2025年高考二輪復習物理專題分層突破練7　電場　帶電粒子在電場中的運動

專題分層突破練7電場帶電粒子在電場中的運動選擇題:每小題6分基礎(chǔ)鞏固1.(2024浙江溫州模擬)用高壓電暈等方法可以把電荷永久固定在一些絕緣材料上形成駐極體。駐極體在生活中有著廣泛的應用,如駐極體話筒、靜電貼膜和靜電吸附口罩等。如圖所示,某種口罩的吸附層便是把負離子注入到聚丙烯熔噴布(無紡布)上制成的,假設(shè)負離子均勻分布在熔噴布上,下列說法正確的是()A.若用手碰熔噴布,其內(nèi)的電荷會泄漏掉B.若玻璃球外平整地貼上一層駐極體熔噴布,玻璃球內(nèi)的電場強度為零C.口罩的靜電吸附作用只能吸附帶電的微小顆粒D.若用力把熔噴布拉伸使其面積增大,這些駐極體電荷間的電勢能將增大答案B解析把電荷永久固定在一些絕緣材料上形成駐極體,所以用手碰熔噴布,其內(nèi)的電荷不會泄漏掉,A錯誤;若玻璃球外平整地貼上一層駐極體熔噴布,玻璃球內(nèi)部處于靜電平衡狀態(tài),故玻璃球內(nèi)的電場強度為零,B正確;口罩的靜電吸附作用可以吸附微小顆粒,C錯誤;若用力把熔噴布拉伸使其面積增大,駐極體電荷間的距離變大,這個過程中電場力做正功,故這些駐極體電荷的電勢能將減小,D錯誤。2.(2024廣東廣州一模)科學家研究發(fā)現(xiàn),蜘蛛在沒有風的情況下也能向上“起飛”。如圖所示,當?shù)厍虮砻鎺в胸撾姾?、空氣中有正電荷時,蜘蛛尾部的蛛絲也將帶電,在電場力的作用下牽引著蜘蛛實現(xiàn)向上“起飛”。在“起飛”過程中,下列說法正確的是()A.蜘蛛往電勢高處運動B.電場力對蛛絲做負功C.蛛絲的電勢能增大D.蛛絲帶的是正電荷答案A解析由題意可知,蛛絲受到空氣中正電荷的吸引力和地球表面負電荷的排斥力,則蛛絲帶的是負電荷;離正電荷越近電勢越高,則蜘蛛往電勢高處運動,運動過程電場力對蛛絲做正功,蛛絲的電勢能減小。故選A。3.(2024甘肅卷)一平行板電容器充放電電路如圖所示。開關(guān)S接1,電源E給電容器C充電;開關(guān)S接2,電容器C對電阻R放電。下列說法正確的是()A.充電過程中,電容器兩極板間電勢差增加,充電電流增加B.充電過程中,電容器的上極板帶正電荷、流過電阻R的電流由M點流向N點C.放電過程中,電容器兩極板間電勢差減小,放電電流減小D.放電過程中,電容器的上極板帶負電荷,流過電阻R的電流由N點流向M點答案C解析充電過程中,隨著電容器帶電量的增加,電容器兩極板間電勢差增加,充電電流在減小,故A錯誤;根據(jù)電路圖可知,充電過程中,電容器的上極板帶正電荷、流過電阻R的電流由N點流向M點,故B錯誤;放電過程中,隨著電容器帶電量的減小,電容器兩極板間電勢差減小,放電電流在減小,故C正確;根據(jù)電路圖可知,放電過程中,電容器的上極板帶正電荷,流過電阻R的電流由M點流向N點,故D錯誤。故選C。4.(多選)(2023海南卷)如圖所示,正三角形三個頂點固定三個等量電荷,其中A、B帶正電,C帶負電,O、M、N為AB邊的四等分點,下列說法正確的是()A.M、N兩點電場強度相同B.M、N兩點電勢相同C.負電荷在M點電勢能比在O點時要小D.負電荷在N點電勢能比在O點時要大答案BC解析根據(jù)場強疊加以及對稱性可知,M、N兩點的電場強度大小相等,但是方向不同,選項A錯誤;因A、B處的正電荷在M、N兩點的合電勢相等,C點的負電荷在M、N兩點的電勢也相等,則M、N兩點電勢相等,選項B正確;負電荷從M到O,因A、B兩電荷的合力對負電荷的庫侖力從O指向M,則該力對負電荷做負功,C點的負電荷也對該負電荷做負功,可知三個電荷對該負電荷的合力做負功,則該負電荷的電勢能增加,即負電荷在M點的電勢能比在O點小,同理可知負電荷在N點的電勢能比在O點小,選項C正確,D錯誤。