新版【單元匯編】2023年高考物理真題分類匯編：I單元+電場

I單元電場I1電場的力的性質(zhì)20．[2023·廣東卷]如圖12所示，光滑絕緣的水平桌面上，固定著一個帶電荷量為＋Q的小球P，帶電荷量分別為－q和＋2q的小球M和N，由絕緣細桿相連，靜止在桌面上，P與M相距L，P、M和N視為點電荷，以下說法正確的選項是()A．M與N的距離大于LB．P、M和N在同一直線上C．在P產(chǎn)生的電場中，M、N處的電勢相同D．M、N及細桿組成的系統(tǒng)所受合外力為零20．BD[解析]M、N處于靜止狀態(tài)，那么M、N和桿組成的系統(tǒng)所受合外力為0，那么FPM＝FPN，即keq\f(Qq,L2)＝keq\f(2Qq,x2)，那么有x＝eq\r(2)L，那么M、N間距離為(eq\r(2)－1)L，應(yīng)選項A錯誤，選項D正確；由于M、N靜止不動，P對M和對N的力應(yīng)該在一條直線上，應(yīng)選項B正確；在P產(chǎn)生電場中，M處電勢較高，應(yīng)選項C錯誤．20．[2023·福建卷Ⅰ]如圖，真空中xOy平面直角坐標系上的A、B、C三點構(gòu)成等邊三角形，邊長L＝2.0m．假設(shè)將電荷量均為q＝＋2.0×10－6C的兩點電荷分別固定在A、B點，靜電力常量k＝9×109N·m2/C2，求：(1)兩點電荷間的庫侖力大??；(2)C點的電場強度的大小和方向．20．(1)9.0×10－3N(2)7.8×103N/C沿y軸正方向[解析](1)根據(jù)庫侖定律，A、B兩點電荷間的庫侖力大小為F＝keq\f(q2,L2)①代入數(shù)據(jù)得F＝9.0×10－3N②(2)A、B兩點電荷在C點產(chǎn)生的場強大小相等，均為E1＝keq\f(q,L2)③A、B兩點電荷形成的電場在C點的合場強大小為E＝2E1cos30°④由③④式并代入數(shù)據(jù)得E＝7.8×103N/C⑤場強E的方向沿y軸正方向．15．[2023·北京卷]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、2兩點的場強相等B．1、3兩點的場強相等C．1、2兩點的電勢相等D．2、3兩點的電勢相等15．D此題考查電場線和等勢面的相關(guān)知識．根據(jù)電場線和等勢面越密集，電場強度越大，有E1>E2＝E3，但E2和E3電場強度方向不同，故A、B錯誤．沿著電場線方向，電勢逐漸降低，同一等勢面電勢相等，故φ1>φ2＝φ3，C錯誤，D正確．I2電場的能的性質(zhì)3．[2023·重慶卷]如題3圖所示為某示波管內(nèi)的聚焦電場，實線和虛線分別表示電場線和等勢線．兩電子分別從a、b兩點運動到c點，設(shè)電場力對兩電子做的功分別為Wa和Wb，a、b點的電場強度大小分別為Ea和Eb，那么()題3圖A．Wa＝Wb，Ea＞EbB．Wa≠Wb，Ea＞EbC．Wa＝Wb，Ea＜EbD．Wa≠Wb，Ea＜Eb3．A[解析]同一幅圖中電場線的疏密可表示電場強度大小，a點處的電場線比b點處的密集，可知Ea>Eb，C、D錯誤，a、b兩點處于同一等勢面，電子從a、b兩點運動到c點，電場力做的功相等，與路徑無關(guān)，B錯，A正確．21．[2023·新課標全國卷Ⅰ]如下圖，在正點電荷Q的電場中有M、N、P、F四點，M、N、P為直角三角形的三個頂點，F(xiàn)為MN的中點，∠M＝30°.M、N、P、F四點處的電勢分別用φM、φN、φP、φF表示，φM＝φN，φF＝φP，點電荷Q在M、N、P三點所在平面內(nèi)，那么()A．