高考物理一輪復(fù)習(xí)課時(shí)練習(xí) 第9章第2練　靜電場(chǎng)中能的性質(zhì)（含詳解）

1．(多選)(2023·廣東卷·9)電子墨水是一種無光源顯示技術(shù)，它利用電場(chǎng)調(diào)控帶電顏料微粒的分布，使之在自然光的照射下呈現(xiàn)出不同顏色。透明面板下有一層膠囊，其中每個(gè)膠囊都是一個(gè)像素。如圖所示，膠囊中有帶正電的白色微粒和帶負(fù)電的黑色微粒。當(dāng)膠囊下方的電極極性由負(fù)變正時(shí)，微粒在膠囊內(nèi)遷移(每個(gè)微粒電量保持不變)，像素由黑色變成白色。下列說法正確的有()A．像素呈黑色時(shí)，黑色微粒所在區(qū)域的電勢(shì)高于白色微粒所在區(qū)域的電勢(shì)B．像素呈白色時(shí)，黑色微粒所在區(qū)域的電勢(shì)低于白色微粒所在區(qū)域的電勢(shì)C．像素由黑變白的過程中，電場(chǎng)力對(duì)白色微粒做正功D．像素由白變黑的過程中，電場(chǎng)力對(duì)黑色微粒做負(fù)功2.(2023·海南省嘉積中學(xué)一模)電鰻是放電能力極強(qiáng)的淡水魚類，具有“水中高壓線”的稱號(hào)。電鰻體內(nèi)從頭到尾都有一些類似小型電池的細(xì)胞，這些細(xì)胞就像許多疊在一起的疊層電池，這些電池(每個(gè)電池電壓約0.15伏)串聯(lián)起來后，在電鰻的頭和尾之間就產(chǎn)生了很高的電壓，此時(shí)在電鰻的頭和尾的周圍空間產(chǎn)生了類似于等量異種點(diǎn)電荷(O為連線的中點(diǎn))的強(qiáng)電場(chǎng)。如圖所示，虛線為該強(qiáng)電場(chǎng)的等勢(shì)線分布，實(shí)線ABCD為以O(shè)點(diǎn)為中心的正方形，點(diǎn)A和點(diǎn)D、點(diǎn)B和點(diǎn)C分別在同一等勢(shì)線上。則下列說法正確的是()A．電鰻的頭部帶正電B．A點(diǎn)與B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同C．B點(diǎn)與D點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同D．負(fù)電荷沿正方形對(duì)角線從C點(diǎn)向A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過程中，電勢(shì)能減小3.(2023·浙江寧波市期末)下表面帶負(fù)電的云層靠近避雷針時(shí)，由于靜電感應(yīng)使避雷針尖端帶有正電荷，避雷針周圍電場(chǎng)的電場(chǎng)線、等勢(shì)線如圖所示，A、B、C、D為電場(chǎng)中的四個(gè)點(diǎn)，其中AB＝BC，下列說法正確的是()A．虛線為電場(chǎng)線，實(shí)線為等勢(shì)線B．電子由C點(diǎn)沿電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)的過程中動(dòng)能增加C．UAB＝UBCD．EA>ED，φA<φD4.(2023·黑龍江哈爾濱市第一二二中學(xué)模擬)如圖，在勻強(qiáng)電場(chǎng)中有一虛線圓，ab和cd是圓的兩條直徑，其中ab與電場(chǎng)方向的夾角為60°，ab＝0.2m，cd與電場(chǎng)方向平行，a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差Uab＝20V。則()A．電場(chǎng)強(qiáng)度的大小E＝100V/mB．b點(diǎn)的電勢(shì)比d點(diǎn)的低5VC．將電子從c點(diǎn)移到d點(diǎn)，靜電力做正功D．電子在a點(diǎn)的電勢(shì)能大于在c點(diǎn)的電勢(shì)能5．(2023·廣東廣州市執(zhí)信中學(xué)模擬)靜電紡紗利用了高壓靜電場(chǎng)使單纖維兩端帶異種電荷，其電場(chǎng)分布如圖所示，下列說法正確的是()A．虛線可能是等勢(shì)線B．電場(chǎng)強(qiáng)度EA<EC<EBC．負(fù)電荷在A點(diǎn)的電勢(shì)能小于其在C點(diǎn)的電勢(shì)能D．在C點(diǎn)由靜止釋放一電子，它將在靜電力作用下沿著虛線CD運(yùn)動(dòng)6．(2023·湖北卷·3)在正點(diǎn)電荷Q產(chǎn)生的電場(chǎng)中有M、N兩點(diǎn)，其電勢(shì)分別為φM、φN，電場(chǎng)強(qiáng)度大小分別為EM、EN。下列說法正確的是()A．若φM>φN，則M點(diǎn)到電荷Q的距離比N點(diǎn)的遠(yuǎn)B．若EM<EN，則M點(diǎn)到電荷Q的距離比N點(diǎn)的近C．若把帶負(fù)電的試探電荷從M點(diǎn)移到N點(diǎn)，電場(chǎng)力做正功，則φM<φND．若把帶正電的試探電荷從M點(diǎn)移到N點(diǎn)，電場(chǎng)力做負(fù)功，則EM>EN7.(2022·湖南卷·2)如圖，四根完全相同的均勻帶正電絕緣長棒對(duì)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(guān)于長方體幾何中心O點(diǎn)處電場(chǎng)強(qiáng)度方向和電勢(shì)的變化，下列說法正確的是()A．