西宁市高中物理必修第3册第十章 静电场中的能量试卷检测题

西宁市高中物理必修第3册第十章 静电场中的能量试卷检测题
一、第十章 静电场中的能量选择题易错题培优（难）
1．两电荷量分别为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。

2．如上图所示，有四个等量异种电荷，放在正方形的四个顶点处，A 、B 、C 、D 为正方形四个边的中点，O 为正方形的中心，下列说法中正确的是
A ．A 、C 两个点的电场强度方向相反
B ．将一带正电的试探电荷匀速从B 点沿直线移动到D 点，电场力做功为零
C ．O 点电场强度为零
D ．将一带正电的试探电荷匀速从A 点沿直线移动到C 点，试探电荷具有的电势能增大 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】
A. 设正方形边长为L ，每个电荷的电量大小为Q ，对A 点研究，两个正电荷在A 点的合场强为零，根据平行四边形法则，两个负电荷在A 点的合场强方向水平向右．则A 点的电场强度方向水平向右．对C 点研究，两个负电荷在C 点的合场强为零，根据平行四边形法则，两个正电荷在C 点的合场强方向水平向右，所以A 、C 两个点的电场强度方向相同．故A 错误；
B.在上面两个等量异种电荷的电场中，B 、D 连线是一条等势线．在下面两个等量异种电荷的电场中，B 、D 连线是也一条等势线，所以B 、D 两点的电势相等，将一带正电的试探电荷从B 点沿直线移动到D 点，电场力做功为零，故B 正确．
C.两个正电荷在O 点的合场强水平向右，两个负电荷在O 点的合场强也水平向右，所以O 点电场强度不等于零，方向水平向右．故C 错误．
D .根据电场的叠加原理可知，AC 连线上场强方向水平向右，则将一带正电的试探电荷匀速从A 点沿直线移动到C 点，电场力做正功，则试探电荷具有的电势能减小，故D 错误； 故选B ． 【点睛】
本题的关键是要掌握等量异种电荷的电场线和等势面分布特点，熟练运用电场的叠加原理分析复合场中电势与电场强度的分布情况；注意场强叠加是矢量叠加，电势叠加是代数叠加．
3．有一电场强度方向沿x 轴的电场，其电势ϕ随x 的分布满足0sin 0.5(V)x ϕϕπ=，如图所示。

一质量为m ，带电荷量为+q 的粒子仅在电场力作用下，以初速度v 0从原点O 处进入电场并沿x 轴正方向运动，则下列关于该粒子运动的说法中不正确．．．
的是
A ．粒子从x =1处运动到x =3处的过程中电势能逐渐减小
B ．若v 00q m ϕ0
6q m
ϕC ．欲使粒子能够到达x =4处，则粒子从x =02q m
ϕ0
D ．若0
065q v m
ϕ=0.5处，但不能运动到4处
【答案】B 【解析】 【分析】
仅有电场力做功，电势能和动能相互转化；根据正电荷在电势高处电势能大，在电势低处电势能小，判断电势能的变化。

粒子如能运动到1处，就能到达4处。

粒子运动到1处电势能最大，动能最小，由能量守恒定律求解最小速度。

【详解】
A ．从1到3处电势逐渐减小，正电荷电势能逐渐减小，故A 正确；
B ．粒子在运动过程中，仅有电场力做功，说明电势能和动能相互转化，粒子在1处电势能最大，动能最小，从0到1的过程中，应用能量守恒定律：
220011
(0)22
mv q mv ϕ=-+ 解得：0
2q v m
ϕ=
B 错误；
C ．根据上述分析，电势能和动能相互转化，粒子能运动到1处就一定能到达4处，所以粒子从0到1处根据能量守恒定律：
2
0112
q mv ϕ=
解得：0
12q v m
ϕ=
C 正确；
D ．根据0sin 0.5(V)x ϕϕπ=粒子在0.5处的电势为102
(V)ϕ，从0到0.5处根据能量守恒定律：
22020211(
0)22
q mv mv -+=
可知：0
22q v m
ϕ0<<，所以粒子能到达0.5处，但不能运动到4处，故D 正确。

