浙江省诸暨市牌头中学高二物理上学期精选试卷检测题

浙江省诸暨市牌头中学高二物理上学期精选试卷检测题
一、第九章 静电场及其应用选择题易错题培优（难）
1．如图所示，竖直平面内有半径为R 的半圆形光滑绝缘轨道ABC ，A 、C 两点为轨道的最高点，B 点为最低点，圆心处固定一电荷量为+q 1的点电荷．将另一质量为m 、电荷量为+q 2的带电小球从轨道A 处无初速度释放，已知重力加速度为g ，则（）
A ．小球运动到
B 2gR B ．小球运动到B 点时的加速度大小为3g
C ．小球从A 点运动到B 点过程中电势能减少mgR
D ．小球运动到B 点时对轨道的压力大小为3mg ＋k 12
2
q q R 【答案】AD 【解析】 【分析】 【详解】
A.带电小球q 2在半圆光滑轨道上运动时，库仑力不做功，故机械能守恒，则：
212
B mgR mv =
解得：
2B v gR 故A 正确；
B.小球运动到B 点时的加速度大小为：
22v a g R
==
故B 错误；
C.小球从A 点运动到B 点过程中库仑力不做功，电势能不变，故C 错误；
D.小球到达B 点时，受到重力mg 、库仑力F 和支持力F N ，由圆周运动和牛顿第二定律得：
2
122B
N q q v F mg k m R R
--=
解得：
12
23N q q F mg k
R
=+ 根据牛顿第三定律，小球在B 点时对轨道的压力为：
12
2
3q q mg k
R + 方向竖直向下，故D 正确．
2．如图所示，带电小球a 由绝缘细线PM 和PN 悬挂而处于静止状态，其中PM 水平，地面上固定一绝缘且内壁光滑的圆弧细管道GH ，圆心P 与a 球位置重合，管道底端H 与水平地面相切，一质量为m 可视为质点的带电小球b 从G 端口由静止释放，当小球b 运动到H 端时对管道壁恰好无弹力，重力加速度为g 。

在小球b 由G 滑到H 过程中，下列说法中正确的是（ ）
A ．小球b 机械能保持不变
B ．小球b 所受库仑力大小始终为2mg
C ．细线PM 的拉力先增大后减小
D ．小球b 加速度大小一直变大 【答案】ACD 【解析】 【详解】
A ．小球b 所受库仑力和管道的弹力始终与速度垂直，即只有重力做功，所以小球b 机械能守恒，故A 正确；
B ．小球b 机械能守恒，从G 滑到H 过程中，有：
212
mgR mv =
H 处有：
2
-库m F mg =R
v
则有：
F 库=3mg
故B 错误；
C ．设PN 与竖直方向成α角，对球a 受力分析，将其分解： 竖直方向上有：
F PN cos α=mg +F 库sin θ
水平方向上有：
F 库cos θ+F PN sin α=F PM 。

解得：
(3)
PM mgcos F mgtan cos θααα
-=+
下滑时θ从0增大90°，细线PM 的拉力先增大后减小，故C 正确；
D ．设b 与a 的连线与水平方向成θ角，则有：任意位置加速度为向心加速度和切向加速度合成，即为：
()22
2
221
2
()5322
v cos a a a gcos g R θθ-=+=+=
可知小球的加速度一直变大，故D 正确。

