高考物理必備專題18之10 靜電場的聯(lián)系實際的新情景問題（解析版）

專題10靜電場的最新“聯(lián)系實際的新情景問題”本章通常以粒子實際運動情景或相關(guān)圖象為考查依托，通過電場力的性質(zhì)和電場能的性質(zhì)這兩條主線來考查物理量間的聯(lián)系；或以電場線、等勢面為工具考查各物理量的大小和方向;還可能與動力學(xué)、能量相結(jié)合考查帶電粒子的平衡、運動問題雖然多以選擇題的形式出現(xiàn)，但綜合性強(qiáng)，選項覆蓋知識點多且雜，。從趨勢上看，考查電場的性質(zhì)常以實際情景出現(xiàn)，而利用電容器考查在現(xiàn)代科技生活中的應(yīng)用。1.（2022·廣東汕頭市高三下學(xué)期一模）計算機(jī)鍵盤每個按鍵下有塊小金屬片，與該金屬片隔有一定空氣間隙的是另一塊小的固定金屬片，兩片金屬片組成一個小電容器。且電壓保持不變圖示鍵盤連著正在工作的計算機(jī)，按下“？”鍵過程中，按鍵金屬片間組成的電容器（）A.電容變小 B.金屬片間的場強(qiáng)變小C.電荷量增大 D.處于放電狀態(tài)【答案】C【解析】按下“？”鍵過程中，按鍵金屬片間組成的電容器兩極板間距d減小，根據(jù)可知電容C變大，因兩板電壓U一定，根據(jù)Q=CU可知，電容器帶電量增大，電容器處于充電狀態(tài)，此時根據(jù)可知金屬片間的場強(qiáng)E變大。2.（2022·廣東韶關(guān)市二模）8．產(chǎn)生閃電的積雨云底層帶負(fù)電，為避免閃電造成的損害，高大的建筑物會裝有避雷針。圖中虛線為避雷針周圍的等勢線，相鄰兩等勢線間的電勢差相等。圖中a、b兩點的場強(qiáng)大小分別為、，a、b兩點的電勢分別為、，則（）A．B．C．避雷針的頂端帶正電D．一帶負(fù)電的雨滴從a下落至b，電場力做負(fù)功【答案】C【解析】由題意可知，產(chǎn)生閃電的積雨云底層帶負(fù)電，可知避雷針的頂端帶正電，選項C正確；A等差等勢線密集處的電場線也密集，場強(qiáng)也較大，則選項A錯誤；電場線大致向上，沿電場線的方向電勢逐漸降低，可知3.（2022·廣東佛山市二模）1．如圖，醫(yī)用口罩由多層織物材料構(gòu)成，其中有一層熔噴布經(jīng)過特殊工藝處理后成為駐極體材料，這層材料表面長期帶有正電荷，能有效吸附細(xì)小的粉塵，而這些粉塵通常是細(xì)菌和病毒傳播的載體。則其中即將被吸附的帶電粉塵，一定是（

）A．帶正電B．沿電場線加速靠近熔噴布C．在靠近熔噴布的過程中電場力做正功D．在靠近熔噴布的過程中電勢能增加【答案】C【解析】由于口罩材料表面長期帶有正電荷，則被吸附的帶電粉塵，一定是帶負(fù)電荷，A錯誤；熔噴布產(chǎn)生的電場線不一定是直線，而只有電場線是直線，帶電粒子的初速度為零或初速度方向與電場線方向在同一條直線上時帶電粒子的軌跡才與電場線重合，B錯誤；由選項A可知，被吸附的帶電粉塵，一定是帶負(fù)電荷，則負(fù)電荷靠近熔噴布的過程中電場力做正功，電勢能減小，C正確、D錯誤。4.（2022·廣東廣州市綜合測試)如圖，在干燥的冬天，手接觸房間的金屬門鎖時，會有一種被電擊的感覺，帶負(fù)電的手在緩慢靠近門鎖還未被電擊的過程中，門鎖（）A.近手端感應(yīng)出正電荷 B.電勢比手的電勢低C.與手之間場強(qiáng)逐漸增大 D.