電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直指向a，電勢(shì)減小B．電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直指向c，電勢(shì)減小C．電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直指向a，電勢(shì)增大D．電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直指向c，電勢(shì)增大8．(多選)(2023·全國乙卷·19)在O點(diǎn)處固定一個(gè)正點(diǎn)電荷，P點(diǎn)在O點(diǎn)右上方。從P點(diǎn)由靜止釋放一個(gè)帶負(fù)電的小球，小球僅在重力和該點(diǎn)電荷電場(chǎng)力作用下在豎直面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，其一段軌跡如圖所示。M、N是軌跡上的兩點(diǎn)，OP>OM，OM＝ON，則小球()A．在運(yùn)動(dòng)過程中，電勢(shì)能先增加后減少B．在P點(diǎn)的電勢(shì)能大于在N點(diǎn)的電勢(shì)能C．在M點(diǎn)的機(jī)械能等于在N點(diǎn)的機(jī)械能D．從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的過程中，電場(chǎng)力始終不做功9．(2023·全國甲卷·18)在一些電子顯示設(shè)備中，讓陰極發(fā)射的電子束通過適當(dāng)?shù)姆莿驈?qiáng)電場(chǎng)，可以使發(fā)散的電子束聚集。下列4幅圖中帶箭頭的實(shí)線表示電場(chǎng)線，如果用虛線表示電子可能的運(yùn)動(dòng)軌跡，其中正確的是()10.(2023·湖南益陽市期末)如圖所示，在半圓所在平面內(nèi)，有一與該平面平行的勻強(qiáng)電場(chǎng)。電場(chǎng)強(qiáng)度為E，若半圓的直徑AB＝2cm，C、D為半圓的兩個(gè)三等分點(diǎn)，φB＝－1V，φC＝5V，φD＝1V，則()A．φA＝8V B．φA＝6VC．E＝200V/m D．E＝400V/m11.(多選)(2023·內(nèi)蒙古赤峰市聯(lián)考)圖中虛線A、B、C、D、E代表勻強(qiáng)電場(chǎng)內(nèi)間距相等的一組等勢(shì)面，已知一電子經(jīng)過A平面時(shí)的動(dòng)能為7eV，電子在A平面時(shí)的電勢(shì)能為－4eV，電子從A到D的過程中克服靜電力所做的功為6eV。下列說法正確的是()A．平面A上的電勢(shì)為4VB．電場(chǎng)強(qiáng)度的方向由E指向AC．該電子在電場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡可能與平面E相切D．該電子經(jīng)過B平面時(shí)的速率是經(jīng)過D平面時(shí)的eq\r(5)倍12.(2022·河北卷·6)如圖，真空中電荷量為2q和－q(q>0)的兩個(gè)點(diǎn)電荷分別位于M點(diǎn)與N點(diǎn)，形成一個(gè)以MN延長線上O點(diǎn)為球心，電勢(shì)為零的等勢(shì)面(取無窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零)，P為MN連線上的一點(diǎn)，S為等勢(shì)面與直線MN的交點(diǎn)，T為等勢(shì)面上的一點(diǎn)，下列說法正確的是()A．P點(diǎn)電勢(shì)低于S點(diǎn)電勢(shì)B．T點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度方向指向O點(diǎn)C．除無窮遠(yuǎn)處外，MN直線上還存在兩個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度為零的點(diǎn)D．將正試探電荷q0從T點(diǎn)移到P點(diǎn)，靜電力做正功第2練靜電場(chǎng)中能的性質(zhì)1．AC[像素呈黑色時(shí)，膠囊下方的電極帶負(fù)電，像素膠囊里電場(chǎng)線方向向下，所以黑色微粒所在的區(qū)域的電勢(shì)高于白色微粒所在區(qū)域的電勢(shì)，故A正確；像素呈白色時(shí)，膠囊下方的電極帶正電，像素膠囊里電場(chǎng)線方向向上，所以黑色微粒所在的區(qū)域的電勢(shì)高于白色微粒所在區(qū)域的電勢(shì)，故B錯(cuò)誤；像素由黑變白的過程中，白色微粒受到的電場(chǎng)力向上，位移向上，電場(chǎng)力對(duì)白色微粒做正功，故C正確；像素由白變黑的過程中，黑色微粒受到的電場(chǎng)力向上，位移向上，電場(chǎng)力對(duì)黑色微粒做正功，故D錯(cuò)誤。]2．