新版高中物理人教版必修練習(xí)靜電場(chǎng)中的能量測(cè)評(píng)word版含答案

第十章測(cè)評(píng)(時(shí)間:60分鐘滿分:100分)一、選擇題(本題共12個(gè)小題,每題4分,共48分。1~6是單選題,7~12是多選題,多選、錯(cuò)選均不得分,漏選得2分)1.下面是某同學(xué)對(duì)電場(chǎng)中的一些概念及公式的理解,其中正確的是()A.根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式E=Fq可知,B.根據(jù)電容的定義式C=QU可知,電容器的電容與其所帶電荷量成正比,C.根據(jù)真空中點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度公式E=kQr2可知D.根據(jù)電勢(shì)差的定義式UAB=WABq可知,帶電荷量為1C的正電荷,從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)克服靜電力做功為1J,則A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為解析電場(chǎng)強(qiáng)度取決于電場(chǎng)本身,與有無試探電荷無關(guān),A錯(cuò)誤;電容取決于電容器本身,與電容器所帶電荷量和兩極板間電壓無關(guān),B錯(cuò)誤;E=kQr2中,Q是場(chǎng)源電荷,所以電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度與Q成正比,C錯(cuò)誤;由UAB=WAB答案D2.空間存在甲、乙兩相鄰的金屬球,甲球帶正電,乙球原來不帶電,由于靜電感應(yīng),兩球在空間形成了如圖所示穩(wěn)定的靜電場(chǎng)。實(shí)線為其電場(chǎng)線,虛線為其等勢(shì)線,A、B兩點(diǎn)與兩球球心連線位于同一直線上,C、D兩點(diǎn)關(guān)于直線AB對(duì)稱,則()點(diǎn)和B點(diǎn)的電勢(shì)相同點(diǎn)和D點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同C.正電荷從A點(diǎn)移至B點(diǎn),靜電力做正功D.負(fù)電荷從C點(diǎn)沿直線CD移至D點(diǎn),電勢(shì)能先增加后減少解析由題圖可知φA>φB,所以正電荷從A移至B,電勢(shì)減小,靜電力做正功,故A錯(cuò)誤,C正確。C、D兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度方向不同,故B錯(cuò)誤。負(fù)電荷從C點(diǎn)沿直線CD移至D點(diǎn),電勢(shì)能先減少后增加,所以D錯(cuò)誤,故選C。答案C3.如圖所示,一圓環(huán)上均勻分布著正電荷,x軸垂直于環(huán)面且過圓心O。下列關(guān)于x軸上的電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)的說法中正確的是()點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為零,電勢(shì)最低點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為零,電勢(shì)最高C.從O點(diǎn)沿x軸正方向,電場(chǎng)強(qiáng)度減小,電勢(shì)升高D.從O點(diǎn)沿x軸正方向,電場(chǎng)強(qiáng)度增大,電勢(shì)降低解析根據(jù)電場(chǎng)的對(duì)稱性和電場(chǎng)的疊加原理知,O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為零。在x軸上,電場(chǎng)強(qiáng)度的方向自O(shè)點(diǎn)分別指向x軸正方向和x軸負(fù)方向,且沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)越來越低,所以O(shè)點(diǎn)電勢(shì)最高。在x軸上離O點(diǎn)無限遠(yuǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度為零,所以沿x軸正方向和x軸負(fù)方向的電場(chǎng)強(qiáng)度先增大后減小。選項(xiàng)B對(duì)。答案B4.如圖所示,空間內(nèi)存在水平勻強(qiáng)電場(chǎng),不可伸長(zhǎng)的輕繩一端固定于O點(diǎn),另一端系一質(zhì)量為m的帶正電小球,小球可以在圖中虛線位置保持靜止?，F(xiàn)將小球拉至繩水平后由A點(diǎn)無初速度釋放,則小球運(yùn)動(dòng)到繩豎直的B點(diǎn)位置時(shí)繩的拉力大小為() 32 12解析小球在平衡點(diǎn)受力分析,根據(jù)平衡條件得靜電力F電=qE=mgtan37°,小球從A到B的過程,由動(dòng)能定理可得mgL-qEL=12mv2,在最低點(diǎn)受力分析,由圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)得FT-mg=mv2L,得出繩子對(duì)球的拉力FT=答案B5.如圖所示,一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子,以初速度v0從a點(diǎn)豎直向上射入勻強(qiáng)電場(chǎng)中,勻強(qiáng)電場(chǎng)方向水平向右。