與手之間場強(qiáng)保持不變【答案】AC【解析】放電前手指靠近金屬門鎖的過程中，門鎖在手的影響下，發(fā)生靜電感應(yīng)，近手端感應(yīng)出正電荷，故A正確；由于門鎖近手端帶正電，手帶負(fù)電，二者間空間產(chǎn)生電場，電場線由門鎖近手端指向手，所以門鎖電勢比手的電勢高，故B錯誤；隨著手的靠近，二者間距逐漸減小，將門鎖與手之間看成一個電容器，可知當(dāng)兩者距離減小時，根據(jù)公式，聯(lián)立，可得由于異種電荷相互吸引，手接近的過程中，感應(yīng)電荷越來越接近手，門鎖近手端電荷密度越來越大，電荷分布的電荷密度變大，故門鎖與手指之間場強(qiáng)逐漸增大，故C正確，D錯誤5.（多選）（2022·廣東省揭陽市與豐順3月聯(lián)考）如圖所示為雷雨天一避雷針周圍電場的等勢面分布情況，在等勢面中有A、B、C三點。其中A、B兩點位置關(guān)于避雷針對稱。下列說法中正確的是（）A.A、B兩點的場強(qiáng)相同B.C點場強(qiáng)大于B點場強(qiáng)C.某負(fù)電荷在C點的電勢能大于B點的電勢能D.某正電荷從C點移動到B點，電場力做正功【答案】C【解析】電場線與等勢面垂直，根據(jù)對稱性可知A、B兩點的場強(qiáng)大小相等，但方向不同，A錯誤；因為B點的等勢面比C點密集，可知B點場強(qiáng)大于C點場強(qiáng)，B錯誤；因為B點的電勢高于C點，由公式，某負(fù)電荷在C點的電勢能大于B點的電勢能，C正確；因為B點的電勢高于C點，由公式，則正電電荷在B點的電勢能較大，則正電荷從C點移動到B點的過程中電場力做負(fù)功，D錯誤。6.（2022·廣東江門市模擬）如圖所示是電子槍部分的原理圖，陰極發(fā)射的電子在強(qiáng)電場的作用下從陰極飛向陽極，虛線是其中一個電子的運動路線，實線是電場線，A、B、C是電場中的三個點，下列說法正確的是（）A.C點的電勢比A點低 B.A點的電場強(qiáng)度比B點的電場強(qiáng)度大C.電子從A運動到B的過程電勢能增大 D.從A到B電子的加速度不斷增大【答案】B【解析】沿電場線電勢逐漸降低，可知C點的電勢比A點高，選項A錯誤；電場線越密集則場強(qiáng)越大，可知A點的電場強(qiáng)度比B點的電場強(qiáng)度大，選項B正確；電子從A運動到B的過程，電場力做正功，則電勢能減小，選項C錯誤；從A到B電子所受的電場力逐漸減小，則電子的加速度不斷減小，選項D錯誤。7.（2022·浙江1月卷·T10）某種氣體—電子放大器的局部結(jié)構(gòu)是由兩塊夾有絕緣介質(zhì)的平行金屬薄膜構(gòu)成，其上存在等間距小孔，其中相鄰兩孔截面上的電場線和等勢線的分布如圖所示。下列說法正確的是（）A.a點所在的線是等勢線B.b點的電場強(qiáng)度比c點大C.b、c兩點間的電勢差的值比a、c兩點間的大D.將電荷沿圖中的線從d→e→f→g移動時電場力做功為零【答案】C【解析】因上下為兩塊夾有絕緣介質(zhì)的平行金屬薄膜，則a點所在的線是電場線，選項A錯誤；因c處的電場線較b點密集，則c點的電場強(qiáng)度比b點大，選項B錯誤；C．因bc兩處所處的線為等勢線，可知b、c兩點間的電勢差的值比a、c兩點間的大，選項C正確；因dg兩點在同一電場線上，電勢不相等，則將電荷沿圖中的線從d→e→f→g移動時電場力做功不為零，選項D錯誤。8.（2022·湖南衡陽市一模）人體的細(xì)胞膜模型圖如圖a所示，由磷脂雙分子層組成，雙分子層之間存在電壓（醫(yī)學(xué)上稱為膜電位），現(xiàn)研究某小塊均勻的細(xì)胞膜，厚度為d，膜內(nèi)的電場可看作勻強(qiáng)電場，簡化模型如圖b所示，初速度可視為零的一價正鈉離子僅在電場力的作用下，從圖中的A點運動到B點，下列說法正確的是（）A.A點電勢等于B點電勢B.鈉離子的電勢能增大C.若膜電位不變，鈉離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的速度越大D.