静电场综合复习题一及参考答案

静电场综合复习题一及参考答案本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，试卷满分为100分．考试时间为90分钟．第Ⅰ卷(选择题，共40分)一、选择题(本题共10小题，每题4分，共40分．有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，把正确选项前的字母填在题后的括号内)图11．如图1所示，O是一固定的正点电荷，另有一正点电荷q从很远处以初速度v0正对着点电荷O射入电场中，仅在电场力作用下的运动轨迹是实线MN，虚线a、b、c是以O为圆心，Ra、Rb、Rc为半径画出的三个圆，且Ra－Rb＝Rb－Rc.1、2、3为轨迹MN与三个圆的一些交点，以|I12|表示点电荷q从1运动到2的过程中电场力的冲量的大小，|I23|表示q从2运动到3的过程中电场力的冲量的大小；用|W12|表示q从1运动到2的过程中电场力做功的大小，用|W23|表示q从2运动到3的过程中电场力做功的大小．则() A．|I12|>|I23|B．|I12|<|I23|C．|W12|>|W23| D．|W12|<|W23|解析：根据点电荷产生的电场可知，1、2间的电场强度比2、3间的电场强度小，因为Ra －Rb＝Rb－Rc，所以|W12|<|W23|，故选项D正确．因为p＝2mEk，所以|I12|<|I23|，故选项B正确．答案：BD2．如图2所示，A板发出的电子经加速后，水平射入水平放置的两平行金属板间，金属板间所加的电压为U，电子最终打在光屏P上，关于电子的运动，下列说法中正确的是()图2A．滑动触头向右移动时，电子打在荧光屏上的位置上升B．滑动触头向左移动时，电子打在荧光屏上的位置上升C．电压U增大时，电子打在荧光屏上的速度大小不变D．电压U增大时，电子从发出到打在荧光屏上的时间不变解析：当滑动触头向右滑动时，加速电压增大，因此电子经偏转电场时侧移距离减小，电子打在荧光屏上的位置下降，滑动触头左移则上升，A错B对；电压U增大时，电子打在荧光屏上的速度增大，但电子从出发到打在荧光屏上的时间不受侧向运动的影响保持不变，C 错D对．答案：BD3．如图3所示，一绝缘光滑半圆环轨道放在竖直向下的匀强电场中，场强为E.在与环心等高处放有一质量为m、带电＋q的小球，由静止开始沿轨道运动，下述说法正确的是()图3A．小球在运动过程中机械能守恒B．小球经过环的最低点时速度最大C．小球经过环的最低点时对轨道压力为3(mg＋qE)D．小球经过环的最低点时对轨道压力为(mg＋qE)解析：小球滑动过程中有重力和电场力做功，因此机械能不守恒，A错．小球下滑到最低点的过程中，重力和电场力都做正功，小球动能增大，过最低点时速度最大，B对．由动能定理得(qE＋mg)R＝12mv2，轨道支持力为FN，则FN－(qE＋mg)＝mv2R，解得C对，D 错．答案：BC图44．空间某区域内存在着电场，电场线在竖直平面上的分布如图4所示，一个质量为m、电荷量为q的小球在该电场中运动，小球经过A点时的速度大小为v1，方向水平向右，运动至B点时的速度大小为v2，运动方向与水平方向之间的夹角为α，A、B两点之间的高度差与水平距离均为H，则以下判断中正确的是()A．若v2>v1，则电场力一定做正功B．A、B两点间的电势差U＝m2q(v22－v12)C．小球由A点运动到B点，电场力做的功W＝12mv22－12mv12－mgHD．小球运动到B点时所受重力的瞬时功率P＝mgv2解析：考查带电粒子在电场与重力场的叠加场中的运动．从A到B，重力做正功，若v2>v1，表明外力做的总功为正，但电场力可能做负功，A错．由动能定理qU＋mgH＝12mv22－12mv12可知B错，C对．过B点时重力的瞬时功率P＝mgv2sinα，D错．答案：C图55．如图5所示，一正点电荷在电场中受电场力作用沿一圆周的圆弧ab运动，已知该点电荷的电荷量为q，质量为m(重力不计)，ab弧长为l，电荷经过a、b两点时速度大小均为v0，则下列说法中不正确的是()A．a、b两点的场强方向相同B．a、b两点的场强大小相等C．a、b两点的电势相等D．电荷在a、b两点的电势能相等解析：由题意，电荷经过a、b两点时速度大小均为v0，所以电场力做功为零，电荷在a、b两点的电势能相等，a、b两点的电势也相等，显然形成电场的电荷为点电荷．由于电场是矢量，所以A错，B、C、D正确．答案：A图66．如图6所示，在匀强电场中有a、b、c、d四点，它们处于同一圆周上，且ac、bd分别是圆的直径．已知a、b、c三点的电势分别为φa＝9 V，φb＝15 V，φc＝18 V，则d 点的电势为()A．4 V B．8 VC．12 V D．