粒子通過電場(chǎng)中的b點(diǎn)時(shí),速率為2v0,方向與電場(chǎng)方向一致,則a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為()A.mv022q B.3m解析由題意可知,粒子受重力和水平方向的靜電力作用,由加速度定義a=ΔvΔt,可得加速度的大小ax=2ay=2g,由牛頓第二定律可知,qE=2mg,水平位移x=v0t,豎直位移y=v0t2,即x=2y,因此靜電力做功W1=qEx=qUab,重力做功W2=-mgy=-W14,由動(dòng)能定理得:W1+W2=12m(2v0)2答案C6.如圖所示,O是一固定的點(diǎn)電荷,虛線是該點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中的三條等勢(shì)線,正點(diǎn)電荷q僅受靜電力的作用沿實(shí)線所示的軌跡從a處運(yùn)動(dòng)到b處,然后又運(yùn)動(dòng)到c處。由此可知()為負(fù)電荷B.在整個(gè)過程中q的速度先變大后變小C.在整個(gè)過程中q的加速度先變小后變大D.在整個(gè)過程中,靜電力做功為零解析點(diǎn)電荷和正點(diǎn)電荷的距離先減少后增大,由庫(kù)侖定律知,靜電力先增大后減小,根據(jù)牛頓第二定律,加速度先變大后變小,C錯(cuò);由軌跡為曲線時(shí)合力指向凹形一側(cè)知,靜電力必為斥力,O是一固定的點(diǎn)電荷,必帶正電,A錯(cuò);a到b靜電力做負(fù)功,b到c靜電力做正功,q的速度先變小后變大,B錯(cuò);固定的正點(diǎn)電荷的等勢(shì)線為一簇同心圓,a與c等勢(shì),所以在整個(gè)過程中,靜電力做功為零,D對(duì)。答案D7.如圖所示,平行金屬板A、B之間有加速電場(chǎng),C、D之間有偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),M為熒光屏。今有質(zhì)子、氘核和α粒子均從A板由靜止開始經(jīng)加速電場(chǎng)加速后垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),最后打在熒光屏上。已知質(zhì)子、氘核和α粒子的質(zhì)量之比為1∶2∶4,電荷量之比為1∶1∶2,則下列判斷正確的是()A.三種粒子從B板運(yùn)動(dòng)到熒光屏經(jīng)歷的時(shí)間相同B.三種粒子打到熒光屏上的位置相同C.加速電場(chǎng)的靜電力對(duì)三種粒子做功之比為1∶2∶4D.偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的靜電力對(duì)三種粒子做功之比為1∶1∶2解析設(shè)加速電場(chǎng)的電壓為U1,偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電壓為U2,偏轉(zhuǎn)極板的長(zhǎng)度為L(zhǎng),板間距離為d。在加速電場(chǎng)中,由動(dòng)能定理得qU1=12mv02,故加速電場(chǎng)的靜電力對(duì)三種粒子做功之比等于電荷量之比,即1∶1∶2,故C錯(cuò)誤。經(jīng)加速電場(chǎng)獲得的速度為v0=2qU1m,三種粒子從B板運(yùn)動(dòng)到熒光屏的過程,在水平方向做速度為v0的勻速直線運(yùn)動(dòng),由于三種粒子的比荷不同,則v0不同,所以三種粒子從B板運(yùn)動(dòng)到熒光屏經(jīng)歷的時(shí)間不同,故A錯(cuò)誤。根據(jù)y=U2L24dU1可知,y與粒子的種類、質(zhì)量、電荷量無關(guān),故三種粒子偏轉(zhuǎn)距離相同,打到熒光屏上的位置相同,故B正確。偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的靜電力做功為W=qU2yd,則答案BD8.如圖所示的電路中,AB是兩金屬板構(gòu)成的平行板電容器。先將開關(guān)K閉合,等電路穩(wěn)定后再將K斷開,然后將B板向下平移一小段距離,并且保持兩板間的某點(diǎn)P與A板的距離不變。則下列說法正確的是()A.電容器的電容變小B.電容器內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度大小變大C.電容器內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度大小不變點(diǎn)電勢(shì)升高答案ACD9.如圖,一帶負(fù)電荷的油滴在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),其軌跡在豎直面(紙面)內(nèi),且相對(duì)于過軌跡最低點(diǎn)P的豎直線對(duì)稱。忽略空氣阻力。由此可知()點(diǎn)的電勢(shì)比P點(diǎn)高B.油滴在Q點(diǎn)的動(dòng)能比它在P點(diǎn)的大C.油滴在Q點(diǎn)的電勢(shì)能比它在P點(diǎn)的大D.