若膜電位增加，鈉離子進(jìn)人細(xì)胞內(nèi)的速度更大【答案】D【解析】初速度可視為零的一價正鈉離子僅在電場力的作用下，從圖中的A點運動到B點，則電場線從A到B，沿電場線電勢降低，所以A點電勢大于B點電勢，A錯誤；鈉離子運動中電場力做正功，所以鈉離子的電勢能減小，B錯誤；由動能定理可知若膜電位不變時，即電壓U不變時，鈉離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的速度不變；電壓U增加時，速度增大，C錯誤，D正確。9.（2022·廣東省普通高考第二次模擬）電場分選是在高壓電場中利用入選物料的電性差異進(jìn)行分選的方法。如圖所示，從漏斗漏出的混合物料經(jīng)起電區(qū)（未畫出）起電（帶正電或負(fù)電）后沿電場中線由靜止進(jìn)入高壓電場，已知物料全部落入M、N槽中且打不到極板，不計空氣阻力和物料間的相互作用力，則起電后的物料經(jīng)過高壓電場區(qū)域時（）A.所用時間一定不同B.機(jī)械能一定增大C.一定做曲線運動D.電勢能可能增大【答案】B【解析】由題意得知，咱們分兩種情況討論判斷運動性質(zhì),即倆電荷在分選電場時，兩種電荷在豎直方向上均做自由落體，在水平方向上均做勻加速直線運動。離開分選電場時：兩種電荷在水平方向做勻速直線運動，在豎直方向做初速度不為零的勻加速直線運動。由，正負(fù)電荷在分選電場中飛行時間為所用時間一定相同，A錯誤；起電后的物料經(jīng)過高壓電場區(qū)域時，電場力做正功，機(jī)械能增大，B正確；從漏斗漏出的混合物料經(jīng)起電區(qū)（未畫出）起電（帶正電或負(fù)電）后沿電場中線由靜止進(jìn)入高壓電場，故電場力和重力的合力提供加速度，且初速度為零，故起電后的物料經(jīng)過高壓電場區(qū)域時一定做初速度為零的勻加速直線運動，C錯誤；起電后的物料經(jīng)過高壓電場區(qū)域時，電場力做正功，電勢能減小，D錯誤。10.（2022·廣東汕頭市第三次模擬）圖示為某“靜電消除器”的原理簡圖，直流高壓產(chǎn)生器將輸入電壓升高，使正、負(fù)放電極尖端交替產(chǎn)生大量正、負(fù)離子，當(dāng)表面帶電物體通過放電極附近時，離子將帶電物體表面的電荷中和“消除”。忽略離子間的相互作用，則離子被吸附到帶電物體表面過程中（）A.均做勻加速運動 B.正離子電勢能增大C.電場力對負(fù)離子做負(fù)功 D.正離子向電勢降低的方向移動【答案】D【解析】．表面帶電物體所產(chǎn)生的的電場不是勻強(qiáng)電場，所以離子所受電場力為變力，均做變加速運動，故A錯誤；無論是正離子還是負(fù)離子，被帶電物體吸引時，電場力作為吸引力，都做正功，離子電勢能都減小，故BC錯誤；因為正離子電勢能減小，所以一定是向電勢低的方向移動，故D正確11.（2022·重慶·三模）2022年4月11日晚，受強(qiáng)對流天氣影響，狂風(fēng)暴雨襲擊川渝地區(qū)，據(jù)氣象部門監(jiān)測，九龍坡區(qū)局地風(fēng)力已達(dá)10級。小李同學(xué)用所學(xué)知識設(shè)計了一個電容式風(fēng)力傳感器。如圖所示，將電容器與靜電計組成回路，可動電極在風(fēng)力作用下向右移動，引起電容的變化，風(fēng)力越大，移動距離越大（兩電極不接觸）。若極板上電荷量保持不變，在受到風(fēng)力作用時，則（）A．電容器電容變小 B．極板間電場強(qiáng)度變大C．極板間電壓變小 D．靜電計指針張角越大，風(fēng)力越大【答案】C【解析】根據(jù)在受到風(fēng)力作用時，d減小，則電容器電容變大，故A錯誤；極板間電場強(qiáng)度不變，故B錯誤；極板間電壓變小，故C正確；風(fēng)力越大，d越小，極板間電壓越小，靜電計指針張角越小，故D錯誤。