故選B、C。5.(多選)(2023全國乙卷)在O點處固定一個正點電荷,P點在O點右上方。從P點由靜止釋放一個帶負電的小球,小球僅在重力和該點電荷靜電力作用下在豎直面內(nèi)運動,其一段軌跡如圖所示。M、N是軌跡上的兩點,OP>OM,OM=ON,則小球()A.在運動過程中,電勢能先增加后減少B.在P點的電勢能大于在N點的電勢能C.在M點的機械能等于在N點的機械能D.從M點運動到N點的過程中,靜電力始終不做功答案BC解析由圖可知,帶電小球從P點開始,下落時靜電力對其先做正功,后做負功,所以電勢能先減少后增加,選項A錯誤。由于OM=ON,所以帶電小球在N點與M點的電勢能相等。因為由P到M靜電力對小球做正功,電勢能減少,所以小球在P點的電勢能大于在M點的電勢能,在P點的電勢能也大于在N點的電勢能,選項B正確。小球在運動過程中只有靜電力和重力做功,所以只有電勢能、動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化,其中動能和重力勢能之和為機械能。由于帶電小球在M點和N點的電勢能相等,所以在這兩點的機械能也相等,選項C正確。從M點運動到N點的過程中,因為有重力作用,所以雖然M點和N點離O點距離相等,但軌跡MN不是以O(shè)為圓心的圓弧,軌跡MN不在等勢面上,靜電力會做功,選項D錯誤。6.(多選)(2024甘肅卷)某帶電體產(chǎn)生電場的等勢面分布如圖中實線所示,虛線是一帶電粒子僅在此電場作用下的運動軌跡,M、N分別是運動軌跡與等勢面b、a的交點,下列說法正確的是()A.粒子帶負電荷B.M點的電場強度比N點的小C.粒子在運動軌跡上存在動能最小的點D.粒子在M點的電勢能大于在N點的電勢能答案BCD解析根據(jù)粒子所受電場力指向曲線軌跡的凹側(cè)可知,帶電粒子帶正電,故A錯誤;等差等勢面越密集的地方電場強度越大,故M點的電場強度比N點的小,故B正確;粒子帶正電,因為M點的電勢大于N點的電勢,故粒子在M點的電勢能大于在N點的電勢能,故D正確;由于帶電粒子僅在電場作用下運動,電勢能與動能總和不變,故可知當電勢能最大時動能最小,故粒子在運動軌跡上到達最大電勢處時動能最小,故C正確。故選B、C、D。綜合提升7.(多選)(2024山東實驗中學一模)如圖所示,真空中有一正方體ABCDA1B1C1D1,在正方體的頂點A、C1處分別固定一個電荷量相等的正點電荷,則下列說法正確的是()A.B點和D1點的電勢相等B.B點和D1點的電場強度相同C.若有一個質(zhì)子以某一初速度射入該空間中,可能做勻速圓周運動D.若有一個電子以某一初速度射入該空間中,可能做勻速圓周運動答案AD解析電勢為標量,電場強度為矢量,在等量同種電荷產(chǎn)生的電場中,根據(jù)對稱性可知B、D1兩點電勢相等,電場強度大小相等,方向不同,故A正確,B錯誤;兩個等量正電荷形成的電場不是勻強電場,若粒子在該電場中做勻速圓周運動,運動軌跡上各處的電場強度一定大小相等,根據(jù)對稱性,該軌跡一定在直線AC1的中垂面上,且圓心一定在直線AC1的中點處,若有一個電子以某一初速度射入該處,兩個正電荷對它的引力的合力提供向心力,可能做勻速圓周運動,而如果射入的是正電荷,將受到排斥力,受力方向不可能指向直線AC1的中點,因此不可能做勻速圓周運動,C錯誤,D正確。