適用于新高考新教材備戰(zhàn)2025屆高考物理一輪總復習第9章靜電場第3講專題提升電場中的功能關系和圖像問題

第3講專題提升:電場中的功能關系和圖像問題基礎對點練題組一電場中的功能問題1.(2024廣東茂名一模)人體的細胞膜由磷脂雙分子層組成,雙分子層之間存在電壓(醫(yī)學上稱為膜電位),雙分子層之間電場可看作勻強電場,使得只有帶特定電荷的粒子才能通過細胞膜進入細胞內,如圖所示。初速度為零的正一價鈉離子僅在靜電力的作用下,從細胞膜外A點運動到細胞膜內B點,則下列說法正確的是()A.A點電勢低于B點電勢B.鈉離子的電勢能減小C.鈉離子的加速度變大D.若膜電位上升但細胞膜厚度不變,鈉離子進入細胞內的速度不變2.(多選)(2024廣東深圳模擬)范德格拉夫靜電加速器結構如圖所示,其工作原理是先通過傳送帶將正電荷傳送到金屬球殼(電荷在金屬球殼均勻分布),使金屬球與地面間產生幾百萬伏的高壓,然后利用高壓給絕緣管中的帶電粒子加速。在加速管頂端A點無初速度釋放一帶電粒子,粒子經過B、C兩點到達管底(B為AC中點)。不計粒子重力,僅考慮球殼產生電場的影響,下列說法正確的是()A.B點電勢比C點電勢高B.粒子從B點到C點的過程中電勢能增大C.粒子在B點的加速度大于在C點的加速度D.粒子在AB與BC間的動能變化量相同3.如圖所示,A、B是半徑為r的圓上兩點,空間存在平行于圓面的勻強電場,將質量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從圓心處以大小均為v0的初速度向各個方向射出,結果粒子到達A、B兩點時動能均減少了14mv02,已知∠AOB=120°,不計粒子的重力,A.mv02C.3mv0題組二電場中的圖像問題4.(2023上海模擬)空間中有一電場,電勢分布如圖所示,現放入一個負點電荷,隨后向右移動此電荷,下列點電荷電勢能隨位置變化的圖像正確的是()5.(多選)如圖甲所示,a、b是點電荷電場中同一電場線上的兩點,一個帶電粒子在a點由靜止釋放,僅在靜電力作用下從a點向b點運動,粒子的動能與位移之間的關系如圖乙所示,則下列說法正確的是()A.帶電粒子與場源電荷帶異種電荷B.a點電勢比b點電勢高C.a點電場強度比b點電場強度大D.帶電粒子在a點的電勢能比在b點的電勢能大6.(2024浙江溫州一模)兩個電荷量分別為q1和q2的點電荷固定在x軸上的a、b兩點,兩點電荷連線上各點電勢φ隨x變化的關系如圖所示,其中c為ab連線上電勢最低的點。取無窮遠處電勢為0,則下列說法正確的是()A.兩點電荷均帶正電,且q1<q2B.a、c兩點間電場方向沿x軸負方向C.負電荷從a移到b的過程中,電勢能先增大后減小D.a、c兩點間沿x軸正方向的電場強度先增大后減小7.如圖甲所示,以兩等量正點電荷連線的中點作為原點,沿中垂線建立x軸,x軸上各點的電場強度E隨x變化的圖像如圖乙所示。下列說法正確的是()A.x=-1m處電場強度的大小小于x=2m處電場強度的大小B.x=1m處的電勢低于x=2m處的電勢C.將電子沿x軸從x=1m處移動到x=-1m處的過程中,電子的電勢能先減小后增大D.將電子沿x軸從x=1m處移動到x=-1m處的過程中,電子所受靜電力先減小后增大8.(2024廣東模擬)如圖甲所示,A、B是某電場中的一條電場線上的兩點,一帶負電的粒子從A點由靜止釋放,僅在靜電力的作用下從A點運動到B點,其運動的v-t圖像如圖乙所示。取A點為坐標原點,且規(guī)定φA=0,AB方向為正方向建立x軸,作出了AB所在直線的電場強度大小E、電勢φ、粒子的電勢能Ep隨位移x變化的E-x圖像、φ-x圖像、Ep-x圖像,其中可能正確的是()綜合提升練9.(2024廣東揭陽期末)一學習小組對電鰻進行研究,如圖甲所示,以電鰻頭部上某點O為原點,以指向其尾部的方向為x軸正方向建立x軸,該小組測得x軸上的電勢φ在x軸上的分布如圖乙所示。已知該靜電場可視為由x軸上兩個靜止的點電荷產生,x2處的電勢為0。取無窮遠處的電勢為0,下列說法正確的是()A.兩個點電荷可能為同種點電荷B.x2處電場強度為0C.x2、x3處電場強度方向相同D.一負的試探電荷在x2處的電勢能大于其在x3處的電勢能10.(2024江蘇南通模擬)如圖所示,兩個電荷量均為+Q的點電荷位置固定不動,電荷量分別為+q和-q的兩個點電荷用絕緣輕桿連接構成電偶極子,輕桿的長度遠小于兩個+Q之間的距離,電偶極子位于兩個+Q中垂線上的O點,以O點為原點,向上為正方向建立x軸。