江苏省百校大联考物理第十章 静电场中的能量精选测试卷专题练习

江苏省百校大联考物理第十章 静电场中的能量精选测试卷专题练习
一、第十章 静电场中的能量选择题易错题培优（难）
1．如图所示，匀强电场中有一个以O 为圆心、半径为R 的圆，电场方向与圆所在平面平行，圆上有三点A 、B 、C ，其中A 与C 的连线为直径，∠A ＝30°。

有两个完全相同的带正电粒子，带电量均为q （q ＞0），以相同的初动能E k 从A 点先后沿不同方向抛出，它们分别运动到B 、C 两点。

若粒子运动到B 、C 两点时的动能分别为E kB ＝2E k 、E kC ＝3E k ，不计粒子的重力和粒子间的相互作用，则匀强电场的场强大小为
A ．k E qR
B ．2k E qR
C ．3
3k
E qR
D ．23
k
E 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】
从A 点到B 点应用动能定理有：2-AB k k k qU E E E == 从A 点到C 点应用动能定理有：32-AC k k k qU E E E == 所以2AC AB U U =
做出等势面和电场线如图所示：
则从A 点到B 点应用动能定理有：,3k k R
qEd qE AD E qE E ===即 解得23
3k
E E qR
=。

选项D 正确，A 、B 、C 错误。

2．空间某一静电场的电势φ在x 轴上分布如图所示，x 轴上两点B 、C 点电场强度在x 方
向上的分量分别是E Bx 、E cx ，下列说法中正确的有
A ．
B 、
C 两点的电场强度大小E Bx ＜E cx B ．E Bx 的方向沿x 轴正方向
C ．电荷在O 点受到的电场力在x 方向上的分量最大
D ．负电荷沿x 轴从B 移到C 的过程中，电场力先做正功，后做负功 【答案】D 【解析】 【分析】
本题的入手点在于如何判断E Bx 和E Cx 的大小，由图象可知在x 轴上各点的电场强度在x 方向的分量不相同，如果在x 方向上取极小的一段，可以把此段看做是匀强电场，用匀强电场的处理方法思考，从而得到结论，此方法为微元法． 【详解】
A 、在
B 点和
C 点附近分别取很小的一段d ，由题图得，B 点段对应的电势差大于C 点段对应的电势差，将电场看做匀强电场，有E d
ϕ
∆=
，可见E Bx >E Cx ，A 项错误．C 、同理可知O 点的斜率最小，即场强最小，电荷在该点受到的电场力最小，C 项错误．B 、沿电场线方向电势降低，在O 点左侧，E Bx 的方向沿x 轴负方向，在O 点右侧，E Cx 的方向沿x 轴正方向，B 项错误．D 、负电荷沿x 轴从B 移到C 的过程中，电场力先向右后向左，电场力先做正功，后做负功，D 项正确．故选D ． 【点睛】 挖掘出x φ-
图象两大重要性质：图象的斜率反映电场强度的大小，图象中ϕ降低的方向
反映场强沿x 轴的方向．
3．两电荷量分别为q 1和q 2的点电荷放在x 轴上的O 、M 两点，两点电荷连线上各点电势φ随x 变化的关系如图所示，其中P 、N 两点的电势为零，NF 段中Q 点电势最高，则( )
A ．P 点的电场强度大小为零
B ．q 1和q 2为等量异种电荷
C ．NQ 间场强方向沿x 轴正方向
D ．将一负电荷从N 点移到F 点，电势能先减小后增大 【答案】D 【解析】
【详解】
A ．φ-x 图线的斜率等于电场强度，故可知P 点的电场强度大小不为零，A 错误；
B ．如果1q 和2q 为等量异种电荷，点连线中垂线是等势面，故连线的中点是零电势点；由于OP PM >，故12q q >，故B 错误；
C ．沿着电场线的方向，电势降低，由于从N 到Q 电势升高，故是逆着电场线，即NQ 间场强方向沿x 轴正方向；
D ．由于从N 到F ，电势先增加后减小，将一负电荷从N 点移到F 点，根据公式
P E q ϕ=
电势能先减小后增大，故D 正确。