故選A、D。8.(多選)(2024浙江紹興一模)某絕緣空心球的示意圖如圖所示,a、b、c、d、E、F是球面與過球心O的水平截面交線的六個等分點,分別在a、d和b、c固定等量的正、負電荷,即qa=qd=+q、qb=qc=q,而AB是球的某一直徑且與水平面垂直,設(shè)無窮遠處電勢為零,則()A.E、F兩點的電場強度相同B.A、O、B三點的電勢分別記為φA、φO、φB,則φA=φB>φO=0C.將一正的試探電荷從A點沿圓弧AEB移到B點的過程中電場力先做正功再做負功D.若b、c、d處的電荷固定不動,將a處的電荷移到O處,則電荷qa的電勢能將減小答案AD解析畫出在a、b、c、d四點的電荷在E、F兩點處的電場如圖所示,由圖可知,E、F兩點的電場強度相同,選項A正確;由等量異種電荷周圍的電勢分布可知,A、O、B三點在等量異種電荷的連線的中垂面上,則各點電勢均為零,即φA=φB=φO=0,選項B錯誤;將一正的試探電荷從A點沿圓弧AEB移到B點的過程中,電勢先升高后降低,則正電荷的電勢能先增加后減小,則電場力先做負功再做正功,選項C錯誤;若b、c、d處的電荷固定不動,將a處的電荷移到O處,因b處的電荷在O、a兩點的電勢相等,則b處的電荷不使a處的電荷移到O處前后的電勢能改變,則主要考慮d、c兩處的電荷對電荷a的影響,d、c兩處的電荷在a點的電勢為正,則在此處qa的電勢能為正,d、c兩處的電荷在O點的電勢為零,則qa在O點的電勢能為零,可知將a處的電荷移到O處qa的電勢能將減小,選項D正確,故選A、D。9.(2024全國甲卷)在電荷量為Q的點電荷產(chǎn)生的電場中,將無限遠處的電勢規(guī)定為零時,距離該點電荷r處的電勢為kQr,其中k為靜電力常量,多個點電荷產(chǎn)生的電場中某點的電勢,等于每個點電荷單獨存在該點的電勢的代數(shù)和。電荷量分別為Q1和Q2的兩個點電荷產(chǎn)生的電場的等勢線如圖中曲線所示(圖中數(shù)字的單位是伏特),則(A.Q1<0,Q1QB.Q1>0,Q1QC.Q1<0,Q1QD.Q1>0,Q1Q答案B解析根據(jù)題圖中等勢線的分布特點可知,Q1帶正電,設(shè)每個小格的邊長為a,又根據(jù)電場中某點距離點電荷r處的電勢為kQr,在圖中選電勢為零的位置,得kQ12a=kQ2a,解得Q1Q10.(2024山東日照一模)如圖甲所示,在絕緣光滑的水平面上建立x軸,在x=0處和x=6m處分別固定點電荷Q1和Q2。兩點電荷連線上的電勢φ與位置x之間的關(guān)系圖像如圖乙所示,圖中x=4m處的電勢最低。已知點電荷q在某點的電勢φ=kqr(r為該點到點電荷的距離,k為靜電力常量),若空間存在幾個點電荷時,則某點的電勢為各個點電荷在該點電勢的代數(shù)和。在x=1m處由靜止釋放一個帶正電荷的小球(可視為質(zhì)點),下列判斷正確的是(A.Q1帶正電,Q2帶負電B.Q1=16Q2C.小球?qū)⒃趚=1m與x=407mD.小球的最大加速度為在x=1m處加速度的4倍答案C解析根據(jù)題意,由φx圖像可知,x=4m處電場強度為0,0~4m電場方向沿x軸正方向,4~6m電場方向沿x軸負方向,則Q1、Q2均帶正電,且有kQ142=kQ26-42,解得Q1=4Q2,故A、B錯誤;根據(jù)題意,由φ=kqr可得,x=1m處電勢為φ=kQ11+kQ26-1=21kQ25,設(shè)x=r處電勢與x=1m處電勢相等,則有kQ1r+kQ26-r=21kQ25,解得r1=1m(舍),r2=407m,由動能定理可知,小球運動到x=407m時,速度減小到0,即小球?qū)⒃趚=1m與x=11.