專題09 電場 帶電粒子在電場中的運動（測試）（解析版）-2024年高考物理二輪復(fù)習(xí)講練測（新教材新高考）

【淘寶店鋪：向陽百分百】【淘寶店鋪：向陽百分百】專題09電場帶電粒子在電場中的運動（考試時間：75分鐘試卷滿分：100分）一、單項選擇題（本題共12小題，每小題5分，共60分。每小題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求的,不選、多選、錯選均不得分）1．（2024·廣東中山·中山市華僑中學(xué)?？寄M預(yù)測）在維護和檢修高壓供電線路時，為了不影響城市用電，電工經(jīng)常要在高壓線上帶電作業(yè)．為了保障電工的安全，電工全身要穿上用金屬絲線編織的衣服（如圖甲）．圖乙中電工站在高壓直流輸電線的A供電線上作業(yè)，頭頂上方有B供電線，B供電線的電勢高于A電線的電勢，虛線表示電工周圍某一截面上的等差等勢線，c、d、e、f是等勢線上的四個點．以下說法中正確的是（）

A．在c、d、e、f四點中，c點的電場最強B．在c、d、e、f四點中，f點的電勢最高C．將某電子在d點由靜止釋放，它會向e點所在等勢面運動D．將電子由d移到e電場力所做的功等于將電子由e移到f電場力所做的功【答案】D【詳解】A．等差等勢面越密集的位置電場線越密集，場強越大，則在c、d、e、f四點中，f點的電場最強，選項A錯誤；B．因為B供電線的電勢高于A電線的電勢，則在c、d、e、f四點中，c點的電勢最高，選項B錯誤；C．將某電子在d點由靜止釋放，它會向c點所在等勢面運動，選項C錯誤；D．因為de兩點電勢差等于ef兩點的電勢差，根據(jù)W=Uq可知將電子由d移到e電場力所做的功等于將電子由e移到f電場力所做的功，選項D正確。故選D。2．（2024·福建漳州·統(tǒng)考模擬預(yù)測）靜電紡紗利用了高壓靜電場使單纖維兩端帶上異種電荷，其電場分布如圖所示，則（）

A．圖中虛線是等勢線，電場強度B．圖中虛線是電場線，電場強度C．一電子在A點的電勢能大于其在D點的電勢能D．將一電子從C移動到D，電場力做功為零【答案】C【詳解】AB．根據(jù)等量異種點電荷電場線分布特點可知，圖中虛線是電場線；A處的電場線比B處的電場線稀疏，則有，故AB錯誤；C．由于右邊電極接高壓電源正極，則D點電勢大于A點電勢，根據(jù)，且電子帶負電，則一電子在A點的電勢能大于其在D點的電勢能，故C正確；D．由于D點電勢大于C點電勢，將一電子從C移動到D，電場力做正功，故D錯誤。故選C。3．（2023·河南·校聯(lián)考模擬預(yù)測）物理學(xué)家在研究帶電粒子在特殊電場中運動規(guī)律時，設(shè)計了一種特殊的電場：在正方形四個頂點固定等量同種電荷，電場線如圖，則正方形內(nèi)部電場強度為零的點個數(shù)是（）A．4個 B．5個 C．6個 D．7個【答案】B【詳解】由點電荷場強公式可知，四個等量同種電荷在正方形中心O點產(chǎn)生的合場強為零。如圖所示，在正方形內(nèi)部取A、B、C、D四個點，AOC所在直線、BOD所在直線與正形的邊平行。上方兩個點電荷在A點產(chǎn)生的合場強豎直向下，下方兩個點電荷在A點產(chǎn)生的合場強豎直向上，又因為AO間的電場線方向向下，A點上方的電場線方向向上，則A點的場強應(yīng)該為零，同理B、C、D三點的合場強也為零，則正方形內(nèi)部電場強度為零的點個數(shù)是5個。