【点睛】
根据电势ϕ随x 的分布图线和粒子的电性，结合能量守恒定律判断电势能和动能的变化。

4．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．
5．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
小球圆周运动的最低点为电势能和重力势能的零点，（cos370.8︒=，g =10 m/s 2）下列说法正确的是（ ）
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，
1
2
sin18.5
=
cos18.5
a
a
︒
︒…………⑤
联立①②⑤可得，
cos18.5sin18.5sin18.5
sin18.5cos18.5cos18.5
qE mg
qE mg
︒-︒︒
=
︒+︒︒
…………⑥
化简可得，
22
(cos18.5sin18.5)2sin18.5cos18.5
qE mg
︒-︒=︒︒…………⑦
即cos37sin37
qE mg
︒=︒…………⑧
则5
4
tan370.04100.75
C310C
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
1
0.5N
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
1
mv
F
R
=…………⑪
可得小球的最小动能
2
k min1
11
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
21
mv
F F
R
-=…………⑬
从A到D，由动能定理可得：
22
max min
11
2sin37+2cos37
22
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．
6．一个电子在电场力作用下做直线运动（不计重力）。

从0时刻起运动依次经历0t 、
02t 、03t 时刻。

其运动的v t -图象如图所示。

对此下列判断正确的是（ ）
A ．0时刻与02t 时刻电子在同一位置
B ．0时刻、0t 时刻、03t 时刻电子所在位置的电势分别为0ϕ、1ϕ、3ϕ，其大小比较有
103ϕϕϕ>>
C ．0时刻、0t 时刻、03t 时刻电子所在位置的场强大小分别为0E 、1E 、3E ，其大小比较有301E E E <<
D ．电子从0时刻运动至0t 时刻，连续运动至03t 时刻，电场力先做正功后做负功 【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】
A ．电子只受电场力作用沿直线运动，该直线为一条电场线。

结合其v t -图象知其运动情景如图所示。

则0时刻与02t 时刻电子在同一位置。

所以A 正确；
B ．电子受电场力向左，则场强方向向右，沿电场线方向电势逐渐降低，则有
103ϕϕϕ<<
所以B 错误；
C ．v t -图象的斜率为加速度。

由图象知00t →过程加速度增大，003t t →过程加速度减小。

又有
qE ma =
则有
301E E E <<
所以C 正确；
D ．由图象知00t →过程速度减小，003t t →过程速度增大，则其动能先减小、后增大。

由动能定理知电场力先做负功，后做正功。

所以D 错误。

故选AC 。

7．在绝缘光滑的水平面上相距为6L 的A 、B 两处分别固定正电荷Q A 、Q B ，两电荷的位置坐标如图甲所示。

若在A 、B 间不同位置放置一个电量为+q 的带电滑块C （可视为质点），滑块的电势能随x 变化关系如图乙所示，图中x =L 点为图线的最低点。

现让滑块从x =2L 处由静止释放，下列有关说法正确的是（ ）
A ．小球在x L =处的速度最大
B ．小球一定可以到达2x L =-点处
C ．x =0和x =2L 处场强大小相等
D ．固定在AB 处的电荷的电量之比为Q A ：Q B ＝4：1 【答案】AD 【解析】 【分析】 【详解】
A ．滑块C 受重力、支持力和电场力，其重力和支持力在竖直方向相抵消，滑块C 受的合外力为电场力，再由电荷在电场中电场力做正功，电荷的电势能减小，动能增加，由图可知在x L =处电势能最小，则滑块在x L =处的动能最大，A 正确；
B ．由图可知，2x L =-处的电势能大于x =2L 处的电势能，又因滑块由静止释放，滑块不能到达2x L =-处，B 错误；
C ．电荷在x L =处电势能最小，即正电荷Q A 、Q B 在x L =处的电场强度等大反向，即
x L =的电场强度为零，有
()
()
2
2
42A
B
kQ kQ L L =
解得
:4:1A B Q Q =
所以x =0和x =2L 处场强大小分别为
()
()
02
2
2333A
B
B kQ kQ kQ E L L L =
-
=
,()222
221255A B B
L kQ kQ kQ E L
L L =-=- C 错误，D 正确； 故选AD ．
8．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 。

