2022屆高考物理聯(lián)考模擬匯編專題二十三電場能的性質(zhì)含解析2021112019

PAGEPAGEPAGE6電場能的性質(zhì)1．關(guān)于靜電場下列說法正確的是()A．將負(fù)電荷由電勢低的地方移到電勢高的地方，電勢能一定增加B．無論是正電荷還是負(fù)電荷，從電場中某點(diǎn)移到無窮遠(yuǎn)處時，靜電力做的正功越多，電荷在該點(diǎn)的電勢能越大C．在同一個等勢面上的各點(diǎn)，場強(qiáng)的大小必然是相等的D．電勢下降的方向就是電場強(qiáng)度的方向解析：選B將負(fù)電荷由低電勢點(diǎn)移到高電勢點(diǎn)，電場力做正功，電勢能減小，選項(xiàng)A錯誤；無論是正電荷還是負(fù)電荷，從電場中某點(diǎn)移到無窮遠(yuǎn)處時，因無窮遠(yuǎn)處電勢能為零，因此靜電力做正功越多，電荷在該點(diǎn)的電勢能越大，選項(xiàng)B正確；在同一等勢面上，電勢處處相等，場強(qiáng)不一定相等，選項(xiàng)C錯誤；電勢下降最快的方向才是電場強(qiáng)度的方向，選項(xiàng)D錯誤。2．(2021·淮南模擬)電場中有a、b兩點(diǎn)，已知φa＝－500V，φb＝1500V，將電荷量為q＝－4×10－9C的點(diǎn)電荷從a移到bA．負(fù)功8×10－6J B．正功8×10－6JC．負(fù)功4×10－6J D．正功4×10－6J解析：選B用絕對值先進(jìn)行計(jì)算，W＝qU＝4×10－9×2000J＝8×10－6J(注意此式僅為數(shù)值關(guān)系)，因?yàn)樨?fù)電荷從低電勢處移至高電勢處，所以電場力做正功。故選項(xiàng)B正確。3．(多選)(全國卷Ⅰ)在一靜止點(diǎn)電荷的電場中，任一點(diǎn)的電勢φ與該點(diǎn)到點(diǎn)電荷的距離r的關(guān)系如圖所示。電場中四個點(diǎn)a、b、c和d的電場強(qiáng)度大小分別為Ea、Eb、Ec和Ed。點(diǎn)a到點(diǎn)電荷的距離ra與點(diǎn)a的電勢φa已在圖中用坐標(biāo)(ra，φa)標(biāo)出，其余類推?，F(xiàn)將一帶正電的試探電荷由a點(diǎn)依次經(jīng)b、c點(diǎn)移動到d點(diǎn)，在相鄰兩點(diǎn)間移動的過程中，電場力所做的功分別為Weq\a\vs4\al(ab)、Weq\a\vs4\al(bc)和Weq\a\vs4\al(cd)。下列選項(xiàng)正確的是()A．Ea∶Eb＝4∶1 B．Ec∶Ed＝2∶1C．Weq\a\vs4\al(ab)∶Weq\a\vs4\al(bc)＝3∶1 D．Weq\a\vs4\al(bc)∶Weq\a\vs4\al(cd)＝1∶3解析：選AC設(shè)點(diǎn)電荷的電荷量為Q，根據(jù)點(diǎn)電荷電場強(qiáng)度公式E＝keq\f(Q,r2)，ra∶rb＝1∶2，rc∶rd＝3∶6，可知，Ea∶Eb＝4∶1，Ec∶Ed＝4∶1，選項(xiàng)A正確，B錯誤；將一帶正電的試探電荷由a點(diǎn)移動到b點(diǎn)做的功Weq\a\vs4\al(ab)＝q(φa－φb)＝3q(J)，試探電荷由b點(diǎn)移動到c點(diǎn)做的功Weq\a\vs4\al(bc)＝q(φb－φc)＝q(J)，試探電荷由c點(diǎn)移動到d點(diǎn)做功Weq\a\vs4\al(cd)＝q(φc－φd)＝q(J)，由此可知，Weq\a\vs4\al(ab)∶Weq\a\vs4\al(bc)＝3∶1，Weq\a\vs4\al(bc)∶Weq\a\vs4\al(cd)＝1∶1，選項(xiàng)C正確，D錯誤。4.(多選)(2021·海南高考)如圖，一帶正電的點(diǎn)電荷固定于O點(diǎn)，兩虛線圓均以O(shè)為圓心，兩實(shí)線分別為帶電粒子M和N先后在電場中運(yùn)動的軌跡，a、b、c、d、e為軌跡和虛線圓的交點(diǎn)。不計(jì)重力。下列說法正確的是()A．M帶負(fù)電荷，N帶正電荷B．