C[根據(jù)等量異種點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線由正點(diǎn)電荷發(fā)出，終止于負(fù)點(diǎn)電荷，沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，電場(chǎng)線與等勢(shì)線垂直，可知電鰻尾部帶正電，故A錯(cuò)誤；A點(diǎn)與B點(diǎn)關(guān)于中垂線左右對(duì)稱，電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等，方向不同，故B錯(cuò)誤；B點(diǎn)與D點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱，B點(diǎn)與D點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同，故C正確；負(fù)電荷從C點(diǎn)沿對(duì)角線運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)過程中，靜電力做負(fù)功，電勢(shì)能增大，故D錯(cuò)誤。]3．B[電場(chǎng)線從避雷針指向云層下表面，可知實(shí)線為電場(chǎng)線，虛線為等勢(shì)線，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電子由C點(diǎn)沿電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)的過程中靜電力做正功，則動(dòng)能增加，選項(xiàng)B正確；因AB部分電場(chǎng)線密集，電場(chǎng)強(qiáng)度較大，根據(jù)U＝Ed可知UAB>UBC，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；因A點(diǎn)的電場(chǎng)線較D點(diǎn)密集，可知EA>ED，沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，可知φA>φD，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]4．D[a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差Uab＝20V，則電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E＝eq\f(Uab,abcos60°)＝200V/m，A錯(cuò)誤；b、d兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為Ubd＝200×eq\f(0.2,2)(1－cos60°)V＝10V＝φb－φd，b點(diǎn)的電勢(shì)比d點(diǎn)的高10V，B錯(cuò)誤；電子帶負(fù)電，電場(chǎng)強(qiáng)度水平向右，電子受到的靜電力方向水平向左，則將電子從c點(diǎn)移到d點(diǎn)，靜電力做負(fù)功，C錯(cuò)誤；由于沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，則有φa<φc，電子帶負(fù)電，則有Epa＝－eφa>－eφc＝Epc，即電子在a點(diǎn)的電勢(shì)能大于在c點(diǎn)的電勢(shì)能，D正確。]5．C[電極是等勢(shì)體，其表面是等勢(shì)面，根據(jù)電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直可知虛線應(yīng)是電場(chǎng)線，故A錯(cuò)誤；由電場(chǎng)線的疏密表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小可知EA<EB<EC，故B錯(cuò)誤；由于右側(cè)電極接高壓電源正極，左側(cè)電極接地，所以A點(diǎn)的電勢(shì)高，C點(diǎn)的電勢(shì)低，由Ep＝qφ可知，負(fù)電荷在C點(diǎn)的電勢(shì)能大于其在A點(diǎn)的電勢(shì)能，故C正確；電場(chǎng)線CD是曲線，靜電力方向沿電場(chǎng)線切線方向，在C點(diǎn)由靜止釋放一電子，在靜電力作用下不會(huì)沿著虛線CD運(yùn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤。]6．C[沿著電場(chǎng)線的方向電勢(shì)降低，根據(jù)正點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)特點(diǎn)可知若φM>φN，則M點(diǎn)到電荷Q的距離比N點(diǎn)的近，故A錯(cuò)誤；電場(chǎng)線的疏密程度表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，根據(jù)正點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)特點(diǎn)可知若EM<EN，則M點(diǎn)到電荷Q的距離比N點(diǎn)的遠(yuǎn)，故B錯(cuò)誤；若把帶負(fù)電的試探電荷從M點(diǎn)移到N點(diǎn)，電場(chǎng)力做正功，則是逆著電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)，電勢(shì)增加，故有φM<φN，故C正確；若把帶正電的試探電荷從M點(diǎn)移到N點(diǎn)，電場(chǎng)力做負(fù)功，則是逆著電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)正點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)特點(diǎn)可知EM<EN，故D錯(cuò)誤。]