故选D 。

【点睛】
电势为零处，电场强度不一定为零。

电荷在电场中与电势的乘积为电势能。

电场力做功的正负决定电势能的增加与否。

4．如图所示，真空中有一四面体ABCD ，MN 分别是AB 和CD 的中点，现在A 、B 两点分别都固定电荷量为+Q 的点电荷，下列说法正确的是
A ．C 、D 两点的电场强度相同
B ．仅受电场力的负点电荷，可以在该电场中作匀速圆周运动
C ．N 点的电场强度方向平行AB 且跟C
D 垂直
D ．将试探电荷+q 从C 点移到D 点，电场力做正功，试探电荷+q 的电势能降低 【答案】B 【解析】 【详解】
A.CD 在AB 的中垂面上，C 、D 到AB 连线的距离相等，根据等量同种电荷在空间的电场线分布特点，知道C 、D 两点的电场强度大小相等，但方向不同，故A 错误；
B.仅受电场力的负点电荷，如果在AB 的中垂面内，两个等量正电荷对它的作用总指向A 、B 连线的中点，就可以提供大小恒定的向心力，可以做匀速圆周运动，故B 正确；
C.根据电场叠加原理知道N 点的电场强度方向与AB 垂直，故C 错误；
D.CD 在AB 的中垂面上，C 、D 到AB 连线的距离相等，C 、D 两点电势相等，试探电荷+q 从C 点移到D 点，电场力不做功，其电势能不变，故D 错误。

