2024年高考物理真題和模擬題分類匯編專題09靜電場

-1-專題09靜電場【真題匯編】1、（2024·湖南卷·T2）如圖，四根完全相同的勻稱帶正電絕緣長棒對稱放置在長方體的四條長邊a、b、c、d上。移去a處的絕緣棒，假定另外三根絕緣棒電荷分布不變。關于長方體幾何中心O點處電場強度方向和電勢的改變，下列說法正確的是（）A.電場強度方向垂直指向a，電勢減小 B.電場強度方向垂直指向c，電勢減小C.電場強度方向垂直指向a，電勢增大 D.電場強度方向垂直指向c，電勢增大【答案】A【解析】依據對稱性可知，移去a處的絕緣棒后，電場強度方向垂直指向a，再依據電勢的疊加原理，單個點電荷在距其r處的電勢為（取無窮遠處電勢零）現(xiàn)在撤去a處的絕緣棒后，q減小，則O點的電勢減小。故選A。2、（2024·山東卷·T3）半徑為R的絕緣細圓環(huán)固定在圖示位置，圓心位于O點，環(huán)上勻稱分布著電量為Q的正電荷。點A、B、C將圓環(huán)三等分，取走A、B處兩段弧長均為的小圓弧上的電荷。將一點電荷q置于延長線上距O點為的D點，O點的電場強度剛好為零。圓環(huán)上剩余電荷分布不變，q為（）A.正電荷， B.正電荷，C.負電荷， D.負電荷，【答案】C【解析】取走A、B處兩段弧長均為的小圓弧上的電荷，依據對稱性可知，圓環(huán)在O點產生的電場強度為與A在同始終徑上的A1和與B在同始終徑上的B1產生的電場強度的矢量和，如圖所示，因為兩段弧長特別小，故可看成點電荷，則有由圖可知，兩場強的夾角為，則兩者的合場強為依據O點的合場強為0，則放在D點的點電荷帶負電，大小為依據聯(lián)立解得故選C。

3、（2024·全國甲卷·T21）地面上方某區(qū)域存在方向水平向右勻強電場，將一帶正電荷的小球自電場中Р點水平向左射出。小球所受的重力和電場力的大小相等，重力勢能和電勢能的零點均取在Р點。則射出后，（）A.小球的動能最小時，其電勢能最大B.小球的動能等于初始動能時，其電勢能最大C.小球速度的水平重量和豎直重量大小相等時，其動能最大D.從射出時刻到小球速度的水平重量為零時，重力做的功等于小球電勢能的增加量【答案】BD【解析】A．如圖所示故等效重力的方向與水平成。當時速度最小為，由于此時存在水平重量，電場力還可以向左做負功，故此時電勢能不是最大，故A錯誤；BD．水平方向上在豎直方向上由于，得如圖所示，小球的動能等于末動能。由于此時速度沒有水平重量，故電勢能最大。由動能定理可知則重力做功等于小球電勢能的增加量，故BD正確；C．當如圖中v1所示時，此時速度水平重量與豎直重量相等，動能最小，故C錯誤；故選BD。4、（2024·全國乙卷·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，極板間各點的電場強度大小與其到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】C．在截面內，極板間各點的電場強度大小與其到O點的距離成反比，可設為帶正電的同種粒子1、2在勻稱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；A．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；B．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；D．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；故選BD。