點電荷Q一定在MP的連線上B．連接PF的線段一定在同一等勢面上C．將正試探電荷從P點搬運到N點，電場力做負功D．φP大于φM21．AD[解析]此題考查了電場問題．根據(jù)題意，點電荷Q必在MN的中垂線和PF的中垂線的交點處，過F作MN的垂直平分線交MP于O點，由幾何關(guān)系可知ON恰好垂直平分PF，故點電荷Q一定位于O點，A項正確，由正點電荷的等勢面分布特點可知B項錯誤；因為是正電荷形成的電場，將正電荷從P點搬運到N點，電場力做正功，C項錯誤；因為是正電荷形成的電場，越靠近場源電荷的等勢面電勢越高，D項正確．19．[2023·新課標Ⅱ卷]關(guān)于靜電場的電場強度和電勢，以下說法正確的選項是()A．電場強度的方向處處與等電勢面垂直B．電場強度為零的地方，電勢也為零C．隨著電場強度的大小逐漸減小，電勢也逐漸降低D．任一點的電場強度總是指向該點電勢降落最快的方向19．AD[解析]由靜電場的電場線與等勢面垂直可知A正確．電勢大小是由參考點和電場共同決定的，與場強的大小無關(guān)，B、C錯誤．沿電場線電勢降低，且電勢降落最快的方向為電場方向，D正確．20．[2023·廣東卷]如圖12所示，光滑絕緣的水平桌面上，固定著一個帶電荷量為＋Q的小球P，帶電荷量分別為－q和＋2q的小球M和N，由絕緣細桿相連，靜止在桌面上，P與M相距L，P、M和N視為點電荷，以下說法正確的選項是()A．M與N的距離大于LB．P、M和N在同一直線上C．在P產(chǎn)生的電場中，M、N處的電勢相同D．M、N及細桿組成的系統(tǒng)所受合外力為零20．BD[解析]M、N處于靜止狀態(tài)，那么M、N和桿組成的系統(tǒng)所受合外力為0，那么FPM＝FPN，即keq\f(Qq,L2)＝keq\f(2Qq,x2)，那么有x＝eq\r(2)L，那么M、N間距離為(eq\r(2)－1)L，應(yīng)選項A錯誤，選項D正確；由于M、N靜止不動，P對M和對N的力應(yīng)該在一條直線上，應(yīng)選項B正確；在P產(chǎn)生電場中，M處電勢較高，應(yīng)選項C錯誤．15．[2023·全國卷]地球外表附近某區(qū)域存在大小為150N/C、方向豎直向下的電場．一質(zhì)量為1.00×10－4kg、帶電荷量為－1.00×10－7C的小球從靜止釋放，在電場區(qū)域內(nèi)下落10.0m．對此過程，該小球的電勢能和動能的改變量分別為(重力加速度大小取9.80m/s2，忽略空氣阻力)()A．－1.50×10－4J和9.95×10－3JB．1.50×10－4J和9.95×10－3JC．－1.50×10－4J和9.65×10－3JD．1.50×10－4J和9.65×10－3J15．D[解析]此題考查功與能．設(shè)小球下落的高度為h，那么電場力做的功W1＝－qEh＝－1.5×10－4J，電場力做負功，電勢能增加，所以電勢能增加1.5×10－4J；重力做的功W2＝mgh＝9.8×10－3J，合力做的功W＝W1＋W2＝9.65×10－3J，根據(jù)動能定理可知ΔEk＝W＝9.65×10－3J，因此D項正確．15．[2023·北京卷]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、2兩點的場強相等B．1、3兩點的場強相等C．1、2兩點的電勢相等D．2、3兩點的電勢相等15．D此題考查電場線和等勢面的相關(guān)知識．根據(jù)電場線和等勢面越密集，電場強度越大，有E1>E2＝E3，但E2和E3電場強度方向不同，故A、B錯誤．