16 V解析：由于电场是匀强电场，据φa＝9 V，φc＝18 V，可知，圆心处的电势φ0＝φa＋φc －φa2＝13.5 V，对于匀强电场，φb－φ0＝φ0－φd，则φd＝12 V，故C正确．答案：C图77．如图7所示，在场强为E的匀强电场中，有相距为L的A、B两点，其连线与场强方向的夹角为θ，A、B两点间的电势差UAB＝U1.现将一根长为L的细金属棒沿AB连线方向置于该匀强电场中，此时金属棒两端的电势差UAB＝U2，则下列关于U1和U2的说法中正确的是()A．U1＝U2＝ELcosθB．U1＝U2＝－ELcosθC．U1＝ELcosθ，U2＝0D．U1＝－ELcosθ，U2＝ELcosθ解析：据匀强电场中电势差与场强关系式得，U1＝Ed＝ELcosθ，将金属杆AB放置于匀强电场中，静电平衡时金属杆AB为等势体，故U2＝0，故C选项正确．答案：C8．(2010•北京高考)用控制变量法，可以研究影响平行板电容器电容的因素(如图)．设两极板正对面积为S，极板间的距离为d，静电计指针偏角为θ.实验中，极板所带电荷量不变，若()图8A．保持S不变，增大d，则θ变大B．保持S不变，增大d，则θ变小C．保持d不变，减小S，则θ变小D．保持d不变，减小S，则θ不变解析：保持S不变，增大d，平行板电容器的电容减小，由于电容器的电荷量不变，由Q ＝CU可以判断极板间电势差变大，静电计指针偏角θ变大，选项A正确，B错误；保持d 不变，减小S，电容器电容变小，由Q＝CU可以判断极板间电势差变大，选项C、D错误．答案：A9．(2010•天津高考)在静电场中，将一正电荷从a点移到b点，电场力做了负功，则() A．b点的电场强度一定比a点大B．电场线方向一定从b指向aC．b点的电势一定比a点高D．该电荷的动能一定减小解析：从a→b，电场力对正电荷做负功，该电荷电势能增加，qφa<qφb，即φa<φb，故选项C正确；电场线不一定是直线，选项B错误；该电荷除了受电场力，是否还受其他力不清楚，选项D错误；条件不足，无法判断a、b两点场强的大小，选项A错误．答案：C图910．(2010•福建高考)物理学中有些问题的结论不一定必须通过计算才能验证，有时只需通过一定的分析就可以判断结论是否正确．如图所示为两个彼此平行且共轴的半径分别为R1和R2的圆环，两圆环上的电荷量均为q(q>0)，而且电荷均匀分布．两圆环的圆心O1和O2相距为2a，连线的中点为O，轴线上的A点在O点右侧与O点相距为r(r<a)．试分析判断下列关于A点处电场强度大小E的表达式(式中k为静电力常量)正确的是() A．E＝kqR1[R12＋(a＋r)2]－kqR2[R22＋(a－r)2]B. E＝kqR1[R12＋(a＋r)2]32－kqR2[R22＋(a－r)2]32C. E＝kq(a＋r)[R12＋(a＋r)2]－kq(a－r)[R22＋(a－r)2]D. E＝kq(a＋r)[R12＋(a＋r)2]32－kq(a－r)[R22＋(a－r)2]32解析：由量纲判断选项A、C中电场强度的单位为Nm2C2•C•mm2＝NmC，而电场强度的单位为N/C，所以可以排除选项A、C；假设r＝a，此时A点位于O2点，A点电场强度应等于左侧小圆环的电荷在该处产生的场强，电场强度的表达式为一项，而选项B中E 的表达式为两项的组合，应排除B；综上所述，只能选D.答案：D第Ⅱ卷(非选择题，共60分)二、填空题(本题共2小题，每题8分，共16分)图1011．如图10所示，一个半径为R的绝缘球壳上均匀带有＋Q的电荷，另一个电荷量为＋q 的电荷放在球心O上，由于对称性，点电荷受力为0.现在球壳上挖去半径为r(r≪R)的一个小圆孔，则此时置于球心的点电荷所受的力的大小为________(已知静电力恒量为k)，方向________．解析：球壳完整时，由对称性得球心上的点电荷受力为0，可知挖去的小孔和剩下的部分对点电荷产生的力大小相等，方向相反，故要计算剩下部分对点电荷产生的力，只要求出挖去的小圆孔对点电荷产生的力即可，由于r≪R，故小圆孔可以看做点电荷，这样可由库仑定律计算．由库仑定律有F＝kQ′qR2，其中Q′＝Q4πR2•πr2，得出F＝kQqr24R4，指向小孔．答案：kQqr24R4指向小孔图1112．某研究性学习小组设计了以下方法来测量物体的带电量．如图11所示的小球是一个外表面镀有金属膜的空心塑料球，用绝缘丝线悬挂于O点，O点固定一个可测量丝线偏离竖直方向角度α的量角器，M、N是两块相同的、正对着竖直平行放置的金属板(加上电压后其内部电场可看作匀强电场)．另外还要用到的器材有天平、刻度尺、电压表、直流电流表、开关、滑动变阻器及导线若干．该小组的实验步骤如下，请你帮助该小组完成：(1)用天平测出小球的质量m，按如图11所示进行器材的安装，并用刻度尺测出M、N板之间的距离d，使小球带上一定的电量．