故選B。4．（2023·四川成都·棠湖中學(xué)?？家荒＃┰谝恍╇娮语@示設(shè)備中，讓陰極發(fā)射的電子束通過適當(dāng)?shù)姆莿驈婋妶?，可以使發(fā)散的電子束聚集。如圖，帶箭頭的實線表示電場線，虛線表示電子的運動軌跡，M、N是這條軌跡上的兩點。下列說法正確的是（）A．M點的電勢高于N點B．電子在M點的加速度大于在N點的加速度C．電子在M點的動能大于在N點的動能D．電子在M點的電勢能大于在N點的電勢能【答案】D【詳解】A．沿電場線電勢逐漸降低，可知M點的電勢低于N點，選項A錯誤；B．因N點電場線比M點密集，可知N點場強較大，電子在N點受電場力較大，則電子在M點的加速度小于在N點的加速度，選項B錯誤；CD．電子從M到N點，電場力做正功，動能增加，則在M點的動能小于在N點的動能，電勢能減小，則電子在M點的電勢能大于在N點的電勢能，選項C錯誤，D正確。故選D。5．（2023·浙江·慈溪中學(xué)校聯(lián)考模擬預(yù)測）如圖所示，兩平行金屬板相距為d，電勢差為U，一個質(zhì)量為m，電荷量為e的電子，從O點沿垂直于極板的方向射出，最遠到達距O點為h處的A點，然后返回。則此電子在O點射出時的速度大小是（）A．eU B． C． D．【答案】B【詳解】電子最遠到達距O點為h處的A點，根據(jù)動能定理有，電場強度為，此電子在O點射出時的速度大小是。故選B。6．（2024·遼寧沈陽·東北育才學(xué)校?？级＃╇妶鼍€分布如圖所示，以下說法正確的是（

）

A．a(chǎn)點電勢低于b點電勢B．c點場強大于b點場強C．若將一檢驗電荷＋q由d點移至a點，它的電勢能增大D．若在d點再固定一點電荷，將一檢驗電荷＋q由a移至b的過程中，電勢能增大【答案】C【詳解】A．根據(jù)沿電場線電勢逐漸降低，可知a點電勢高于b點電勢，故A錯誤；B．根據(jù)電場線的疏密程度，可知c點場強小于b點場強，故B錯誤；C．若將一檢驗電荷+q由d點移至a點，由于d點電勢低于a點電勢，根據(jù)，可知檢驗電荷的電勢能增大，故C正確；D．若在d點再固定一點電荷，將一檢驗電荷+q由a移至b的過程中，原電場對+q做正功，對+q的庫侖引力也做正功，可知合電場對+q做正功，它的電勢能減小，故D錯誤。故選C。7．（2024·貴州·統(tǒng)考一模）如圖所示，將帶正電的試探電荷沿等量異種點電荷連線從A點移動到B點，再沿連線中垂線從B點移動到C點。在此過程中，對試探電荷所受的靜電力F，所經(jīng)過的各點處電勢φ的高低，試探電荷的電勢能E的大小，下列判斷正確的是（

）A．A處與C處的電場力方向相反 B．C． D．【答案】B【詳解】由等量異種電荷的電場分布規(guī)律可知A、B、C三處的電場強度方向均與電荷連線平行，由正電荷指向負電荷；試探電荷帶正電，受到的電場力與場強方向相同，則試探電荷在三處所受的電場力方向相同；根據(jù)，可知電場力大小與場強大小分布一致，則有，根據(jù)沿電場方向電勢降低，且等量異種電荷的連線中垂線為等勢線，可知A、B、C三處的電勢關(guān)系為，根據(jù)電勢能與電勢關(guān)系，由于試探電荷帶正電，則探電荷在三處的電勢能E大小為。故選B。8．（2023·浙江·校聯(lián)考一模）在軸上兩點分別放置兩電荷和為兩電荷中垂線上一點，且，在軸上的電場強度與的圖線如圖所示，規(guī)定場強沿軸正方向為正，則（）A．兩電荷為等量異種電荷B．