC間電場強度方向沿軸負方向，C錯誤；從N到D，電勢先升高后降低，所以場強方向先沿x軸負方向，后沿x軸正方向，將一負電荷從N點移