油滴在Q點(diǎn)的加速度大小比它在P點(diǎn)的小解析由于軌跡關(guān)于P點(diǎn)對(duì)稱,根據(jù)曲線運(yùn)動(dòng)合力方向應(yīng)指向曲線凹側(cè),在P點(diǎn)合力方向豎直向上,則電場(chǎng)線方向豎直向下,沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低,選項(xiàng)A正確;根據(jù)Ep=φq可知,油滴在Q點(diǎn)的電勢(shì)能小于在P點(diǎn)的電勢(shì)能,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;油滴所受合力豎直向上,根據(jù)動(dòng)能定理可知,油滴在Q點(diǎn)的動(dòng)能大于P點(diǎn),選項(xiàng)B正確;油滴所受合力大小不變,加速度也始終不變,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案AB10.如圖所示,在兩等量異種點(diǎn)電荷的電場(chǎng)中,MN為兩電荷連線的中垂線,a、b、c三點(diǎn)所在直線平行于兩電荷的連線,且a點(diǎn)和c點(diǎn)關(guān)于MN對(duì)稱、b點(diǎn)位于MN上,d點(diǎn)位于兩電荷的連線上。以下判斷正確的是()點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大于d點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度小于d點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于b、c兩點(diǎn)間的電勢(shì)差D.試探電荷+q在a點(diǎn)的電勢(shì)能小于在c點(diǎn)的電勢(shì)能解析如圖所示,兩電荷連線的中點(diǎn)位置用O表示,在中垂線MN上,O點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度最大,在兩電荷之間連線上,O點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度最小,即Eb<EO,EO<Ed,故Eb<Ed,A錯(cuò),B對(duì);等量異種電荷的電場(chǎng)中,電場(chǎng)線、等勢(shì)線均具有對(duì)稱性,a、c兩點(diǎn)關(guān)于MN對(duì)稱,Uab=Ubc,C對(duì);試探電荷+q從a移到c,遠(yuǎn)離正電荷,靠近負(fù)電荷,靜電力做正功,電勢(shì)能減小,D錯(cuò)。答案BC11.測(cè)定電子的電荷量的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖所示,置于真空中的油滴室內(nèi)有兩塊水平放置的平行金屬板M、N,并分別與電壓為U的恒定電源兩極相連,板的間距為d。現(xiàn)有一質(zhì)量為m的帶電油滴在極板間勻速下落,已知元電荷為e、重力加速度為g,則()A.油滴中電子的數(shù)目為mgdB.油滴從小孔運(yùn)動(dòng)至N板過程中,電勢(shì)能增加mgdC.油滴從小孔運(yùn)動(dòng)至N板過程中,機(jī)械能增加eUD.若將極板M向下緩慢移動(dòng)一小段距離,油滴將加速下降解析帶電油滴在極板間勻速下落,故受力平衡,則有mg=qUd,所以油滴帶電荷量q=mgdU,所以電子的數(shù)目為n=qe=mgdeU,故A正確。油滴下降過程中,靜電力方向向上,靜電力做的功為-mgd,電勢(shì)能增加mgd,故B正確。機(jī)械能減少,故C錯(cuò)誤。若將極板M向下緩慢移動(dòng)一小段距離,d減小,靜電力F=qUd增大,答案AB12.如圖所示,M、N是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板,板間有勻強(qiáng)電場(chǎng),質(zhì)量為m、電荷量為-q的帶電粒子,以初速度v0由小孔進(jìn)入電場(chǎng),當(dāng)M、N間電壓為U時(shí),粒子剛好能到達(dá)N板,如果要使這個(gè)帶電粒子能到達(dá)M、N兩板間的正中間處返回,則下述措施能滿足要求的是()A.使初速度減為原來的1B.使M、N間電壓提高到原來的2倍C.使M、N間電壓提高到原來的4倍D.使初速度和M、N間電壓都減為原來的1解析在粒子剛好到達(dá)N板的過程中,由動(dòng)能定理得-qEd=0-12mv02,所以d=mv022qE,令帶電粒子離開M板的最遠(yuǎn)距離為x,則使初速度減為原來的12,x=d4;使M、N間電壓提高到原來的2倍,電場(chǎng)強(qiáng)度變?yōu)樵瓉淼?倍,x=d2,使M、N間電壓提高到原來的4倍,電場(chǎng)強(qiáng)度變?yōu)樵瓉淼?倍,x=d4;使初速度和M、答案BD二、實(shí)驗(yàn)題(本題共2個(gè)小題,共12分)13.(6分)定性研究平行板電容器的電容與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系的裝置如圖所示,平行板電容器的A板與靜電計(jì)相連,B板和靜電計(jì)金屬殼都接地。若充電后保持電容器所帶電荷量不變,試指出下列三種情況下,靜電計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度變化情況。(均選填“變大”“變小”或“不變”)(1)正對(duì)面積減小時(shí),靜電計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度將。

(2)板間距離增大時(shí),靜電計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度將。

(3)插入電介質(zhì)時(shí),靜電計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度將。