5．如图所示，质量相同的两个带电粒子P 、Q 以相同的初速度沿垂直于电场方向射入两平行板间的匀强电场中，P 从两极板正中央射入，Q 从下极板边缘处射入，它们最后打在同一点(重力不计)，则从开始射入到打到上极板的过程中( )
A ．它们运动的时间t Q ＝t P
B ．它们所带电荷量之比q P ∶q Q ＝1∶2
C ．它们的电势能减少量之比ΔE P ∶ΔE Q ＝1∶2
D ．它们的动能增量之比Δ
E k P ∶ΔE k Q ＝1∶4 【答案】ABD 【解析】 【详解】
A.带电粒子在垂直电场方向上不受力，都做匀速直线运动，位移相等，由x=v 0t 可知运动时间相等，即t Q =t P ．故A 正确；
平行电场方向受到电场力，做初速度为零的匀加速直线运动，根据位移时间关系公式，有：
22122qE y at t m
＝=
， 解得：
2
2ym
q Et =
； B.由于两带电粒子平行电场方向分位移之比为 y P ：y Q =1：2；所以它们所带的电荷量之比 q P ：q Q =y P ：y Q =1：2，故B 正确；
C.电势能的减小量等于电场力做的功即△E=qEy ，因为竖直位移之比为：y P ：y Q =1：2，电荷量之比为：q P ：q Q =1：2，所以它们电势能减少量之比为：△E M ：△E N =1：4．故C 错误； D .根据动能定理，有：
qEx =△E k
而：
q P ：q Q =1：2，x P ：x Q =1：2
所以动能增加量之比：
△E kP ：△E kQ =1：4
故D 正确； 故选ABD ． 【点睛】
本题关键将两个带电粒子的运动分解为垂直电场方向和平行电场方向的分运动，然后结合运动学公式、牛顿运动定律和动能定理列式分析．
6．图中虚线为匀强电场中与由场强度方向垂直的等间距平行直线．两粒子M、N质量相等，所带电荷量的绝对值也相等．现将M、N从虚线上的0点以相同速率射出，两粒子在电场中运动的轨迹分别如图中两条实线所示．点a、b、c为实线与虚线的交点．己知0点电势高于c点电势．若不计粒子的重力及两粒子间的相互作用，则
A．电场强度的方向竖直向上
B．N粒子在a点的加速度与M粒子在c点的加速度大小相等
C．N粒子在从O点运动至a点的过程中静电力做正功
D．M粒子在从O点运动至C点的过程中，其电势能增加
【答案】BC
【解析】
【详解】
A．等势线在水平方向，O点电势高于c点，根据电场线与等势线垂直，而且由高电势指向低电势，可知电场方向竖直向下，故A错误．
B．由图示可知：该电场为匀强电场，又因为两粒子质量相同，电荷量的绝对值也相同，所以加速度也相同，故B正确；
C．N从O点运动至a点的过程中电场力与速度的夹角为锐角，电场力做正功．故C正确．
D．M粒子在从O点运动至C点的过程中，电场力做正功，其电势能减少，所以D错误．故选择BC.
【点睛】
根据粒子的轨迹可判断粒子的电场力方向，O点电势高于c点，根据电场线与等势线垂直，而且由高电势指向低电势，可判断出电场方向，从而确定出粒子的电性．由动能定理可知，N在a点的速度与M在c点的速度大小相等，但方向不同．N从O点运动至a点的过程中电场力做正功．O、b间电势差为零，由动能定理可知电场力做功为零．
7．在竖直平面内有水平向右、电场强度为E=1×104 N/C的匀强电场，在场中有一个半径为R=2 m的光滑圆环，环内有两根光滑的弦AB和AC，A点所在的半径与竖直直径BC成37︒角，质量为0.04 kg的带电小球由静止从A点释放，沿弦AB和AC到达圆周的时间相同．现去掉弦AB和AC，给小球一个初速度让小球恰能在竖直平面沿环内做圆周运动，取
︒=，g=10 m/s2）下列说小球圆周运动的最低点为电势能和重力势能的零点，（cos370.8
法正确的是（）
A ．小球所带电量为q =3.6×10－5 C
B ．小球做圆周过程中动能最小值是0.5 J
C ．小球做圆周运动从B 到A 的过程中机械能逐渐减小
D ．小球做圆周运动的过程中对环的最大压力是3.0N 【答案】BCD 【解析】 【分析】 【详解】 解法一：
A ．如图所示，令弦AC 与直径BC 的夹角为∠1，弦A
B 与水面夹角为∠2，由几何知识可得，
371=18.52
︒
∠=
︒，21=18.5∠=∠︒
对沿弦AB 带电小球进行受力分析，小球沿着弦AB 向上运动，则小球电场力向右，故小球带正电，小球受到水平向右电场力，竖直向下的重力，垂直弦AB 向上的支持力，则沿弦AB 上有：
1cos18.5sin18.5qE mg ma ︒-︒=…………①
同理对沿弦AC 的小球受力分析，沿弦AB 方向有：
2sin18.5cos18.5qE mg ma ︒+︒=…………②
设小球从A 点释放，沿弦AB 和AC 到达圆周的时间为t ,则：
211
2sin18.52R a t ︒=…………③
2
212cos18.52
R a t ︒=
…………④ 由③/④可得，
12sin18.5
=cos18.5a a ︒︒
…………⑤ 联立①②⑤可得，
cos18.5sin18.5sin18.5sin18.5cos18.5cos18.5qE mg qE mg ︒-︒︒