在電偶極子上施加沿x軸的外力F(F方向向上為正),使其沿著中垂線緩慢向上移動,Ep表示電偶極子在移動過程中的電勢能(忽略+q與-q的相互作用,不考慮重力)。下列F和Ep隨輕桿中點的坐標x變化的圖像正確的是()A.①和③ B.②和③C.①和④ D.②和④參考答案第3講專題提升:電場中的功能關系和圖像問題1.B解析初速度為零的正一價鈉離子僅在靜電力的作用下,從細胞膜外A點運動到細胞膜內B點,說明靜電力向下,則電場線方向向下,根據沿著電場線電勢降低可知,A點電勢高于B點電勢,故A錯誤;靜電力做正功,動能增大,電勢能減小,故B正確;膜內的電場可看作勻強電場,所以加速度不變,故C錯誤;根據動能定理得qU=12mv2,若膜電位上升但細胞膜厚度不變,鈉離子進入細胞內的速度變大,故D2.AC解析根據題意可知,電場方向由A→C,沿電場線方向電勢降低,則B點電勢比C點電勢高,故A正確;粒子從靜止開始運動,靜電力做正功,則電勢能減小,故B錯誤;根據題意可知,B點附近的電場強度大于C點的電場強度,則粒子在B點的加速度大于在C點的加速度,故C正確;根據題意可知,在A、B間電場強度的平均值大于B、C間電場強度的平均值,由動能定理可知,粒子在AB間的動能變化量比BC間的動能變化量大,故D錯誤。3.A解析根據題意可知,A、B兩點等電勢,電場線垂直于A、B連線,則電場強度垂直于A、B連線,由于粒子在A、B的動能小于在O點的動能,因此粒子在A、B的電勢能比在O點的電勢能大,由于粒子帶正電,因此A、B電勢比O點電勢高,粒子從O點到A、B兩點,由動能定理可得-qU=0-14mv02,O到AB連線的距離為d=rsin30°,由勻強電場的電勢差與電場強度的關系可知,勻強電場的電場強度大小為E=Ud=m4.C解析由電勢能的表達式Ep=qφ可知負點電荷向右移動此電荷,電勢能為負值并且逐漸增大,故選C。5.CD解析粒子從a點向b點運動,Ek-x圖像的切線斜率減小,根據動能定理,有qEx=Ek,電場強度減小,因此a點更靠近場源電荷,則a點電場強度比b點電場強度大,若場源電荷是正電荷,則粒子帶正電,若場源電荷是負電荷,則粒子帶負電,它們帶同種電荷,故A錯誤,C正確;由于不能確定場源電荷的電性,所以也不能確定電場線的方向,不能確定a點電勢與b點電勢的高低,故B錯誤;帶電粒子僅在靜電力作用下從a點運動到b點,靜電力做正功,電勢能減小,所以帶電粒子在a點的電勢能大于在b點的電勢能,故D正確。6.C解析φ-x圖像斜率代表電場強度,根據圖像可知,所有電勢均為正值,所以兩點電荷均帶正電,根據電場疊加原理可知,兩點電荷在c點電場強度等大反向,結合E=kqr2可知q1>q2,故A錯誤;沿電場線方向電勢降低,所以a、c兩點間電場方向沿x軸正方向,故B錯誤;負電荷從a移到b的過程中,電勢先減小再增大,由Ep=qφ可知,電勢能先增大后減小,故C正確;a、c兩點間沿x軸正方向圖像斜率一直減小,電場強度一直減小,故7.C解析由圖乙知,x=-1m處電場強度的大小大于x=2m處電場強度的大小,故A錯誤;沿著電場線方向電勢降低,則x=1m處的電勢高于x=2m處的電勢,故B錯誤;將電子沿x軸從x=1m處移動到x=-1m處的過程中,電子先做正功后做負功,電勢能先減小后增大,故C正確;將電子沿x軸從x=1m處移動到x=-1m處的過程中,電場強度大小先增大再減小,然后再增大,再減小,電子所受靜電力先增大再減小,然后再增大,再減小,故D錯誤。8.C解析根據v-t圖像可知,粒子的加速度在逐漸減小,粒子所受靜電力在逐漸減小,電場強度E隨位移x在逐漸減小,A、B錯誤;粒子帶負電,靜電力方向從A指向B,電場強度方向從B指向A,故從A到B電勢逐漸升高,由于電場強度逐漸減小,故φ-x圖像的斜率逐漸減小,C正確;從A到B電勢能逐漸減小,又靜電力減小,Ep-x圖像的斜率逐漸減小,D錯誤。9.C解析由圖乙可知左側的點電荷為正電荷,右側的點電荷為負電荷,故A錯誤;φ-x圖像的斜率大小表示電場強度的大小,可知x2處電場強度不為0,故B錯誤;φ-x圖像的斜率正負表示電場強度的方向,x2、x3處電場強度方向相同,故C正確;根據電勢能公式W=φ·(-q)=-φq,可知一負的試探電荷在x2處的電勢能小于其在x3處的電勢能,故D錯誤。10.B解析根據平行四邊形定則,開始時電偶極子受到的靜電力的合力向上,沿著中垂線緩慢向上移動,根據平衡條件,力F方向向下,隨著電偶極子向上