點電勢小于0C．電子從到運動過程中電勢能增大D．電子從到運動過程中加速度先增大后減小【答案】D【詳解】AB．根據(jù)題意，由圖可知，點左側(cè)電場方向沿軸正方向，點右側(cè)電場方向沿軸負方向，點場強為0且，可知，、為等量正電荷，中垂線上的電場方向為由點指向無窮遠，根據(jù)沿電場線方向電勢逐漸降低可知，由于無窮遠處電勢為0，則點電勢大于0，故AB錯誤；C．結(jié)合AB分析可知，電子從到運動過程中電場力做正功，電勢能減小，故C錯誤；D．根據(jù)題意，設(shè)，，由點電荷場強公式和場強疊加原理可得，此時點電場強度為，在連線上取一點，令，由點電荷場強公式和場強疊加原理可得，此時點電場強度為，可知，結(jié)合等量同種電荷連線中垂線上的電場強度情況可知，從到電場強度先增大后減小，則電子從到運動過程中加速度先增大后減小，故D正確。故選D。9．（2023·河北秦皇島·校聯(lián)考二模）如圖所示的螺旋線，是一不計重力的帶電粒子在勻強磁場中的運動軌跡，螺旋線的幾何軸線為圖中虛線，虛線與z軸平行、與y軸相交。下列說法正確的是（）

A．勻強磁場的方向平行于z軸 B．帶電粒子一定帶正電C．運動時帶電粒子的動量不變 D．運動時帶電粒子的動能改變【答案】A【詳解】A．觀察螺旋線，帶電粒子的運動可視為沿z軸的勻速直線運動和平行于平面的勻速圓周運動合成，洛倫茲力提供向心力，且始終平行于平面，指向螺旋線軸線，故勻強磁場的方向平行于z軸，A正確；B．由于不能確定磁場的準(zhǔn)確方向和帶電粒子的運動方向，粒子的電性無法判斷，B錯誤；C．動量是矢量，帶電粒子的速度方向一直在改變，所以動量一直在改變，C錯誤；D．洛倫茲力不做功，所以粒子動能不變，D錯誤。故選A。10．（2023·湖南永州·湖南省道縣第一中學(xué)?？寄M預(yù)測）人體的細胞膜模型圖如圖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胞膜，厚度為d，膜內(nèi)的電場可看作勻強電場，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點電勢小于B點電勢B．鈉離子的電勢能增大C．若膜電位不變，僅增大d，則鈉離子到達B點的速度越大D．若d不變，僅增大膜電位，則鈉離子到達B點的時間越短【答案】D【詳解】AB．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，可知A點電勢高于B點電勢，電場力對鈉離子做正功，電勢能減小，選項AB錯誤；C．若膜電位不變，僅增大d，根據(jù)，則鈉離子到達B點的速度不變，選項C錯誤；D．若d不變，僅增大膜電位，根據(jù)，，可得，則鈉離子到達B點的時間越短，選項D正確。故選D。11．（2023·浙江溫州·統(tǒng)考一模）陰極射線管可簡化成如圖甲所示結(jié)構(gòu)，電子在O點由靜止開始向右加速，加速電壓為；經(jīng)加速后進入偏轉(zhuǎn)電場，偏轉(zhuǎn)電壓為，偏轉(zhuǎn)極板間距為d；電子射出偏轉(zhuǎn)電場后，直線運動時掠射到熒光屏上，熒光屏上的亮線顯示出電子束的徑跡。某次實驗加上如圖乙所示的偏轉(zhuǎn)電壓，熒光屏出現(xiàn)如圖丙所示的兩條亮線。已知電子的電荷量為e，下列說法正確的是（）A．電子射出偏轉(zhuǎn)電場時的動能為B．若僅使偏轉(zhuǎn)極板間距d變?yōu)樵瓉淼?