=︒+︒︒
…………⑥
化简可得，
22(cos 18.5sin 18.5)2sin18.5cos18.5qE mg ︒-︒=︒︒…………⑦
即cos37sin 37qE mg ︒=︒…………⑧
则5
4
tan 370.04100.75C 310C 110
mg q E -︒⨯⨯=
==⨯⨯…………⑨ 故A 错误．
B ．小球恰能在竖直平面沿环内做圆周运动，小球受到水平方向的电场力，竖直向下的重力和沿半径指向圆心的支持力，电场力和重力的合力为：
()()
22
10.5N F qE mg =
+=，方向与竖直方向夹角为37°…………⑩
延长半径AO 交圆与D 点．小球在A 点可以不受轨道的弹力，重力和电场力的合力提供向心力，此时小球速度最小：
2
min 1mv F R
=…………⑪ 可得小球的最小动能
2k min 111
0.5J 22
E mv
F R =
== …………⑫ 故B 正确．
C ．小球从做圆周运动从B 到A 的过程中电场力做负功，则小球机械能减小，故C 正确．
D ．由B 得分析可知，小球在D 点时，对圆环的压力最大，设此时圆环对小球的支持力为
2
max 21mv F F R
-=…………⑬ 从A 到D ，由动能定理可得：
22max min 11
2sin 37+2cos3722
qE R mg R mv mv ⋅︒⋅︒=
-…………⑭
联立⑬⑭可得，23N
F=
由牛顿第三定律可得，小球对圆环的最大压力为：
22
'3N
F F
==
故D正确．
解法二：
A. 由题知，小球在复合场中运动，由静止从A点释放，沿弦AB和AC到达圆周的时间相同，则A点可以认为是等效圆周的最高点，沿直径与之对应圆周上的点可以认为是等效圆周的最低点，对小球进行受力分析，小球应带正电，如图所示，可得
mg tan37︒=qE
解得小球的带电量为
5
4
3
0.4
tan374
310C
10
mg
q
E
︒
-
⨯
===⨯
故A错误；
B. 小球做圆周过程中由于重力和电场力都是恒力，所以它们的合力也是恒力，小球的动能、重力势能和电势能之和保持不变，在圆上各点中，小球在等效最高点A的势能（重力势能和电势能之和）最大，则其动能最小，由于小球恰能在竖直平面沿环内做圆周运动，根据牛顿第二定律，在A点其合力作为小球做圆周运动的向心力
cos37
mg
︒
=m
2
A
v
R
小球做圆周过程中动能最小值
E kmin=
1
2
mv A2=
2cos37
mgR
︒
=
0.04102
20.8
⨯⨯
⨯
J=0.5J
故B正确；
C.由于总能量保持不变，小球从B到A过程中电场力做负功，电势能增大，小球的机械能逐渐减小，故C正确；
D.将重力与电场力等效成新的“重力场”，新“重力场”方向与竖直方向成37︒，等效重力
‘=
cos37
mg
G
︒
，等效重力加速度为
cos37
g
g
︒
='，小球恰好能做圆周运动，在等效最高点A
点速度为
A
v g R
='
v，由动能定理得
22
A 11·222
G R mv mv -'=
在等效最低点，由牛顿第二定律
2
N v F G m R
-='
联立解得小球在等效最低点受到的支持力
N 3.0N F =
根据牛顿第三定律知，小球做圆周运动的过程中对环的最大压力大小也为3.0N ，故D 正确．
8．如图所示，ABC 是处于竖直平面内的光滑、绝缘斜劈，30C ∠=︒、60B ∠=︒，D 为AC 中点；质量为m 带正电的小滑块沿AB 面由A 点静止释放,滑到斜面底端B 点时速度为
0v ，若空间加一与ABC 平面平行的匀强电场，滑块仍由静止释放，沿AB 面滑下，滑到斜
面底端B 点时速度为02v ，若滑块由静止沿AC 面滑下，滑到斜面底端C 点时速度为
03v ，则下列说法正确的是（ ）
A ．电场方向由A 指向C
B ．B 点电势与D 点电势相等
C ．滑块滑到
D 点时机械能增加了
201
2
mv D ．小滑块沿AB 面、AC 面滑下过程中电势能变化值之比为2:3 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】
B ．无电场时由A 到B;
201
2
mgh mv =
① 有电场时由A 到B
201
(2)2
E mgh W m v +=
② 有电场时由A 到C
201
(3)2
E
mgh W m v +=' ③ 由①②③可得
201
2
E W mv =
20E W mv '=
又因为
E AB W qU = E
AC W qU '= 则
1
2
AB AC U U =
则D 点与B 点电势相等,故B 正确；
A ．AC 与BD 不垂直，所以电场方向不可能从由A 指向C ，故A 错误； C ．因D 为AC 的中点,则滑到D 点电场力做功为到滑到C 点的一半,为201
2
mv ，则机械能增加了
201
2
mv ，则C 正确； D ．根据201
2
E W mv =，20E W mv '=知电势能变化量之比为1:2，故D 错误； 故选BC 。