7．A[根據(jù)對(duì)稱性與電場(chǎng)疊加原理可知，移去a處絕緣棒前O點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度為0，則移去a處的絕緣棒后，電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直指向a，再根據(jù)電勢(shì)的疊加原理，設(shè)每根長棒在O點(diǎn)產(chǎn)生的電勢(shì)為φ0，四根完全相同、均勻帶正電絕緣長棒在O點(diǎn)產(chǎn)生的電勢(shì)為4φ0，現(xiàn)在撤去a處的絕緣棒后，其他三棒在O點(diǎn)產(chǎn)生的電勢(shì)為3φ0，故O點(diǎn)的電勢(shì)減小，故選A。]8．BC[由題知，OP>OM，OM＝ON，則根據(jù)正點(diǎn)電荷的電勢(shì)分布情況可知φM＝φN>φP，則帶負(fù)電的小球在運(yùn)動(dòng)過程中，電勢(shì)能先減小后增大，且EpP>EpM＝EpN，則帶負(fù)電的小球在M點(diǎn)的機(jī)械能等于在N點(diǎn)的機(jī)械能，A錯(cuò)誤，B、C正確；從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的過程中，電場(chǎng)力先做正功后做負(fù)功，D錯(cuò)誤。]9．A[電子做曲線運(yùn)動(dòng)滿足合力指向軌跡凹側(cè)，A正確；對(duì)B中的電子受力分析如圖甲，可見B中電子運(yùn)動(dòng)軌跡與靜電力的受力特點(diǎn)相互矛盾，B錯(cuò)誤；對(duì)C中的電子受力分析如圖乙，可見C中電子運(yùn)動(dòng)軌跡與靜電力的受力特點(diǎn)相互矛盾，C錯(cuò)誤；對(duì)D中的電子受力分析如圖丙，可見D中電子運(yùn)動(dòng)軌跡與靜電力的受力特點(diǎn)相互矛盾，D錯(cuò)誤。]10．D[線段CD和AB平行，根據(jù)幾何關(guān)系有2|CD|＝|AB|＝2R，所以則有UAB＝2UCD即φA－φB＝2(φC－φD)代入數(shù)據(jù)解得φA＝7V，A、B錯(cuò)誤；線段AB的中點(diǎn)O的電勢(shì)φO＝eq\f(φA＋φB,2)＝3VAO的中點(diǎn)N的電勢(shì)φN＝eq\f(φA＋φO,2)＝5V所以CN是一條等勢(shì)線，由幾何關(guān)系知CN⊥AB，故電場(chǎng)方向由A指向B，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E＝eq\f(UAB,AB)＝eq\f(7－－1,2×10－2)V/m＝400V/m，C錯(cuò)誤，D正確。]11．AD[電子在A平面時(shí)的電勢(shì)能為－4eV，則根據(jù)電勢(shì)能的公式EpA＝－eφA，可得平面A上的電勢(shì)為φA＝eq\f(EpA,－e)＝eq\f(－4e,－e)V＝4V，故A正確；電子從A到D的過程中克服靜電力所做的功為6eV，則可知靜電力做負(fù)功，電子在該勻強(qiáng)電場(chǎng)中所受靜電力的方向與運(yùn)動(dòng)的方向相反，而電子在電場(chǎng)中所受靜電力的方向與電場(chǎng)強(qiáng)度的方向相反，因此可知電場(chǎng)強(qiáng)度的方向由A指向E，故B錯(cuò)誤；電子經(jīng)過A平面時(shí)的動(dòng)能為7eV，從A到D的過程中克服靜電力所做的功為6eV，則可知電子到達(dá)平面D時(shí)的動(dòng)能為1eV，由此可知每?jī)蓚€(gè)等勢(shì)面之間的電勢(shì)差為2V，若電子要從平面D到達(dá)平面E，則需克服靜電力做功2eV，而電子在平面D時(shí)的動(dòng)能為1eV，故不管電子是做直線運(yùn)動(dòng)還是曲線運(yùn)動(dòng)都不可能到達(dá)平面E，因此該電子在電場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)的軌跡不可能與平面E相切，故C錯(cuò)誤；該電子經(jīng)過B平面時(shí)，由動(dòng)能定理可得－eUAB＝EkB－EkA，解得EkB＝5eV，而該電子經(jīng)過D平面時(shí)的動(dòng)能為1eV，則可知該電子經(jīng)過B平面時(shí)的速率是經(jīng)過D平面時(shí)的eq\r(5)倍，故D正確。]12．B在直線MN上，左邊正電荷在MN之間電場(chǎng)強(qiáng)度水平向右，右邊負(fù)電荷在MN之間電場(chǎng)強(qiáng)度水平向右，[根據(jù)電場(chǎng)的疊加可知MN間的電場(chǎng)強(qiáng)度水平向右，沿著電場(chǎng)線電勢(shì)逐漸降低，可知P點(diǎn)電勢(shì)高于等勢(shì)面與MN交點(diǎn)處電勢(shì)，則P點(diǎn)電勢(shì)高于S點(diǎn)電勢(shì)，故A錯(cuò)誤；由于正電荷的電荷量大于負(fù)電荷電荷量，可知在N點(diǎn)的左側(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度不可能為零，設(shè)M、N之間的距離為L，在N點(diǎn)右側(cè)與N點(diǎn)