沿著電場線方向，電勢逐漸降低，同一等勢面電勢相等，故φ1>φ2＝φ3，C錯誤，D正確．I3電容器帶電粒子在電場中的勻變速運動25．[2023·浙江卷]離子推進器是太空飛行器常用的動力系統(tǒng)．某種推進器設(shè)計的簡化原理如圖1所示，截面半徑為R的圓柱腔分為兩個工作區(qū)．Ⅰ為電離區(qū)，將氙氣電離獲得1價正離子；Ⅱ為加速區(qū)，長度為L，兩端加有電壓，形成軸向的勻強電場．Ⅰ區(qū)產(chǎn)生的正離子以接近0的初速度進入Ⅱ區(qū)，被加速后以速度vM從右側(cè)噴出．Ⅰ區(qū)內(nèi)有軸向的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，在離軸線eq\f(R,2)處的C點持續(xù)射出一定速率范圍的電子．假設(shè)射出的電子僅在垂直于軸線的截面上運動，截面如圖2所示(從左向右看)．電子的初速度方向與中心O點和C點的連線成α角(0＜α≤90°)．推進器工作時，向Ⅰ區(qū)注入稀薄的氙氣．電子使氙氣電離的最小速率為v0，電子在Ⅰ區(qū)內(nèi)不與器壁相碰且能到達的區(qū)域越大，電離效果越好．離子質(zhì)量為M；電子質(zhì)量為m，電量為e.(電子碰到器壁即被吸收，不考慮電子間的碰撞)第25題圖1(1)求Ⅱ區(qū)的加速電壓及離子的加速度大??；(2)為取得好的電離效果，請判斷Ⅰ區(qū)中的磁場方向(按圖2說明是“垂直紙面向里〞或“垂直紙面向外〞)；第25題圖2(3)α為90°時，要取得好的電離效果，求射出的電子速率v的范圍；(4)要取得好的電離效果，求射出的電子最大速率vmax與α角的關(guān)系．25．[答案]eq\f(veq\o\al(2,M),2L)(2)垂直紙面向外(3)v0≤v≤eq\f(3eBR,4m)(4)vmax＝eq\f(3eBR,4m〔2－sinα〕)[解析]此題考查帶電粒子在電場和磁場中的運動等知識和分析綜合及應(yīng)用數(shù)學解決物理問題的能力．(1)由動能定理得eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,M)＝eU①U＝eq\f(Mveq\o\al(2,M),2e)②a＝eq\f(eE,M)＝eeq\f(U,ML)＝eq\f(veq\o\al(2,M),2L)③(2)垂直紙面向外④(3)設(shè)電子運動的最大半徑為r2r＝eq\f(3,2)R.⑤eBv＝meq\f(v2,r)⑥所以有v0≤v<eq\f(3eBR,4m)⑦要使⑦式有解，磁感應(yīng)強度B>eq\f(4mv0,3eR).⑧(4)如下圖，OA＝R－r，OC＝eq\f(R,2)，AC＝r根據(jù)幾何關(guān)系得r＝eq\f(3R,4〔2－sinα〕)⑨由⑥⑨式得vmax＝eq\f(3eBR,4m〔2－sinα〕).18.I3[2023·山東卷]如下圖，場強大小為E、方向豎直向下的勻強電場中有一矩形區(qū)域abcd，水平邊ab長為s，豎直邊ad長為h.質(zhì)量均為m、帶電荷量分別為＋q和－q的兩粒子，由a、c兩點先后沿ab和cd方向以速率v0進入矩形區(qū)(兩粒子不同時出現(xiàn)在電場中)．不計重力．假設(shè)兩粒子軌跡恰好相切，那么v0等于()A.eq\f(s,2)eq\r(\f(2qE,mh))B.eq\f(s,2)eq\r(\f(qE,mh))C.eq\f(s,4)eq\r(\f(2qE,mh))D.eq\f(s,4)eq\r(\f(qE,mh))18．B[解析]兩個粒子都做類平拋運動．