5、（2024·全國乙卷·T19）如圖，兩對等量異號點電荷、固定于正方形的4個項點上。L、N是該正方形兩條對角線與其內切圓的交點，O為內切圓的圓心，M為切點。則（）A.L和N兩點處的電場方向相互垂直B.M點的電場方向平行于該點處的切線，方向向左C.將一帶正電的點電荷從M點移動到O點，電場力做正功D.將一帶正電的點電荷從L點移動到N點，電場力做功為零【答案】AB【解析】A．兩個正電荷在N點產生的場強方向由N指向O，N點處于兩負電荷連線的中垂線上，則兩負電荷在N點產生的場強方向由N指向O，則N點的合場強方向由N指向O，同理可知，兩個負電荷在L處產生的場強方向由O指向L，L點處于兩正電荷連線的中垂線上，兩正電荷在L處產生的場強方向由O指向L，則L處的合場方向由O指向L，由于正方向兩對角線垂直平分，則L和N兩點處的電場方向相互垂直，故A正確；B．正方向底邊的一對等量異號電荷在M點產生的場強方向向左，而正方形上方的一對等量異號電荷在M點產生的場強方向向右，由于M點離上方一對等量異號電荷距離較遠，則M點的場方向向左，故B正確；C．由圖可知，M和O點位于兩等量異號電荷的等勢線上，即M和O點電勢相等，所以將一帶正電的點電荷從M點移動到O點，電場力做功為零，故C錯誤；D．由圖可知，L點的電勢低于N點電勢，則將一帶正電的點電荷從L點移動到N點，電場力做功不為零，故D錯誤。故選AB。6、（2024·浙江6月卷·T9）如圖所示，帶等量異種電荷的兩正對平行金屬板M、N間存在勻強電場，板長為L（不考慮邊界效應）。t=0時刻，M板中點處的粒子源放射兩個速度大小為v0的相同粒子，垂直M板向右的粒子，到達N板時速度大小為；平行M板向下的粒子，剛好從N板下端射出。不計重力和粒子間的相互作用，則（）A.M板電勢高于N板電勢B.兩個粒子的電勢能都增加C.粒子在兩板間的加速度為D.粒子從N板下端射出的時間【答案】C【解析】A．由于不知道兩粒子的電性，故不能確定M板和N板的電勢凹凸，故A錯誤；B．依據題意垂直M板向右的粒子，到達N板時速度增加，動能增加，則電場力做正功，電勢能減??；則平行M板向下的粒子到達N板時電場力也做正功，電勢能同樣減小，故B錯誤；CD．設兩板間距離為d，對于平行M板向下的粒子剛好從N板下端射出，在兩板間做類平拋運動，有對于垂直M板向右的粒子，在板間做勻加速直線運動，因兩粒子相同，在電場中加速度相同，有聯(lián)立解得，故C正確，D錯誤；故選C。7、（2024·浙江1月卷·T10）某種氣體—電子放大器的局部結構是由兩塊夾有絕緣介質的平行金屬薄膜構成，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】A．因上下為兩塊夾有絕緣介質的平行金屬薄膜，則a點所在的線是電場線，選項A錯誤；B．因c處的電場線較b點密集，則c點的電場強度比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；D．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。故選C。8、（2024·河北·T6）如圖，真空中電荷量為和的兩個點電荷分別位于點與點，形成一個以延長線上點為球心，電勢為零的等勢面（取無窮處電勢為零），為連線上的一點，S為等勢面與直線的交點，為等勢面上的一點，下列說法正確的是（）A.點電勢低于點電勢 B.點電場強度方向指向O點C.除無窮遠處外，直線MN上還有兩個電場強度為零的點 D.將正摸索電荷從T點移到P點，靜電力做正功【答案】B【解析】A．