点睛：由动能定理确定出由A 到B 电场力做的功和由A 到C 电场力做的功,确定出AC 与AB 间的电势差,从而确定出BC 的电势的大小关系.由动能定理可求现到D 点的机械能的增加量.通过对做功的分析,要抓住小球在运动的过程中,重力做功,电场力就做正功,由动能定理确定功的值.
9．真空中，点电荷的电场中某点的电势kQ
r
ϕ=
，其中r 为该点到点电荷的距离；在x 轴上沿正方向依次放两个点电荷Q 1和Q 2；x 轴正半轴上各点的电势φ随x 的变化关系如图所示；纵轴为图线的一条渐近线，x 0和x 1为已知，则
A ．不能确定两点荷的电性
B ．不能确定两个电荷电量的比值
C ．能确定两点荷的位置坐标
D
．能确定x 轴上电场强度最小处的位置坐标 【答案】CD 【解析】 【分析】 【详解】
A ．若取无穷远处电势为零，正电荷空间各点电势为正，负电荷空间各点电势为负，而有图象可知0x x =处电势为零，也就是空间中存在的两个点电荷肯定是一正一负，A 错误； BCD ．根据图线，离O 点很近时，0ϕ>，且随x 减小趋向于无穷大，故正电荷应该在坐标原点O 处，设其电荷量为1Q ，当x 由0增大时，电势并没有出现无穷大，即没有经过负的点电荷，说明负电荷必定在O 点左侧某a 处，且设其电荷量为2Q ，则
21Q Q >，
又根据图线0x x =处电势为零，有
12
00Q Q k
k x x a
=+， 又由图线斜率可知，在1x 处场强最小，为零，且有
1222
11()Q Q k
k x x a =+， 由这两个方程可解出a 及1
2
Q Q ，故两个电荷位置坐标及电荷量的比值可求出，B 错误，CD
正确； 故选CD 。