倍，兩亮線右端點的間距會變?yōu)樵瓉淼腃．若僅使加速電壓變?yōu)樵瓉淼?倍，電子離開偏轉(zhuǎn)電場時的動能會變?yōu)樵瓉淼?倍D．若僅使偏轉(zhuǎn)電壓變?yōu)樵瓉淼谋叮瑑闪辆€之間的夾角的正切值會變?yōu)樵瓉淼摹敬鸢浮緽【詳解】A．根據(jù)圖丙可知，兩粒子偏轉(zhuǎn)方向相反，因為電子在偏轉(zhuǎn)電場中，出射和入射兩點間并非電勢差為，所以電子射出偏轉(zhuǎn)電場時的動能小于，故A錯誤；B．僅使偏轉(zhuǎn)極板間距d變?yōu)樵瓉淼?倍，根據(jù)，，，可知，在偏轉(zhuǎn)電場中運動時間不變，加速度變?yōu)樵瓉淼囊话耄芍?，偏轉(zhuǎn)位移變?yōu)樵瓉淼囊话耄瑒t兩亮線右端點的間距會變?yōu)樵瓉淼?，故B正確；C．若僅使加速電壓變?yōu)樵瓉淼?倍，加速電場中電場力功變?yōu)樵瓉淼?倍，則入射速度變?yōu)樵瓉淼谋?，時間變?yōu)樵瓉淼模鶕?jù)，可知，豎直位移變?yōu)樵瓉淼囊话?，則在偏轉(zhuǎn)電場中電場力做功，變?yōu)樵瓉淼囊话?，電子離開偏轉(zhuǎn)電場時的動能不是原來的2倍，故C錯誤；D．若僅使偏轉(zhuǎn)電壓變?yōu)樵瓉淼谋?，運動時間不變，根據(jù)，可知，豎直分速度變?yōu)樵瓉淼囊话?，變?yōu)樵瓉淼囊话耄瑑闪辆€與中軸線之間的夾角的正切值會變?yōu)樵瓉淼?，故D錯誤。故選B。12．（2023·河北·校聯(lián)考模擬預(yù)測）如圖所示，是某晶體分子結(jié)構(gòu)示意圖。在該正八面體的M、N兩個點上分別放置電荷量為+q的正點電荷，在F、Q兩點分別放置電荷量為-q的點電荷，為研究問題方便，在圖中畫出了以O(shè)為球心的正八面體的內(nèi)切球，其半徑為r2。以無窮遠為零電勢點，則下列說法正確的是（）A．P點電勢與R點電勢不相等B．將一正電荷由P點移到R點，電荷的電勢能增加C．將一個負電荷由內(nèi)切球與PMN面切點移至與QRF的切點，電場力做負功D．圓心O位置的電場強度大小為【答案】C【詳解】A．令正八面體的棱長為L，根據(jù)點電荷的電勢表達式有，可知，F(xiàn)、Q兩點電荷在P、R位置的電勢均為，M、N兩點電荷在P、R位置的電勢均為，則P、R位置的電勢均為，故A錯誤；B．根據(jù)電勢能的表達式有，根據(jù)上述，P點電勢與R點電勢相等，則將一正電荷由P點移到R點，電荷的電勢能不變，故B錯誤；C．根據(jù)圖像可知，內(nèi)切球與PMN面切點到F、Q位置間距大于內(nèi)切球與PMN的切點到M、N位置的間距，根據(jù)點電荷的電勢表達式可知，四個點電荷在內(nèi)切球與PMN面切點的電勢為正值，內(nèi)切球與QRF面切點到F、Q位置間距小于內(nèi)切球與QRF的切點到M、N位置的間距，根據(jù)點電荷的電勢表達式可知，四個點電荷在內(nèi)切球與QRF面切點的電勢為負值，即內(nèi)切球與PMN的切點的電勢大于內(nèi)切球與QRF的切點的電勢，根據(jù)，可知，將一個負電荷由內(nèi)切球與PMN面切點移至與QRF的切點，電場力做負功，故C正確；D．令正八面體的棱長為L，正八面體頂點到內(nèi)切球球心的間距為，根據(jù)幾何關(guān)系有，解得，將M、F看為一組等量異種點電荷，N、Q看為另一組等量異種點電荷，這兩組電荷在于O的電場強度方向垂直，大小均為，則圓心O位置的電場強度大小為，故D錯誤。故選C。二、多項選擇題（本題共2小題,每小題5分,共10分。每小題列出的四個備選項中至少有一個是符合題目要求的。全部選對的得5分,選對但不全的得3分,有選錯的得0分）13．（2024·四川成都·四川省成都列五中學(xué)校考一模）（多選）一個帶電粒子（不計重力）射入一點電荷的電場中，粒子運動的軌跡如圖實線所示，圖中虛線是同心圓弧，表示電場中的等勢面，下列判斷正確的是（）