在直線上，左邊正電荷在右側電場強度水平向右，右邊負電荷在直線上電場強度水平向右，依據電場的疊加可知間的電場強度水平向右，沿著電場線電勢漸漸降低，可知點電勢高于等勢面與交點處電勢，則點電勢高于點電勢，故A錯誤；C．由于正電荷的電荷量大于負電荷電荷量，可知在N左側電場強度不行能為零，則右側，設距離為，依據可知除無窮遠處外，直線MN電場強度為零的點只有一個，故C錯誤；D．由A選項分析可知：點電勢低于電勢，則正電荷在點的電勢能低于在電勢的電勢能，將正摸索電荷從T點移到P點，電勢能增大，靜電力做負功，故D錯誤；B．設等勢圓的半徑為，距離為，距離為，如圖所示依據結合電勢的疊加原理、滿意解得由于電場強度方向垂直等勢面，可知T點的場強方向必過等勢面的圓心，O點電勢可知可知T點電場方向指向O點，故B正確。故選B。9、（2024·湖北·T4）密立根油滴試驗裝置如圖所示，兩塊水平放置的金屬板分別與電源的正負極相接，板間產生勻強電場。用一個噴霧器把密度相同的很多油滴從上板中間的小孔噴入電場，油滴從噴口噴出時由于摩擦而帶電。金屬板間電勢差為U時，電荷量為q、半徑為r的球狀油滴在板間保持靜止。若僅將金屬板間電勢差調整為2U，則在板間能保持靜止的球狀油滴所帶電荷量和半徑可以為（）A.q，r B.2q，r C.2q，2r D.4q，2r【答案】D【解析】初始狀態(tài)下，液滴處于靜止狀態(tài)時，滿意即AB．當電勢差調整為2U時，若液滴的半徑不變，則滿意可得AB錯誤；CD．當電勢差調整為2U時，若液滴的半徑變?yōu)?r時，則滿意可得C錯誤，D正確。故選D。10、（2024·湖北·T10）如圖所示，一帶電粒子以初速度v0沿x軸正方向從坐標原點О射入，并經過點P（a>0，b>0）。若上述過程僅由方向平行于y軸的勻強電場實現(xiàn)，粒子從О到Р運動的時間為t1，到達Р點的動能為Ek1。若上述過程僅由方向垂直于紙面的勻強磁場實現(xiàn)，粒子從O到Р運動的時間為t2，到達Р點的動能為Ek2。下列關系式正確的是·（）A.t1<t2 B.t1>t2C.Ek1<Ek2 D.Ek1>Ek2【答案】AD【解析】AB．該過程中由方向平行于y軸的勻強電場實現(xiàn)，此時粒子做類平拋運動，沿x軸正方向做勻速直線運動；當該過程僅由方向垂直于紙面的勻強磁場實現(xiàn)時，此時粒子做勻速圓周運動，沿x軸正方向分速度在減小，依據可知t1<t2故A正確，B錯誤。CD．該過程中由方向平行于y軸的勻強電場實現(xiàn)，此時粒子做類平拋運動，到達P點時速度大于v0；當該過程僅由方向垂直于紙面的勻強磁場實現(xiàn)時，此時粒子做勻速圓周運動，到達P點時速度等于v0，而依據可知Ek1>Ek2故C錯誤，D正確。故選AD。11、（2024·廣東卷·T14）密立根通過觀測油滴的運動規(guī)律證明白電荷的量子性，因此獲得了1923年的諾貝爾獎。圖是密立根油滴試驗的原理示意圖，兩個水平放置、相距為d的足夠大金屬極板，上極板中心有一小孔。通過小孔噴入一些小油滴，由于碰撞或摩擦，部分油滴帶上了電荷。有兩個質量均為、位于同一豎直線上的球形小油滴A和B，在時間t內都勻速下落了距離。此時給兩極板加上電壓U（上極板接正極），A接著以原速度下落，B經過一段時間后向上勻速運動。B在勻速運動時間t內上升了距離，隨后與A合并，形成一個球形新油滴，接著在兩極板間運動直至勻速。已知球形油滴受到的空氣阻力大小為，其中k為比例系數，m為油滴質量，v為油滴運動速率，不計空氣浮力，重力加速度為g。求：（1）比例系數k；（2）油滴A、B的帶電量和電性；B上升距離電勢能的改變量；（3）新油滴勻速運動速度的大小和方向?！