解析(1)電容器所帶電荷量一定,正對(duì)面積減小時(shí),由C=εrS4πkd知,電容C減小,由C=QU知,電勢(shì)差U變大,故指針的偏轉(zhuǎn)角度變大;(2)板間距離增大時(shí),由C=εrS4πkd知,電容C減小,由C=QU知,電勢(shì)差U變大,故指針的偏轉(zhuǎn)角度變大;(3)插入電介質(zhì)時(shí),由C=εrS4π答案(1)變大(2)變大(3)變小14.(6分)如圖甲是觀察用干電池對(duì)電容器充電過程中電容器兩端電壓隨時(shí)間變化的圖像,圖乙是其對(duì)應(yīng)的充電電流隨時(shí)間變化的圖像。在充電的開始階段,充電電流較大,電容器兩端電壓U增加(選填“較快”或“較慢”),隨著電容器兩端電壓的增加,充電電流(選填“逐漸減小”或“逐漸增加”),且電容器兩端電壓U的上升速度變緩,而向著趨近。在充電過程中電容器的電能。充電開始的瞬間電容器兩端電壓(選填“能突變”或“不能突變”)。通過圖像看出在第2s時(shí)電容器增加的電荷量Q約為C(已知Q=It)。

答案較快逐漸減小10V增加不能突變×10-3三、計(jì)算題(本題共4個(gè)小題,每小題10分,共40分)15.一個(gè)初速度為零的電子通過電壓為U=4500V的電場(chǎng)加速后,從C點(diǎn)沿水平方向飛入電場(chǎng)強(qiáng)度為E=×105V/m的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,到達(dá)該電場(chǎng)中另一點(diǎn)D時(shí),電子的速度方向與電場(chǎng)強(qiáng)度方向的夾角正好是120°,如圖所示。試求C、D兩點(diǎn)沿電場(chǎng)強(qiáng)度方向的距離y。解析電子加速過程:由eU=12mv02電子飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)中:在豎直方向vy=v0tan30°=at,a=eEm解得t=1E2mU3e;C、D兩點(diǎn)沿電場(chǎng)強(qiáng)度方向的距離y=代入數(shù)據(jù)解得y=45003×1.5×1答案m16.如圖所示,某空間有一豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度E=×102V/m,一塊足夠大的接地金屬板水平放置在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,在金屬板的正上方高度h=m的a處有一粒子源,盒內(nèi)粒子以v0=×102m/s的初速度向水平面以下的各個(gè)方向均勻放出質(zhì)量為m=×10-15kg、電荷量為q=+10-12C的帶電粒子,粒子最終落在金屬板b上,若不計(jì)粒子重力,求:(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(1)帶電粒子打在金屬板上時(shí)的動(dòng)能。(2)從粒子源射出的粒子打在金屬板上的范圍(所形成的面積);若使帶電粒子打在金屬板上的范圍減小,可以通過改變哪些物理量來實(shí)現(xiàn)?解析(1)不計(jì)粒子重力,只有靜電力做功,對(duì)粒子由動(dòng)能定理得qUab=Ek-1可得帶電粒子打在金屬板上時(shí)的動(dòng)能為Ek=qUab+12mv02=×10(2)粒子源射出的粒子打在金屬板上的范圍以粒子水平拋出的落點(diǎn)為邊界。設(shè)水平拋出后t時(shí)刻落在板上:x=v0t,h=12at2,a=qEm,S=π聯(lián)立以上各式得所形成的面積S=2πmv02hqE≈m答案(1)×10-10J(2)面積為m2可以通過減小h或增大E來實(shí)現(xiàn)17.如圖所示,在沿水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)中有一固定點(diǎn)O,用一根長(zhǎng)度為l=m的絕緣輕線把質(zhì)量m=kg、帶有正電荷的金屬小球懸掛在O點(diǎn),小球靜止在B點(diǎn)時(shí)輕線與豎直方向的夾角θ=37°?，F(xiàn)將小球拉至位置A,使輕線水平張緊后由靜止釋放。g取10m/s2,sin37°=,cos37°=。求:(1)小球所受靜電力的大小;(2)小球通過最低點(diǎn)C時(shí)的速度大小;(3)小球通過最低點(diǎn)C時(shí)輕線對(duì)小球的拉力大小。解析(1)小球受重力mg、靜電力F和拉力FT,其靜止時(shí)受力如圖所示。根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件有F=mgtan37°=N。(2)設(shè)小球到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)的速度為v,小球從水平位置運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的過程中,根據(jù)動(dòng)能定理有mgl-Fl=12mv解得v=2gl(1-(3)設(shè)小球通過最低點(diǎn)C時(shí)細(xì)線對(duì)小球的拉力大小為FT'根據(jù)牛頓第二定律有FT'-mg=mv解得FT'=N。答案(1)N(2)m/s(3)N18.如圖所示,在xOy平面內(nèi),有沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E(圖中未畫出),由A點(diǎn)斜射出質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的粒子,B和