A．粒子在a點的電勢能一定小于在b點的電勢能B．粒子在b點的速率一定大于在a點的速率C．粒子在a點和c點的動能相等D．粒子在b點所受的電場力小于在a點所受的電場力【答案】AC【詳解】D．該電場為點電荷的電場，粒子在點距離點電荷更近，因此粒子在點所受的電場力大于在點所受的電場力，D錯誤；AB．粒子運動軌跡為曲線，受力的方向指向軌跡凹側(cè)，因此該粒子受到向外的斥力，從到的運動過程中，電場力做負功，電勢能增加，動能減小，故粒子在a點的電勢能一定小于在b點的電勢能，粒子在b點的速率一定小于在a點的速率，A正確，B錯誤；C．由于處于同一等勢面上，從到過程中，電場力做功為零，因此粒子在點和點的動能相等，C正確。故選AC。14．（2024·山東德州·校聯(lián)考模擬預(yù)測）（多選）如圖1，在矩形MNPQ區(qū)域中有平行于PM方向的勻強電場，電場強度為，一電荷量為，質(zhì)量為m帶電粒子以的初速度從M點沿MN方向進入勻強電場，剛好從Q點射出。，。現(xiàn)保持電場強度的大小不變，使勻強電場的方向按圖2做周期性變化。使帶電粒子仍以的初速度從M點沿MN方向進入，粒子剛好能從QN邊界平行PQ方向射出。不計粒子重力，取圖1中方向為電場正方向。則下列說法正確的是（）A．電場強度大小為B．電場強度大小為C．電場變化的周期可能為D．電場變化的周期可能為【答案】BCD【詳解】AB．對粒子分析，粒子沿MN方向做勻速直線運動，電場力方向做勻加速直線運動，則有，，解得，故A錯誤，B正確；CD．當(dāng)場強方向周期性變化時，沿電場方向先做初速度為0的勻加速后再做勻減速到0的直線運動，此過程重復(fù)n次，n取正整數(shù)，根據(jù)，解得，當(dāng)時，；當(dāng)時，，故CD正確。故選BCD。三、計算題（本題包括3小題，10分+10分+10分共30分，解答過程請寫出必要的文字說明和必需的物理演算過程，只寫出最終結(jié)果的不得分）15．（2023·貴州六盤水·統(tǒng)考模擬預(yù)測）如圖所示，平行放置的薄金屬板A、B中心開有小孔、，板間距離為?，F(xiàn)讓A、B兩板間加電壓，兩板間形成勻強電場，板外電場忽略不計。由質(zhì)量均為、所帶電荷量均為的帶電粒子組成長為的直線陣列，陣列中所有粒子均以水平初速度從小孔穿入電場，經(jīng)電場加速后從小孔穿出。忽略陣列中粒子間的相互作用和重力的影響。求：（1）最右端的帶電粒子離開小孔時速度的大?。唬?）最左端的帶電粒子離開小孔時粒子陣列的長度?！敬鸢浮浚?）；（2）【詳解】（1）根據(jù)動能定理可得可得（2）長度為16．（2023·河北·校聯(lián)考模擬預(yù)測）在“質(zhì)子療法”中，質(zhì)子先被加速到具有較高能量，然后被引向攻擊腫瘤細胞。如圖所示，質(zhì)量為、電荷量為的質(zhì)子從極板處由靜止加速，通過極板中間的小孔以射出，然后從坐標(biāo)系中的點平行于坐標(biāo)軸進入