敬鸢浮浚?）；（2）油滴A不帶電，油滴B帶負電，電荷量為，；（3）見解析【解析】（1）未加電壓時，油滴勻速時的速度大小勻速時又聯(lián)立可得（2）加電壓后，油滴A的速度不變，可知油滴A不帶電，油滴B最終速度方向向上，可知油滴B所受電場力向上，極板間電場強度向下，可知油滴B帶負電，油滴B向上勻速運動時，速度大小為依據平衡條件可得解得依據又聯(lián)立解得（3）油滴B與油滴A合并后，新油滴的質量為，新油滴所受電場力若，即可知新油滴速度方向向上，設向上為正方向，依據動量守恒定律可得新油滴向上加速，達到平衡時解得速度大小為速度方向向上；若，即可知設向下為正方向，依據動量守恒定律可知新油滴向下加速，達到平衡時解得速度大小為速度方向向下。12、（2024·河北·T14）兩塊面積和間距均足夠大的金屬板水平放置，如圖1所示，金屬板與可調電源相連形成電場，方向沿y軸正方向。在兩板之間施加磁場，方向垂直平面對外。電場強度和磁感應強度隨時間的改變規(guī)律如圖2所示。板間O點放置一粒子源，可連續(xù)釋放質量為m、電荷量為、初速度為零的粒子，不計重力及粒子間的相互作用，圖中物理量均為已知量。求：（1）時刻釋放的粒子，在時刻的位置坐標；（2）在時間內，靜電力對時刻釋放的粒子所做的功；（3）在點放置一粒接收器，在時間內什么時刻釋放的粒子在電場存在期間被捕獲?！敬鸢浮浚?）；（2）；（3），【解析】（1）在時間內，電場強度為，帶電粒子在電場中加速度，依據動量定理可知解得粒子在時刻的速度大小為方向豎直向上，粒子豎直向上運動的距離在時間內，依據粒子在磁場運動的周期可知粒子偏轉，速度反向，依據可知粒子水平向右運動的距離為粒子運動軌跡如圖所以粒子在時刻粒子的位置坐標為，即；（2）在時間內，電場強度為，粒子受到的電場力豎直向上，在豎直方向解得時刻粒子的速度方向豎直向上，粒子在豎直方向上運動的距離為在時間內，粒子在水平方向運動的距離為此時粒子速度方向向下，大小為，在時間內，電場強度為，豎直方向解得粒子在時刻的速度粒子在豎直方向運動的距離粒子運動的軌跡如圖在時間內，靜電力對粒子的做功大小為電場力做正功；（3）若粒子在磁場中加速兩個半圓恰好能夠到達點，則釋放的位置肯定在時間內，粒子加速度時間為，在豎直方向上在時間內粒子在水平方向運動的距離為在時間內，在豎直方向在時間內，粒子在水平方向運動的距離為接收器的位置為，依據距離的關系可知解得此時粒子已經到達點上方，粒子豎直方向減速至用時，則豎直方向須要滿意解得在一個電場加速周期之內，所以成立，所以粒子釋放的時刻為中間時刻；若粒子經過一個半圓到達點，則粒子在時間內釋放不行能，假如在時間內釋放，經過磁場偏轉一次的最大橫向距離，即直徑，也無法到達點，所以考慮在時間內釋放，假設粒子加速的時間為，在豎直方向上之后粒子在時間內轉動半軸，橫向移動距離干脆到達點的橫坐標，即解得接下來在過程中粒子在豎直方向減速為的過程中粒子要在點被汲取，須要滿意代入驗證可知在一個周期之內，說明狀況成立，所以粒子釋放時刻為?！就黄凭毩暋?.（2024·廣東一般中學高三下學期一模）有一種測量電場強度的方法，其原理如圖，豎直平面的虛線框內存在水平方向的勻強電場，虛線框高度為d。讓質量為m、帶電量為q的粒子從M點由靜止釋放，最終帶電粒子在電場區(qū)域下邊界的照相底片上打出一個感光點P，P點與M點的水平距離為0.5d，已知重力加速度為g，則電場強度E大小為（）A. B. C. D.【答案】A【解析】豎直方向滿意水平方向滿意聯(lián)立解得故A正確，BCD錯誤。故選A。