10．如图所示，在竖直平面内有水平向右、场强为E=1×104 N/C 的匀强电场．在匀强电场中有一根长L=2m 的绝缘细线，一端固定在O 点，另一端系一质量为0.08kg 的带电小球，它静止时悬线与竖直方向成37°角，若小球获得初速度恰能绕O 点在竖直平面内做完整的圆周运动，取小球在静止时的位置为电势能零点和重力势能零点，cos37°=0.8，g 取10m/s 2．下列说法正确（ ）
A ．小球的带电荷量q=6×10﹣5 C
B ．小球动能的最小值为1J
C ．小球在运动至圆周轨迹上的最高点时有机械能的最小值
D ．小球绕O 点在竖直平面内做圆周运动的电势能和机械能之和保持不变，且为4J
【答案】AB 【解析】
A 、对小球进行受力分析如上图所示
可得：37mgtan qE ︒=解得小球的带电量为：537610mgtan q C E
-︒
=
=⨯，故A 正确； B 、由于重力和电场力都是恒力，所以它们的合力也是恒力
在圆上各点中，小球在平衡位置A 点时的势能（重力势能和电势能之和）最小，在平衡位置的对称点B 点，小球的势能最大，由于小球总能量不变，所以在B 点的动能E kB 最小，对应速度v B 最小，在B 点，小球受到的重力和电场力，其合力作为小球做圆周运动的向心
力，而绳的拉力恰为零，有：0.81370.8
mg F N N cos =
==︒合，而2
B
v F m L =合，所以2111
121222
KB B E mv F L J J 合=
==⨯⨯=，故B 正确； C 、由于总能量保持不变，即k PG PE E E E ++=恒量，所以当小球在圆上最左侧的C 点时，电势能PE E 最大，机械能最小，故C 错误；
D 、由于总能量保持不变，即k PG P
E E E E ++=恒量，由B 运动到
A ，PA P
B W E E =--合力（），·
2W F L =合合力，所以2PB E J =，总能量3PB kB E E E J =+= ，故D 错误； 故选AB ．
【点睛】关键抓住小球恰好做圆周运动，求出等效最高点的临界速度，根据该功能关系确定何处机械能最小，知道在等效最高点的动能最小，则重力势能和电势能之和最大．
11．如图所示，粗糙绝缘的水平面附近存在一个平行于水平面的电场，其中某一区域的电场线与x 轴平行，在x 轴上的电势φ与坐标x 的关系用图中曲线表示，图中斜线为该曲线过点（0.15，3）的切线．现有一质量为0.20kg ，电荷量为+2.0×10－8C 的滑块P （可视作质点），从x =0.l0m 处由静止释放，其与水平面的动摩擦因数为0.02．取重力加速度
g =l0m/s 2．则下列说法正确的是（ ）
A ．x =0.15m 处的场强大小为2.0×l06N/C
B ．滑块运动的加速度逐渐减小
C ．滑块运动的最大速度约为0.1m/s
D ．滑块最终在0.3m 处停下 【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】
AB 、电势φ与位移x 图线的斜率表示电场强度，则x ＝0.15m 处的场强E 5
3100.15
⨯=V/m ＝
2×106V/m ，此时的电场力F ＝qE ＝2×10﹣8×2×106N ＝0.04N ，滑动摩擦力大小f ＝μmg ＝0.02×2N ＝0.04N ，在x ＝0.15m 前，电场力大于摩擦力，做加速运动，加速度逐渐减小，x ＝0.15m 后电场力小于电场力，做减速运动，加速度逐渐增大．故A 正确，B 错误； C 、在x ＝0.15m 时，电场力等于摩擦力，速度最大，根据动能定理得，
21
2
m qU fx mv -=
，因为0.10m 和0.15m 处的电势差大约为1.5×105V ，代入求解，最大速度大约为0.1m/s ，故C 正确；
D 、滑块最终在0.3x m =处停下则满足：00qU fx -=-，0.3x m =处的电势
51.510V ϕ=⨯，故从0.1x m =到0.3x m =过程中，电势差
55(4.5 1.5)10310U V V =-⨯=⨯，电场力做5382.010=310610W qU J --=⨯⨯=⨯⨯电，
摩擦力做功3
0.020.210(0.300.10)810f W fs J -==⨯⨯⨯-=⨯，则f W W >电，故滑块不
能滑到0.3x m =处，故D 错误．