9．质量为m 电量为q +的小滑块(可视为质点)，放在质量为M 的绝缘长木板左端，木板放在光滑的水平地面上，滑块与木板之间的动障擦因数为μ，木板长为L ，开始时两者都处于静止状态，所在空间存在范围足够大的一个方向竖直向下的匀强电场E ，恒力F 作用在m 上，如图所示，则（ ）
A ．要使m 与M 发生相对滑动，只须满足()F mg Eg μ>+
B ．若力F 足够大，使得m 与M 发生相对滑动，当m 相对地面的位移相同时，m 越大，长木板末动能越大
C ．若力F 足够大，使得m 与M 发生相对滑动，当M 相对地面的位移相同时，E 越大，长木板末动能越小
D ．若力F 足够大，使得m 与M 发生相对滑动，
E 越大，分离时长本板末动能越大 【答案】BD 【解析】
A 、m 所受的最大静摩擦力为()f mg Eq μ=+ ,则根据牛顿第二定律得F f f
a m M
-== ,计算得出()()
mg Eq M m F M
μ++=
.则只需满足()()
mg Eq M m F M
μ++>
,m 与M 发生
相对滑动.故A 错误.
B 、当M 与m 发生相对滑动,根据牛顿第二定律得,m 的加速度()
F mg Eq a m
μ-+=
,知m
越大,m 的加速度越小,相同位移时,所以的时间越长,m 越大,m 对木板的压力越大,摩擦力越大,M 的加速度越大,因为作用时间长,则位移大,根据动能定理知,长木板的动能越大.所以B
选项是正确的.
C 、当M 与m 发生相对滑动,E 越大,m 对M 的压力越大,摩擦力越大,则M 相对地面的位移相同时,根据动能定理知,长木板的动能越大.故C.错误
D 、根据22
121122
L a t a t =
- 知,E 越大,m 的加速度越小,M 的加速度越大，知时间越长,因为E 越大,M 的加速度越大,则M 的位移越大,根据动能定理知,分离时长木板的动能越大.所以D 选项是正确的.， 故选BD
点睛：当m 与M 的摩擦力达到最大静摩擦力,M 与m 发生相对滑动,根据牛顿第二定律求出F 的最小值.当F 足够大时,M 与m 发生相对滑动,根据牛顿第二定律,结合运动学公式和动能定理判断长木板动能的变化.
10．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 43
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 =
12（m +2m ）v 2解得：v =43
gR ，故C 正确； 对B 球，利用动能定理可得，W +2mgR -2mg •2R =
1
2
×2mv 2-0，解得细杆对B 球所做的功W =-10
3mgR ，故D 错误．
11．如图，在竖直平面内有一匀强电场，一带电荷量为＋q 、质量为m 的小球在力F (大小可以变化)的作用下沿图中虚线由A 至B 做竖直向上的匀速运动．已知力F 和AB 间夹角为θ，A 、B 间距离为d ，重力加速度为g .则( )
A ．力F 大小的取值范围只能在0～cos mg
θ
B ．电场强度E 的最小值为
sin mg q
θ
C ．小球从A 运动到B 电场力可能不做功
D ．若电场强度
E =tan mg q
θ
时，小球从A 运动到B 电势能变化量大小可能为2mgd sin 2θ 【答案】BCD 【解析】
分析小球受力情况：小球受到重力mg 、拉力F 与电场力qE ，因为小球做匀速直线运动，合力为零，则F 与qE 的合力与mg 大小相等、方向相反，作出F 与qE 的合力，如图，可知F 无最大值，选项A 错误；当电场力qE 与F 垂直时，电场力最小，此时场强也最小．
则得：qE=mgsinθ，所以电场强度的最小值为
mgsin
E
q
θ
=，选项B正
确．若电场强度
mgtan
E
q
θ
=，即qE=mgtanθ时，电场力qE可能与AB方向垂直，如图1位置
，电场力不做功，选项C正确；也可能电场力位于位置2方向，则电场力做功为
W=qEsin2θ•d=q•mgsin
q
θ
sin2θ•d=2mgdsin2θ．选项D正确；故选BCD.
点睛：解决本题的关键是对小球进行正确的受力分析，灵活运用图解法分析极值情况，并根据力图要知道电场力大小一定时，方向可能有两种情况，不能漏解．
12．如图，实线为等量异种点电荷周围的电场线，虚线是以正点电荷为中心的圆，M点是两点电荷连线的中点，N点在虚线上．若将一试探正点电荷沿逆时针方向从M点经虚线移动到N点，则（）
A．电荷所受电场力逐渐减小
B．电荷所受电场力大小不变
C．电荷将克服电场力做功
D．电荷的电势能保持不变
【答案】AC
【解析】
【详解】