(2)连接电路(请在图中的虚线框中画出实验所用的电路图，电源、开关已经画出)．(3)闭合开关，调节滑动变阻器滑片的位置，读出多组相应的电压表的示数和丝线的偏转角度θ.(4)以电压U为纵坐标，以________为横坐标作出过原点的直线，求出直线的斜率k.(5)小球的带电量q＝________.(用m、d、k等物理量表示)答案：(2)如图12(a)(4)tanα(5)mgdk带电小球的受力如图12(b)，根据平衡条件有tanθ＝Fmg，又有F＝qE＝qUd，联立解得，U＝mgdqtanθ＝ktanθ，所以应以tanθ为横坐标．图12三、计算题(本题共4小题，13、14题各10分，15、16题各12分，共44分，计算时必须有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)图1313．在匀强电场中建立一个直角坐标系，如图13所示，从坐标原点沿＋y方向前进0.346 m到A点，电势降低34.6 V；从坐标原点沿－x方向前进0.2 m到B点，电势升高34.6 V，求匀强电场的场强大小和方向．(取3＝1.73)解析：令O点电势φO＝0，则φA＝－34.6 V，φB＝34.6 V，再作点B关于点O的对称点B′，因为BO＝OB′，则φB′＝－34.6 V．连接AB′，并作其垂线OE，则从O→E的方向即场强方向．tanθ＝OB′OA＝11.73＝33E＝UOB′d＝UOB′OB′sin60°＝200 V/m.答案：200 V/m，方向与x轴正方向成30°角．图1414．在点电荷Q产生的电场中有a，b两点，相距为d，已知a点的场强大小为E，方向与ab连线成30°角，b点的场强方向与ab连线成120°角，如图14所示，则b点的场强大小为多大？a，b两点电势哪点更高？解析：图15如图15所示，将a点场强方向和b点场强方向延长，交于O点，由几何知识得ab＝d，aO＝2dsin60°＝3d，而E＝kQ(3d)2，Eb＝kQd2，所以Eb＝3E.以O点为圆心，以d为半径作弧交Oa于c点，则φb＝φc，而φa>φc，所以φa>φb，即a点电势更高．答案：3E a图1615．如图16所示，水平放置的两块平行金属板A，B相距为d，电容为C.开始两块板均不带电，A板接地且中央有孔．现将带电荷量为＋q，质量为m的带电液滴一滴一滴地从小孔正上方h处无初速滴下，落向B板的电荷全部传给B板，问：(1)第几滴液滴在A，B板间做匀速直线运动？(2)能够到达B板的液滴不会超过多少滴？解析：(1)设第n滴液滴在A，B板间做匀速直线运动，此时，板上电荷量为Q＝(n－1)q，板上电压U＝QC＝(n－1)qC.板间电场强度E＝Ud＝(n－1)qCd①由平衡条件得qE＝mg②由①②得n＝mgCdq2＋1(2)设能够到达B板的液滴不会超过x滴，且第(x＋1)滴到B板的速度恰为0，然后返回极板上，最大电荷量Q′＝xq③极板间最大电压U′＝Q′C＝xqC④对第(x＋1)滴，由动能定理得mg(h＋d)－qU′＝0⑤由④⑤解得x＝mgC(h＋d)q2.答案：(1)mgCdq2＋1(2)mgC(h＋d)q216．(2009•安徽高考)图17如图17所示，匀强电场方向沿x轴的正方向，场强为E.在A(d,0)点有一个静止的中性微粒，由于内部作用，某一时刻突然分裂成两个质量均为m的带电微粒，其中电荷量为q的微粒1沿y轴负方向运动，经过一段时间到达(0，－d)点．不计重力和分裂后两微粒间的作用．试求：(1)分裂时两个微粒各自的速度；(2)当微粒1到达(0，－d)点时，电场力对微粒1做功的瞬时功率；(3)当微粒1到达(0，－d)点时，两微粒间的距离．解析：(1)设分裂时微粒1的初速度为v1，到达(0，－d)点所用时间为t.依题意可知微粒1带负电，在电场力的作用下做类平抛运动，得下列方程：－d＝v1t①－d＝12at2②qE＝ma③由①②③解得v1＝－－qEd2m④根号外的负号表示沿y轴的负方向．设分裂时另一微粒2的速度为v2，根据动量守恒定律mv1＋mv2＝0⑤图18得v2＝－qEd2m⑥(2)当微粒1运动到B(0，－d)点时，速度在x轴方向上的分量为vBx，则vBx＝－－2ad ⑦由③⑦解得vBx＝－－2qEdm电场力对它做功的瞬时功率P＝qEvBx＝－qE－2qEdm.(3)中性微粒分裂时，根据电荷守恒定律，微粒2带等量的正电荷，所受电场力沿x轴的正方向，在电场力的作用下也做类平抛运动．根据对称性，当微粒1到达B(0，－d)点时，微粒2运动到C(2d，d)点，此时两微粒间的距离是BC＝(2d)2＋(2d)2＝22d.答案：(1)v1＝－－qEd2m v2＝－qEd2m(2)－qE－2qEdm(3)22d。