(多選)(2024貴州畢節(jié)二模)如圖所示,豎直面內(nèi)有半徑為R的四分之一光滑圓弧軌道BC,固定在光滑的水平地面上,且圓弧軌道最低點C與水平地面相切?？臻g加有水平向右的勻強電場,A點位于B點左上方,相對于B點的水平距離和豎直高度均為R,一可視為質(zhì)點的帶電小球從A點以某一速度水平拋出,恰能從B點無碰撞地沿圓弧切線進入軌道,小球離開軌道后,運動到D點(D點未畫出)時速度減為零,則()A.小球帶負電B.CD段長度為2RC.小球從A點拋出時的速度大小為gRD.從A點到D點的過程中小球電勢能增加了3mgR答案AD解析由題意可知小球恰好從B點無碰撞地沿圓弧切線進入軌道,則小球進入軌道前在水平方向上減速,小球受到水平向左的電場力作用,與電場方向相反,則小球帶負電,故A正確;小球恰好從B點無碰撞地沿圓弧切線進入軌道,小球在豎直方向上做自由落體運動,則由R=12gt2=vB22g可得,小球運動的時間和此時的速度大小為t=2Rg,vB=2gR,小球在水平方向上做勻減速直線運動,則有R=v022a=12at2,可得小球從A點拋出時的速度大小為v0=2gR,小球在水平方向的加速度的大小為a=g,可知小球受到的電場力大小為F=Eq=mg,小球從A點到D點的過程中,由動能定理可得mg×2RFx=012mv02,解得x=3R,可得CD段的長度為xCD=x2R=R,根據(jù)功能關(guān)系可得從A12.(6分)磷脂雙分子層是構(gòu)成細胞膜的基本支架,分子層之間具有彈性,可近似類比成勁度系數(shù)為k'的輕質(zhì)彈簧。細胞膜上的離子泵可以輸運陰、陽離子,使其均勻地分布在分子層上,其結(jié)構(gòu)示意如圖所示。已知兩片無限大均勻帶電薄板間的電場為勻強電場,靜電力常量為k,介質(zhì)的相對介電常數(shù)為εr,細胞膜的面積S?d2。當內(nèi)外兩膜層分別帶上電荷量Q和Q后,分子層間的距離減小了。

答案2解析內(nèi)外兩膜層分別帶上電荷量Q和Q后,兩膜層之間的電場力為引力,在該引力作用下,分子層之間的距離減小,設(shè)距離減小量為Δx,分子層之間具有彈性,可近似類比成勁度系數(shù)為k'的輕質(zhì)彈簧,由于兩片無限大均勻帶電薄板間的電場為勻強電場,細胞膜的面積S?d2,則兩膜層間的電場也可近似視為勻強電場,設(shè)電場強度為E,可知單獨一個極板產(chǎn)生的電場強度為12E,則有k'Δx=Q·12E,根據(jù)電容的表達式有C=QU,C=εrS4πkd,根據(jù)電場強度與電勢差的關(guān)系有E=Ud13.(13分)(2024河北卷)如圖所示,豎直向上的勻強電場中,用長為L的絕緣細線系住一帶電小球,在豎直平面內(nèi)繞O點做圓周運動。圖中A、B為圓周上的兩點,A點為最低點,B點與O點等高。當小球運動到A點時,細線對小球的拉力恰好為0,已知小球的電荷量為q(q>0)、質(zhì)量為m,A、B兩點間的電勢差為U,重力加速度大小為g,求:(1)電場強度E的大小。(2)小球在A、B兩點的速度大小。答案(1)U(2)Uq解析(1)在勻強電場中,根據(jù)公式可得電場強度E=UL(2)在A點細線對小球的拉力為0,根據(jù)牛頓第二定律得Eqmg=mvA2L,從A到B過程,根據(jù)動能定理得qUmgL=12mvB2-12m14.(15分)(2024廣東深圳一模)地表附近存在著環(huán)境電場,該電場可視為電場強度大小為E、方向豎直向