M在b點(diǎn)的動能小于它在a點(diǎn)的動能C．N在d點(diǎn)的電勢能等于它在e點(diǎn)的電勢能D．N在從c點(diǎn)運(yùn)動到d點(diǎn)的過程中克服電場力做功解析：選ABC粒子受到的電場力指向軌跡的凹側(cè)，可知M受到了引力作用，N受到了斥力作用，故M帶負(fù)電荷，N帶正電荷，選項(xiàng)A正確；由于虛線是等勢面，故M從a點(diǎn)到b點(diǎn)電場力對其做負(fù)功，動能減小，選項(xiàng)B正確；d點(diǎn)和e點(diǎn)在同一等勢面上，N在d點(diǎn)的電勢能等于它在e點(diǎn)的電勢能，故選項(xiàng)C正確；N從c點(diǎn)運(yùn)動到d點(diǎn)的過程中，電場力做正功，故選項(xiàng)D錯誤。5．(多選)如圖所示，虛線a、b、c為電場中的一簇等勢線，相鄰兩等勢面之間的電勢差相等，等勢線a上一點(diǎn)A處，分別射出甲、乙兩個粒子，兩粒子在電場中的軌跡分別交等勢線c于B、C點(diǎn)，甲粒子從A到B的動能變化量的絕對值是E，乙粒子從A到C動能變化量絕對值為eq\f(1,2)E。不計(jì)粒子的重力，由此可以判斷()A．甲粒子一定帶正電，乙粒子一定帶負(fù)電B．甲粒子的電荷量一定為乙粒子電荷量的2倍C．甲粒子從A到B電場力一定做正功，乙粒子從A到C電場力一定做負(fù)功D．甲粒子在B點(diǎn)的電勢能的絕對值一定是乙粒子在C點(diǎn)電勢能絕對值的2倍解析：選BCD由軌跡圖可知，兩粒子所受的電場力方向相反，則兩粒子一定電性相反，但是不一定是甲粒子帶正電，乙粒子帶負(fù)電，選項(xiàng)A錯誤；從A點(diǎn)到c等勢面的電勢差相等，根據(jù)Uq＝ΔEk，因|ΔEk甲|＝2|ΔEk乙|，可知q甲＝2q乙，選項(xiàng)B正確；根據(jù)電場力與軌跡的方向，可知甲粒子從A到B電場力一定做正功，乙粒子從A到C電場力一定做負(fù)功，選項(xiàng)C正確；B、C兩點(diǎn)的電勢相同，根據(jù)Ep＝φq可知，甲粒子在B點(diǎn)的電勢能的絕對值一定是乙粒子在C點(diǎn)電勢能絕對值的2倍，選項(xiàng)D正確。6.(2021·長沙調(diào)研)如圖所示，在直角三角形所在的平面內(nèi)存在勻強(qiáng)電場，其中A點(diǎn)電勢為0，B點(diǎn)電勢為3V，C點(diǎn)電勢為6V。已知∠ACB＝30°，AB邊長為eq\r(3)m，D為AC的中點(diǎn)，將一點(diǎn)電荷放在D點(diǎn)，且點(diǎn)電荷在C點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)大小為1.5N/C，則放入點(diǎn)電荷后，B點(diǎn)場強(qiáng)為()A．2.5N/C B．3.5N/CC．2eq\r(2)N/C D.eq\r(5)N/C解析：選A根據(jù)勻強(qiáng)電場中任意平行相等線段兩端點(diǎn)的電勢差相等，可知B、D兩點(diǎn)電勢相等，BD連線為等勢線，根據(jù)沿電場線方向電勢逐漸降低可知，與BD連線垂直且指向A的方向?yàn)殡妶龇较颍鐖D所示。根據(jù)勻強(qiáng)電場中電場強(qiáng)度與電勢差關(guān)系，勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E＝eq\f(U,d)＝eq\f(3,\r(3)cos30°)N/C＝2N/C。根據(jù)點(diǎn)電荷電場的特點(diǎn)可知，放在D點(diǎn)的點(diǎn)電荷在B點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度與在C點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小相等，都是1.5N/C，方向沿BD連線，根據(jù)電場疊加原理，B點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小為EB＝eq\r(22＋1.52)N/C＝2.5N/C，選項(xiàng)A正確。