12．如图所示，固定在竖直面内的光滑绝缘圆环半径为R ，圆环上套有质量分别为m 和2m 的两个带电的小球A 、B （均可看作质点），小球A 带正电，小球B 带负电，带电荷量均为q ，且小球A 、B 用一长为2R 的轻质绝缘细杆相连，竖直面内有竖直向下的匀强电场（未画出），电场强度大小为E =
mg
q
．现在给小球一个扰动，使小球A 从最高点由静止开始沿圆环下滑，已知重力加速度为g ，在小球A 滑到最低点的过程中，下列说法正确的是
（）
A．小球A减少的机械能等于小球B增加的机械能B．细杆对小球A和小球B做的总功为0
C．小球A的最大速度为4
3 gR
D．细杆对小球B做的功为mgR
【答案】BC
【解析】
【分析】
【详解】
由于电场力做功，两个球系统机械能不守恒，故A球增加的机械能不等于B球减少的机械能，故A错误；
细杆对小球A和小球B的力等大反向，为系统内弹力，所以细杆对小球A和小球B做的总功为0，故B正确；
当A球运动到最低点时，电场力对系统做功4EqR=4mgR，速度最大，有：4mgR+mg•2R-
2mg•2R=1
2
（m+2m）v2解得：v=4
3
gR
，故C正确；
对B球，利用动能定理可得，W+2mgR-2mg•2R=1
2
×2mv2-0，解得细杆对B球所做的功W=-
10
3
mgR，故D错误．
13．空间有一沿x轴对称分布的电场，其电场强度E随x变化的图象如图所示，x轴正方向为场强的正方向．下列说法中正确的是
A．该电场可能是由一对分别位于x2和－x2两点的等量异种电荷形成的电场
B．x2和－x2两点的电势相等
C．正电荷从x1运动到x3的过程中电势能先增大后减小
D ．原点O 与x 2两点之间的电势差大于-x 2与x 1两点之间的电势差 【答案】BD 【解析】
根据等量异种电荷形成的电场的特点可知，在等量异种电荷的连线上，各点的电场强度的方向是相同的，而该图中电场强度的大小和方向都沿x 轴对称分布，所以该电场一定不是由一对分别位于2x 和2x -两点的等量异种电荷形成的电场，A 错误；由于2x 和2x -两点关于y 轴对称，且电场强度的大小也相等，故从O 点到2x 和从O 点到2x -电势降落相等，故
2x 和2x -两点的电势相等，B 正确；由图可知，从1x 到x 3电场强度始终为正，则正电荷运
动的方向始终与电场的方向相同，所以电场力做正功，电势能逐渐减小，C 错误；2x 和
2x -两点的电势相等，原点O 与2x 两点之间的电势差等于原点O 与2x -两点之间的电势
差，2x -与1x 两点之间的电势差等于2x 与1x 两点之间的电势差，所以原点O 与2x 两点之间的电势差大于-x 2与1x 两点之间的电势差，D 正确．
14．如图所示，O 是一固定的点电荷，另一点电荷P 从很远处以初速度v 射入点电荷O 的电场，在电场力作用下的运动轨迹是曲线MN ，a 、b 、c 是以O 为中心Ra 、R b 、Rc 为半径画出的三个圆，它们之间间距相等，1、2、3、4为轨迹MN 与三个圆的一些交点．以|W 12|表示点电荷P 由l 到2的过程中电场力做的功的大小，|W 34|表示由3到4的过程中电场力做的功的大小，则（ ）
A ．|W 12|＞2|W 34|
B ．|W 12|=2|W 34|
C ．P 、O 两电荷可能同号
D ．P 、O 两电荷一定异号
【答案】AD 【解析】 【分析】 【详解】
根据电场线的分布情况可知，2、3间的场强大于3、4间场强，由公式U=Ed 分析得知，2、3间的电势差大于3、4间的电势差，所以1、2间的电势差大于3、4间电势差的2倍，即有|U 12|＞2|U 34|，由电场力做功公式W=qU 得，|W 12|＞2|W 34|．故A 正确，B 错误．由轨迹的弯曲方向可判定两电荷间存在引力，是异号电荷．故C 错误，D 正确．故选AD ． 【点睛】
本题是电场中轨迹问题，由U=Ed 定性分析非匀强电场中两点间电势差的关系，由轨迹弯
曲方向判断电场力方向都是常见的问题，要加强训练，熟练掌握．
15．如图所示，一个竖直放置的平行板电容器，充电后，左板上电荷量为-Q ，板间可看成匀强电场．一个带电荷量为-q 的油滴，从O 点以速度v 射入板间，v 的方向与电场线成θ角，已知油滴的质量为m ，测得油滴到达运动轨迹的最高点时，它的速度大小又为v ，并恰好垂直打到平行板上，则以下说法中正确的是（）
A ．油滴最后打在左板上
B ．最高点处（设为N ）与O 点的电势差为22sin 2NO mv U q
θ=
C ．板间的电场强度1sin mg cos E q θθ
+=
（）