12.（2022·廣東佛山市五校聯(lián)盟高考模擬）避雷針是利用尖端放電原理保護(hù)建筑物等避免雷擊的一種設(shè)施。在雷雨天氣，帶負(fù)電的云層運動到高樓上空時，避雷針的尖頭通過靜電感應(yīng)會帶上大量電荷，由于導(dǎo)體尖端容易聚集電荷，所以樓頂帶上的電荷會很少，從而保護(hù)建筑。如圖所示為廣州塔“接閃”的畫面，放大圖為塔尖端附近電場線分布特點（方向未畫出），下列說法正確的是（）A.放電前塔尖端帶負(fù)電B.放電時空氣中的正電荷將向塔尖端運動C.向塔尖端運動的電荷受到的電場力越來越小D.向塔尖端運動的電荷電勢能減小【答案】D【解析】云層帶負(fù)電，根據(jù)靜電感應(yīng)規(guī)律可知放電前塔尖端帶正電，故A錯誤；塔尖帶正電，云層帶負(fù)電，所以放電時空氣中的負(fù)電荷將向塔尖端運動，正電荷向云層運動，故B錯誤；根據(jù)電場線的疏密可知，塔尖的電場強(qiáng)度較大，所以向塔尖端運動的電荷受到的電場力越來越大，故C錯誤；負(fù)電荷在電場力的作用下向塔尖端運動，電場力做正功，電勢能減小，故D正確。13.（2022·廣東·二模）如圖（a），某棵大樹被雷電擊中，此時以大樹為中心的地面上形成了電場，該電場的等勢面分布及電場中M、P兩點的位置如圖（b）所示，則（）A．M點電勢較低 B．電場線由P點指向M點C．越靠近大樹的地方電場強(qiáng)度越小 D．M、P兩點間的電勢差約為200kV【答案】D【解析】由b圖可知，。則根據(jù)電場線由高電勢指向低電勢，可知電場線由大樹(即表示等勢面的同心圓的圓心)指向P點。根據(jù)等差等勢面的疏密程度可以表示電場的強(qiáng)弱，易知越靠近大樹的地方電場強(qiáng)度越大。故ABC錯誤；根據(jù)電勢差的定義，可得，故D正確。14．（2022·全國乙卷考題·T21）一種可用于衛(wèi)星上的帶電粒子探測裝置，由兩個同軸的半圓柱形帶電導(dǎo)體極板（半徑分別為R和）和探測器組成，其橫截面如圖（a）所示，點O為圓心。在截面內(nèi)，極板間各點的電場強(qiáng)度大小與其到O點的距離成反比，方向指向O點。4個帶正電的同種粒子從極板間通過，到達(dá)探測器。不計重力。粒子1、2做圓周運動，圓的圓心為O、半徑分別為、；粒子3從距O點的位置入射并從距O點的位置出射；粒子4從距O點的位置入射并從距O點的位置出射，軌跡如圖（b）中虛線所示。則（）A.粒子3入射時的動能比它出射時的大B.粒子4入射時的動能比它出射時的大C.粒子1入射時的動能小于粒子2入射時的動能D.粒子1入射時的動能大于粒子3入射時的動能【答案】BD【解析】在截面內(nèi)，極板間各點的電場強(qiáng)度大小與其到O點的距離成反比，可設(shè)為帶正電的同種粒子1、2在均勻輻向電場中做勻速圓周運動，則有，可得即粒子1入射時的動能等于粒子2入射時的動能，故C錯誤；粒子3從距O點的位置入射并從距O點的位置出射，做向心運動，電場力做正功，則動能增大，粒子3入射時的動能比它出射時的小，故A錯誤；粒子4從距O點的位置入射并從距O點的位置出射，做離心運動，電場力做負(fù)功，則動能減小，粒子4入射時的動能比它出射時的大，故B正確；粒子3做向心運動，有可得粒子1入射時的動能大于粒子3入射時的動能，故D正確。15.（2022·福建·模擬預(yù)測）靜電噴涂利用高壓電場使霧化涂料受電場力作用吸附于基底表面，比傳統(tǒng)手工噴涂更省料、環(huán)保、高效。如圖所示，豎直平面內(nèi)存在水平向右的勻強(qiáng)電場（圖中未畫出），電場強(qiáng)度的大小為E=5×105V/m。現(xiàn)將一質(zhì)量為m=1×10-6kg、電量為q