7.(2021·青島模擬)真空中相距為3a的兩個點(diǎn)電荷M、N分別固定于x軸上x1＝0和x2＝3a的兩點(diǎn)，在兩者連線上各點(diǎn)的電場強(qiáng)度隨x變化的關(guān)系如圖所示，選沿xA．點(diǎn)電荷M、N均為負(fù)電荷B．M、N所帶電荷量的絕對值之比為2∶1C．沿x軸從0到3aD．將一個正點(diǎn)電荷沿x軸從0.5a移動到2.4解析：選D若兩電荷為異種電荷，在x＝2a處，電場強(qiáng)度不可能為0，故兩電荷為同種電荷，故A錯誤；由于在x＝2a處，電場強(qiáng)度為0，則有eq\f(kQM,2a2)＝eq\f(kQN,a2)，所以M、N所帶電荷量的絕對值之比為4∶1，故B錯誤；沿x軸從0到2a電勢逐漸降低，從2a到3a電勢逐漸增大，故C錯誤；從0.5a到2.4a電勢先降低后增大，根據(jù)Ep＝qφ可知將一個正點(diǎn)電荷沿x軸從0.5a移動到8.(多選)兩個等量點(diǎn)電荷位于x軸上，它們的靜電場的電勢φ隨位置x變化規(guī)律如圖所示(只畫出了部分區(qū)域內(nèi)的電勢)，x軸上有兩點(diǎn)M、N，且OM>ON，由圖可知()A．N點(diǎn)的電勢低于M點(diǎn)的電勢B．M、N兩點(diǎn)的電場方向相同且M點(diǎn)的場強(qiáng)大小大于N點(diǎn)的場強(qiáng)大小C．僅在電場力作用下，正電荷可以在x軸上M、N之間的某兩點(diǎn)做往復(fù)運(yùn)動D．負(fù)電荷沿x軸從M點(diǎn)移到N點(diǎn)的過程中電場力一直做正功解析：選BD由題圖知，N點(diǎn)的電勢高于M點(diǎn)的電勢，故A錯誤；由E＝eq\f(U,d)可知，圖像的斜率絕對值等于場強(qiáng)大小，可以看出M點(diǎn)的場強(qiáng)大小大于N點(diǎn)的場強(qiáng)大小，斜率都為正值，說明M、N點(diǎn)的電場方向相同，故B正確；根據(jù)順著電場線方向電勢降低，可知電場線的方向從N指向M，正電荷在x軸上M、N之間所受的電場力始終由N指向M，正電荷做單向直線運(yùn)動，故C錯誤；負(fù)電荷沿x軸從M移到N的過程中，電場力方向從M指向N，電場力方向與位移相同，電場力一直做正功，故D正確。9．如圖甲在水平地面上放置一個質(zhì)量為m＝0.1kg，帶電荷量為q＝0.01C的物體。物體與地面之間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.4，地面上存在水平向左的電場，物體由靜止開始向左運(yùn)動，電場強(qiáng)度E隨物體的位移x變化的圖像如圖乙所示。已知g＝10m/s2，求：(1)運(yùn)動過程中物體的最大加速度；(2)物體的速度達(dá)到最大時距出發(fā)點(diǎn)的距離。解析：(1)剛開始時物體的加速度最大，由牛頓第二定律，得qE－μmg＝ma解得：a＝6m/s2，方向水平向左。(2)由圖像可得電場強(qiáng)度隨位移是變化的，所以物體受到的電場力隨位移是變化的，當(dāng)電場力等于摩擦力時，加速度為0，速度最大，則qE＝μmg，E＝40N/C由題中圖像得到E與x的函數(shù)關(guān)系式E＝100－25x解得x＝2.4m。答案：(1)6m/s2，方向水平向左(2)2.4m10．(多選)如圖，同一平面內(nèi)的a、b、c、d四點(diǎn)處于勻強(qiáng)電場中，電場方向與此平面平行，M為a、c連線的中點(diǎn)，N為b、d連線的中點(diǎn)。一電荷量為q(q＞0)的粒子從a點(diǎn)移動到b點(diǎn)，其電勢能減小W1；若該粒子從c點(diǎn)移動到d點(diǎn)，其電勢能減小W2。下列說法正確的是()A．此勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)方向一定與a、b兩點(diǎn)連線平行B．若該粒子從M點(diǎn)移動到N點(diǎn)，則電場力做功一定為eq\f(W1＋W2,2)C．