A、B、由电场线的分布情况可知，N处电场线比M处电场线疏，则N处电场强度比M处电场强度小，由电场力公式F=qE可知正点电荷从虚线上M点移动到N点，电场力逐渐减小，故A正确，B错误．C、D、根据顺着电场线方向电势降低，知虚线上各点的电势比正电荷处的电势低，根据U=Ed知：N与正电荷间的电势差小于M与正电荷的电势差，所以N点的电势高于M点的电势，从M点到N点，电势逐渐升高，正电荷的电势能逐渐增大，则电场力做负功，故C正确，D错误．故选AC.
【点睛】
解答本题关键掌握等量异号点电荷电场线分布情况，知道电场线的物理意义：疏密表示电场强势相对大小，方向反映电势的高低．运用公式U=Ed定性分析电势差的大小．
13．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．
14．如图甲所示，两平行金属板竖直放置，左极板接地，中间有小孔．右极板电势随时间变化的规律如图乙所示．电子原来静止在左极板小孔处，若电子到达右板的时间大于T ，(不计重力作用)下列说法中正确的是( )
A ．从t ＝0时刻释放电子，电子可能在两板间往返运动
B ．从t ＝0时刻释放电子，电子将始终向右运动，直到打到右极板上
C ．从t ＝4
T
时刻释放电子，电子可能在两板间往返运动，也可能打到右极板上 D ．从t ＝
38
T
时刻释放电子，电子必将打到左极板上 【答案】B 【解析】 【分析】
【详解】
AB.分析电子在一个周期内的运动情况，从0t =时刻释放电子，前2
T
内，电子受到的电场力向右，电子向右做匀加速直线运动．后
2
T
内，电子受到向左的电场力作用，电子向右做匀减速直线运动；接着周而复始，所以电子一直向右做单向的直线运动，直到打在右板上，故A 错误，B 正确
C.分析电子在一个周期内的运动情况；从4T
t = 时刻释放电子，在~42
T T 内，电子向右做匀加速直线运动；在
3~24
T T
内，电子受到的电场力向左，电子继续向右做匀减速直线运动，34T 时刻速度为零；在
3~4
T
T 内电子受到向左的电场力，向左做初速度为零的匀加速直线运动，在5~
4
T T 内电子受到向右的电场力，向左做匀减速运动，在54T
时刻速度减为零；接着重复．电子到达右板的时间大于T ，电子在两板间振动，不能打到右极板上，故C 错误．
D.用同样的方法分析从38
T
t =
时刻释放电子的运动情况，电子先向右运动，后向左运动，由于一个周期内向左运动的位移大于向右运动的位移，所以电子最终一定从左极板的小孔离开电场，即不会打到左极板，故D 错误．
15．如图所示，电容器固定在一个绝缘座上，绝缘座放在光滑水平面上，平行板电容器板间距离为d ，右极板有一小孔，通过孔有绝缘杆，左端固定在左极板上，电容器极板连同底座、绝缘杆总质量为M ．给电容器充电后，有一质量为m 的带正电环恰套在杆上以某一速度v 0对准小孔向左运动，设带电环不影响电容器极板间电场的分布．带电环进入电容器后距左极板的最小距离为d /2，则
A ．带电环与左极板相距最近时的速度0
mv v M
= B ．此过程中电容器移动的距离()
2md
x M m =
+
C ．此过程屮电势能的变化量()
022p mMv E M m =
+
D ．带电环减少的动能大于电容器增加的动能
【答案】BCD 【解析】 【分析】
带电环与极板间相距最近时两者速度相等，选取带电环与电容器构成的系统作为研究对象，根据动量守恒定律，即可求出带电环与左极扳相距最近时的速度大小；结合运动学公式求解电容器移动的距离；在此过程，系统中，带电小环动能减少，电势能增加，同时电容器等的动能增加，系统中减少的动能全部转化为电势能． 【详解】
A ．带电环进入电容器后在电场力的作用下做初速度为0v 的匀减速直线运动，而电容器则在电场力的作用下做匀加速直线运动，当它们的速度相等时，带电环与电容器的左极板相距最近，由系统动量守恒定律可得
()0mv M m v =+，
解得
mv v M m
=
+， A 错误；
B ．该过程中电容器向左做匀加速直线运动根据运动学基本公式得2
v
t s =，环向左做匀减速直线运动，由公式得
2
v v t s +='， 根据位移关系有
2
d s s '-=
， 解得
()
2md
s M m =
+，
B 正确；
C ．在此过程，系统中，带电小环动能减少，电势能增加，同时电容器等的动能增加，系统中减少的动能全部转化为电势能．所以
22011
()22
P E mv m M v =
-+， 联立得
()
2
2P Mmv E m M =+，
C 正确；
D ．在此过程，系统中，带电小环动能减少，转化为电容器增加的动能以及系统的电势能，故带电环减少的动能大于电容器增加的动能，D 正确。