兩個粒子在豎直方向上都做加速度大小相等的勻加速直線運動，因為豎直位移大小相等，所以它們的運動時間相等．兩個粒子在水平方向上都做速度大小相等的勻速直線運動，因為運動時間相等，所以水平位移大小相等．綜合判斷，兩個粒子運動到軌跡相切點的水平位移都為eq\f(s,2)，豎直位移都為eq\f(h,2)，由eq\f(h,2)＝eq\f(Eq,2m)t2，eq\f(s,2)＝v0t得v0＝eq\f(s,2)eq\r(\f(Eq,mh))，選項B正確．I4帶電粒子在電場中的非勻變速運動I5實驗：用描跡法畫出電場中平面上的等勢線I6實驗：練習使用示波器I7電場綜合2．[2023·天津卷]如下圖，電路中R1、R2均為可變電阻，電源內(nèi)阻不能忽略，平行板電容器C的極板水平放置．閉合開關(guān)S，電路到達穩(wěn)定時，帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動．如果僅改變以下某一個條件，油滴仍能靜止不動的是()A．增大R1的阻值B．增大R2的阻值C．增大兩板間的距離D．斷開開關(guān)S2．B[解析]此題考查含有電容器的動態(tài)電路及受力平衡等知識點，為了保證帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動，就要使電容器兩板之間的場強E不變．電路穩(wěn)定后，和電容器相串聯(lián)的電阻對電容器兩端的電壓不產(chǎn)生影響，而增大R1的阻值將使電容器兩端的電壓增大，根據(jù)E＝eq\f(U,d)可知，E增大，故A錯誤；增大R2的阻值，電容器兩端的電壓不變，E不變，故B正確；增大兩板間的距離，E減小，故C錯誤；斷開開關(guān)S，電容器兩端的電壓發(fā)生改變，D錯誤．12．[2023·天津卷]同時加速器在粒子物理研究中有重要的應(yīng)用，其根本原理簡化為如下圖的模型．M、N為兩塊中心開有小孔的平行金屬板．質(zhì)量為m、電荷量為＋q的粒子A(不計重力)從M板小孔飄入板間，初速度可視為零．每當A進入板間，兩板的電勢差變?yōu)閁，粒子得到加速，當A離開N板時，兩板的電荷量均立即變?yōu)榱悖畠砂逋獠看嬖诖怪奔埫嫦蚶锏膭驈姶艌?，A在磁場作用下做半徑為R的圓周運動，R遠大于板間距離．A經(jīng)電場屢次加速，動能不斷增大，為使R保持不變，磁場必須相應(yīng)地變化．不計粒子加速時間及其做圓周運動產(chǎn)生的電磁輻射，不考慮磁場變化對粒子速度的影響及相對論效應(yīng)．求：(1)A運動第1周時磁場的磁感應(yīng)強度B1的大??；.(2)在A運動第n周的時間內(nèi)電場力做功的平均功率Pn；(3)假設(shè)有一個質(zhì)量也為m、電荷量為＋kq(k為大于1的整數(shù))的粒子B(不計重力)與A同時從M板小孔飄入板間，A、B初速度均可視為零，不計兩者間的相互作用，除此之外，其他條件均不變．以下圖中虛線、實線分別表示A、B的運動軌跡．在B的軌跡半徑遠大于板間距離的前提下，請指出哪個圖能定性地反映A、B的運動軌跡，并經(jīng)推導說明理由．ABCD12．(1)eq\f(1,R)eq\r(\f(2mU,q))(2)eq\f(qU,πR)eq\r(\f(nqU,2m))(3)A圖，理由略[解析](1)設(shè)A經(jīng)電場第1次加速后速度為v1，由動能定理得qU＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)－0①A在磁場中做勻速圓周運動，所受洛倫茲力充當向心力qv1B1＝eq\