若c、d之間的距離為L，則該電場的場強(qiáng)大小一定為eq\f(W2,qL)D．若W1＝W2，則a、M兩點(diǎn)之間的電勢差一定等于b、N兩點(diǎn)之間的電勢差解析：選BD結(jié)合題意，只能判定φa＞φb，φc＞φd，但電場方向不能得出，故A錯誤。電場強(qiáng)度的方向沿c→d時，才有場強(qiáng)E＝eq\f(W2,qL)，故C錯誤。由于M、N分別為ac和bd的中點(diǎn)，對于勻強(qiáng)電場，φM＝eq\f(φa＋φc,2)，φN＝eq\f(φb＋φd,2)，則UMN＝eq\f(Uab＋Ucd,2)，可知該粒子從M點(diǎn)移動到N點(diǎn)的過程中，電場力做功W＝eq\f(W1＋W2,2)，故B正確。若W1＝W2，則φa－φb＝φc－φd，變形得φa－φc＝φb－φd，即Uac＝Ubd，而UaM＝eq\f(Uac,2)，UbN＝eq\f(Ubd,2)，可知UaM＝UbN，故D正確。11.(多選)如圖所示，在正點(diǎn)電荷Q的電場中有M、N、P和F四點(diǎn)，M、N、P為直角三角形的三個頂點(diǎn)，F(xiàn)為MN的中點(diǎn)，∠M＝30°。M、N、P、F四點(diǎn)處的電勢分別用φM、φN、φP、φF表示。已知φM＝φN，φP＝φF，點(diǎn)電荷Q在M、N、P三點(diǎn)所在平面內(nèi)，則()A．點(diǎn)電荷Q一定在MP連線上B．連接PF的線段一定在同一個等勢面上C．將正試探電荷從P點(diǎn)搬運(yùn)到N點(diǎn)，電場力做負(fù)功D．φP大于φM解析：選AD根據(jù)正點(diǎn)電荷的電場的特點(diǎn)可知，點(diǎn)電荷的電場的等勢面是以點(diǎn)電荷為中心的同心球面，故分別作MN連線的中垂線和PF連線的中垂線，如圖所示，根據(jù)圖中幾何關(guān)系可知，兩條線交MP于A點(diǎn)，即點(diǎn)電荷在A點(diǎn)，選項(xiàng)A正確，B錯誤；將正試探電荷從P點(diǎn)搬運(yùn)到N點(diǎn)，電場力做正功，選項(xiàng)C錯誤；沿著電場線的方向電勢逐漸降低，故φP>φM，選項(xiàng)D正確。12.(2021·合肥四校聯(lián)考)如圖所示，水平絕緣粗糙的軌道AB與處于豎直平面內(nèi)的半圓形絕緣光滑軌道BC平滑連接，半圓形軌道的半徑R＝0.4m，在軌道所在空間存在水平向右的勻強(qiáng)電場，電場線與軌道所在的平面平行，電場強(qiáng)度E＝1.0×104N/C?，F(xiàn)有一電荷量q＝＋1.0×10－4C，質(zhì)量m＝0.1kg的帶電體(可視為質(zhì)點(diǎn))，在水平軌道上的P點(diǎn)由靜止釋放，帶電體恰好能通過半圓形軌道的最高點(diǎn)C，然后落至水平軌道上的D點(diǎn)(圖中未畫出)。取g＝10m/s2(1)帶電體運(yùn)動到圓形軌道B點(diǎn)時對圓形軌道的壓力大??；(2)D點(diǎn)到B點(diǎn)的距離xDB；(3)帶電體在從P點(diǎn)開始運(yùn)動到落至D點(diǎn)的過程中的最大動能(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。解析：(1)設(shè)帶電體通過C點(diǎn)時的速度為vC，根據(jù)牛頓第二定律有mg＝meq\f(vC2,R)，解得vC＝2.0m/s。設(shè)帶電體通過B點(diǎn)時的速度為vB，設(shè)軌道對帶電體的支持力大小為FB，帶電體在B點(diǎn)時，根據(jù)牛頓第二定律有FB－mg＝meq\f(vB2,R)。帶電體從B運(yùn)動到C的過程中，根據(jù)動能定理有－mg×2R＝eq\f(1,2)mvC2－eq\f(1,2)mvB2聯(lián)立解得FB＝6.0N，根據(jù)牛頓第三定律，帶電體對軌道的壓力FB′＝6.0N。(2)設(shè)帶電體從最高點(diǎn)C落至水平軌道上的D點(diǎn)經(jīng)歷的時間為t，根據(jù)運(yùn)動的分解