故选BCD 。

二、第十章 静电场中的能量解答题易错题培优（难）
16．图中所示的静电机由一个半径为R 、与环境绝缘的开口（朝上）金属球壳形的容器和一个带电液滴产生器G 组成。

质量为m 、带电量为q 的球形液滴从G 缓慢地自由掉下（所谓缓慢，意指在G 和容器口之间总是只有一滴液滴）。

液滴开始下落时相对于地面的高度为h 。

设液滴很小，容器足够大，容器在达到最高电势之前进入容器的液体尚未充满容器. 忽略G 的电荷对正在下落的液滴的影响.重力加速度大小为g 。

若容器初始电势为零，求容器可达到的最高电势max V 。

【答案】max ()
mg h R V q
-= 【解析】 【详解】
设在某一时刻球壳形容器的电量为Q 。

以液滴和容器为体系，考虑从一滴液滴从带电液滴产生器G 出口自由下落到容器口的过程。

根据能量守恒有
2122Qq Qq
mgh k
m mgR k h R R
+=++-v (1) 式中，v 为液滴在容器口的速率，k 是静电力常量。

由此得液滴的动能为
21(2)(2)2()Qq h R m mg h R k h R R
-=---v (2) 从上式可以看出，随着容器电量Q 的增加，落下的液滴在容器口的速率v 不断变小；当液滴在容器口的速率为零时，不能进入容器，容器的电量停止增加，容器达到最高电势. 设容器的最大电量为max Q ，则有
max (2)
(2)0()Q q h R mg h R k
h R R
---=-(3)。