2.（2024·廣東一般中學高三下學期一模）“超級電容器”由于電極中加入了表面積特別大的石墨烯，所以具備超大的容量，適合作為動力電池的助力動力源。相對于一般電容器，“超級電容器”（）A.極板電荷量較大B.極板間電場強度較大C.單位電壓容納的電荷量較大D.帶相同電荷量時電壓較大【答案】C【解析】CD．由于超級電容器具備超大的容量，即單位電壓容納的電荷量較大，也就是電容C較大，故帶相同電荷量時電壓較小，C正確，D錯誤；AB．電容器的容納實力較大，并不代表實際運用中極板電荷量較大、場強較大，也有可能極板電荷量很小，場強很小，AB錯誤。故選C。3.（2024·北京市海淀區(qū)高三下學期一模）在如圖所示平面內，兩個帶等量正電的點電荷分別固定在A、B兩點，O為連線的中點，為的垂直平分線，C、D兩點在上且。下列說法正確的是（）A.O點的場強比C點的場強大 B.C點的場強與D點的場強相同C.O點的電勢比D點的電勢高 D.電子在C點的電勢能比在D點的電勢能大【答案】C【解析】A．兩個帶等量正電的點電荷在A、B中點產生的場強為零，而C點的場強不為零，故O點的場強比C點的場強小，A錯誤；B．依據對稱關系可知，C點的場強與D點的場強大小相等，但方向相反，B錯誤；C．兩個帶等量正電的點電荷的中垂線的電場方向有O點指向遠處，所以O點的電勢比D點的電勢高，C正確；D．依據對稱性可知，C點的電勢與D點的電勢相同，故電子在C點的電勢能與在D點的電勢能相等，D錯誤。故選C。4.（2024·山東濰坊市高三下學期一模）真空空間中有四個點o、a、b、c，隨意兩點間距離均為L，點d（未畫出）到點o、a、b、c的距離均相等，如圖所示。在a、b兩點位置分別放置電荷量為q的正點電荷，在連線的某點處放置正點電荷Q，使得d點的電場強度為零。則Q的電荷量為（）A. B. C. D.【答案】B【解析】依據題意分析d點的位置，已知o、a、b、c構成正四面體，則由于d與各點等距，所以d位于正四面體的中心，依據幾何關系可得在a、b兩點位置分別放置電荷量為q的正點電荷，由于對稱性分析得這兩個點電荷在d點所產生的合場強方向垂直與oc，指向oc的中點e，依據幾何關系可得故使得d點的電場強度為零，則正點電荷Q應當防止于e點，正點電荷Q在e點所產生的場強為結合空間幾何關系，a、b處電荷量為q的正點電荷在d點產生的合場強大小為因e點合場強為0，得解得B正確，ACD錯誤。故選B。5.（2024·江蘇七市高三下學期二模）當空氣中的電場強度超過E0時，空氣會被擊穿。給半徑為R的孤立導體球殼充電，球殼所帶電荷量的最大值為Q，已知靜電力常量為k，則Q為（）A. B.C. D.【答案】B【解析】勻稱帶電球殼對殼外某點的場強，可以看做集中在球殼中心的點電荷對求外某點的場強，由可得故ACD錯誤，B正確。故選B。6.（2024·江蘇南京鹽城市高三下學期二模）如圖所示，粗細勻稱的圓形絕緣環(huán)位于空間直角坐標系中的xOy平面內，其幾何中心與坐標原點O重合。處于每個象限的圓環(huán)都勻稱帶有相同電量的電荷，電性如圖所示。點1、2、3、4、5、6分別位于z、x、y軸上，它們與原點間距相同，以下說法錯誤的是（）A.點1、點2處的場強肯定相同 B.點3、點4處的場強肯定相同C.點3、點4處的電勢肯定相等 D.點5、點6處的電勢肯定相等【答案】B【解析】A．依據電場強度疊加原理，點1和點2的場強都為零，場強相同，A不符合題意；B．依據電場強度疊加原理，點3和點4的場強大小相同，方向相反，場強肯定不同，B符合題意；C．依據微元法和等效法，點3和點4可看作等量異種電荷中垂線上的點，