D ．如果两板间距离变小，O 到右板的距离不变，则最高点处（设为N ）的位置不变 【答案】BD 【解析】 【分析】 【详解】
A ．因油滴到达最高点N 时速度大小为v ，方向水平，对O →N 过程用动能定理有
W G +W 电=0
所以电场力一定做正功，油滴带负电，则最高位置一定在O 点的右上方，即垂直打到右板上，A 错误．
B ．对油滴，在水平方向，由动能定理得
qU NO =mgh
在竖直方向上油滴做初速为v sin θ的竖直上抛运动，则有
(v sin θ)2=2gh
即
22sin 2NO
mv U q
θ=
故B 正确．
C ．油滴由O N →的运动时间为
sin v t g
θ
=
水平方向的位移
2
cos(1cos)sin
22
v v v
d t
g
θθθ
--
==
电场强度大小
sin
(1cos)
U mg
E
d q
θ
θ
==
-
故C错误．
D．因最高点N与出发点O的电势差
22
sin
2
NO
mv
U
q
θ
=
与场强无关，故改变电场强度而O点到右板的距离不变，N点的位置不变，则D正确．故选BD．
【点睛】
本题考查了动能定理的应用，考查了求电场强度大小问题，运用运动的合成与分解观点分析清楚油滴的运动过程是解题的前提与关键，应用动能定理、运动学公式与匀强电场场强与电势差的关系可以解题．
二、第十章静电场中的能量解答题易错题培优（难）
16．如图所示，在直角坐标系xoy的第一象限中，存在竖直向下的匀强电场，电场强度大小为4E0，虚线是电场的理想边界线，虚线右端与x轴的交点为A，A点坐标为（L、0），虚线与x轴所围成的空间内没有电场；在第二象限存在水平向右的匀强电场．电场强度大小为E0．()
M L L
-、和()0
N L
-、两点的连线上有一个产生粒子的发生器装置，产生质量均为m，电荷量均为q静止的带正电的粒子，不计粒子的重力和粒子之间的相互作用，且整个装置处于真空中．已知从MN上静止释放的所有粒子，最后都能到达A点：
（1）若粒子从M点由静止开始运动，进入第一象限后始终在电场中运动并恰好到达A 点，求到达A点的速度大小；
（2）若粒子从MN上的中点由静止开始运动，求该粒子从释放点运动到A点的时间；（3）求第一象限的电场边界线（图中虚线）方程．
【答案】（1）0
10qE L
v
m
=2）
32
2
mL
t
qE
=3）2
2
()
y Lx x
L
=-(0)
x L
≤≤
【解析】
试题分析：（1）由动能定理：200142qE L qE L
mv +=
，得：010qE L v m
= （2）分析水平方向的运动：粒子先匀加速位移L ，再匀速位移L 到第一象限的速度
2
0012
qE L mv =
，匀加速时间102L t v =，匀速时间20L t v =，则总时间12
0322mL t t t qE =+= （3）设粒子从MN 线上某点由静止释放，经第一象限电场边界交点(,)Q x y ，后做匀速直线运动到A 点，在第一象限做类平抛运动，水平：0x v t =，竖直方向：2
12
h at =
反向延长AQ 与水平位移交点为其中点，还有以下几何关系：2
01()22
x a v y
x L x
=
-， 且20
2v a L ='，
003/4/qE m a a qE m
'== 推出边界方程：22
()y Lx x L
=
-(0)x L ≤≤ 考点：本题考查了带电粒子在电场中的运动、类平抛运动、运动的分解、动能定理.
17．如图所示，一个方向竖直向下的有界匀强电场，电场强度大小为E 。

匀强电场左右宽度和上下宽度均为L 。

一个带正电荷的粒子(不计重力)从电场的左上方O 1点以某一速度水平向右进入电场，该粒子刚好从电场的右下方A 点离开电场；另一个质量为m 、带电荷量为－q (q >0)的粒子(不计重力)从电场左下方O 2点水平向右进入电场，进入电场时的初动能为E k0。

已知图中O 1、O 2、A 在同一竖直面内，设O 1点为坐标原点，水平向右为x 轴正方向，竖直向下为y 轴正方向，建立坐标系。

(1)求带正电荷的粒子的运动轨迹方程；
(2)求带负电荷的粒子运动到“带正电荷粒子的运动轨迹”处的动能；
(3)当带负电荷的粒子进入电场的初动能为多大时，它运动到“带正电荷粒子运动轨迹”处时的动能最小?动能的最小值为多少?
【答案】(1)2
x Ly =；(2) 2k0k0)+4qEL E E qEL +（；(3)4qEL ，34
qEL
【解析】。