故选ACD 。

3．有固定绝缘光滑挡板如图所示，A 、B 为带电小球（可以近似看成点电荷），当用水平向左的力F 作用于B 时，A 、B 均处于静止状态．现若稍改变F 的大小，使B 向左移动一段小距离（不与挡板接触），当A 、B 重新处于平衡状态时与之前相比（ ）
A ．A 、
B 间距离变小 B ．水平推力力F 减小
C ．系统重力势能增加
D ．系统的电势能将减小 【答案】BCD 【解析】 【详解】
A ．对A 受力分析，如图；由于可知，当
B 向左移动一段小距离时，斜面对A 的支持力减小，库仑力减小，根据库仑定律可知，AB 间距离变大，选项A 错误；
B ．对AB 整体，力F 等于斜面对A 的支持力N 的水平分量，因为N 减小，可知F 减小，选项B 正确；
C ．因为AB 距离增加，则竖直距离变大，则系统重力势能增加，选项C 正确；
D ．因为AB 距离增加，电场力做正功，则电势能减小，选项D 正确； 故选BCD.
4．真空中相距L的两个固定点电荷E、F所带电荷量大小分别是Q E和Q F，在它们共同形成的电场中，有一条电场线如图中实线所示，实线上的箭头表示电场线的方向．电场线上标出了M、N两点，其中N点的切线与EF连线平行，且∠NEF＞∠NFE．则（）
A．E带正电，F带负电，且Q E >Q F
B．在M点由静止释放一带正电的检验电荷，检验电荷将沿电场线运动到N点
C．过N点的等势面与EF连线垂直
D．负检验电荷在M点的电势能大于在N点的电势能
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
根据电场线的指向知E带正电，F带负电；N点的场强是由E、F两电荷在N点产生场强的叠加，电荷E在N点电场方向沿EN向上，电荷F在N点产生的场强沿NF向下，合场强水平向右，可知F电荷在N点产生的场强大于E电荷在N点产生的场强，而，所
以由点电荷场强公式知,A错误；只有电场线是直线，且初速度为0或初
速度的方向与电场平行时，带电粒子的运动轨迹才与电场线重合．而该电场线是一条曲线，所以运动轨迹与电场线不重合．故在M点由静止释放一带正电的检验电荷，不可能沿电场线运动到N点，B错误；因为电场线和等势面垂直，所以过N点的等势面与过N点的切线垂直，C正确；沿电场线方向电势逐渐降低，，再根据，q为负电荷，知，D错误；故选C．
【点睛】
只有电场线是直线，且初速度为0或初速度的方向与电场平行时，带电粒子的运动轨迹才与电场线重合．电场线和等势面垂直．N点的切线与EF连线平行，根据电场线的方向和场强的叠加，可以判断出E、F的电性及电量的大小．先比较电势的高低，再根据，比较电势能．
5．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的表达式正确的是
A ．()()()
()3
3
2
2
222
2
12kq a r kq a r E R a r R a r +-=
-
⎡⎤⎡⎤+++-⎣⎦
⎣⎦
B ．
()()()
()3
3
22222
2
12kq a r kq a r E R a r R a r +-=
+
⎡⎤⎡⎤
+++-⎣⎦
⎣⎦
C ．()()1
2
222212kqR kqR E R a r R a r =
-
⎡⎤⎡⎤
+++-⎣⎦
⎣⎦
D ．
()()1
2
3
3
2
2
222
2
12kqR kqR E R a r R a r =
-
⎡⎤
⎡⎤+++-⎣⎦
⎣⎦
【答案】A 【解析】 【分析】
题目要求不通过计算，只需通过一定的分析就可以判断结论，所以根据点电荷场强的公式
E=k
2
Q
r ，与选项相对比，寻找不同点，再用极限分析问题的思想方法就可以分析出结果． 【详解】
与点电荷的场强公式E=k 2
Q
r ，比较可知，C 表达式的单位不是场强的单位，故可以排除C ；
当r=a 时，右侧圆环在A 点产生的场强为零，则A 处场强只由左侧圆环上的电荷产生，即场强表达式只有一项，故可排除选项D ；
左右两个圆环均带正电，则两个圆环在A 点产生的场强应该反向，故可排除B ，综上所述，可知A 正确．故选A ．
6．如图所示：在光滑绝缘水平面上，ABCD 分布在边长为L 的正方形四个顶点。

在A 和
D处分别固定电荷量为Q的正点电荷，B处固定电荷量为Q的负点电荷，O点为两对角线的交点，静电力常量为k。

关于三个点电荷形成的静电场，下列说法中正确的是（）
A．O处电场强度大小为
2
2kQ
L
B．C处电场强度大小为
2
kQ
L
C．从O到C的过程中电场强度大小逐渐增大
D．从O到C的过程中电场强度大小先减小后增大
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】
A．A、D两点点电荷在O点的场强相互抵消，故O点的场强大小等于B点的负点电荷Q 在O点产生的场强，即
2
2
2
2
()
2
O
kQ
E k
L
L
==
故A正确；
B．A、D两点点电荷在C处的合场强为
12
2
2
C
Q kQ
E k
L
==
方向OC方向，B点的负点电荷Q在C点产生的场强为
22
22
(2)
C
kQ
E k
L
L
==
方向沿CO方向，故C处的场强为
12222
21
(2)
22
C C C
kQ kQ kQ
E E E
L L L
=-=-=
方向沿OC方向，故B错误；
CD．从O到C的过程中电场强度大小先减小后增大再减小，故CD错误。

故选A。

7．在雷雨云下沿竖直方向的电场强度为410V/m ，已知一半径为1mm 的雨滴在此电场中不会下落，取重力加速度大小为10m/2s ,水的密度为310kg/3m ．这雨滴携带的电荷量的最小值约为 A ．2⨯910-C B ．4⨯910-C
C ．6⨯910-C
D ．8⨯910-C
【答案】B 【解析】 【详解】
带电雨滴在电场力和重力作用下保持静止，根据平衡条件电场力和重力必然等大反向
mg qE = m V ρ=
34
3
V r π=
解得：
9410q C -⨯＝
ACD 、与计算不符，ACD 错误； B 、与计算结果相符，B 正确 【点睛】
本题关键在于电场力和重力平衡，要求熟悉电场力公式和二力平衡条件；要使雨滴不下落，电场力最小要等于重力．
8．如图所示，M 、N 为两个等量同种电荷，在其连线的中垂线上的P 点放一静止的点电荷q （负电荷），不计重力，下列说法中正确的是（ ）
A ．点电荷从P 到O 是匀加速运动，O 点速度达最大值
B ．点电荷在从P 到O 的过程中，电势能增大，速度越来越大
C ．点电荷在从P 到O 的过程中，加速度越来越大，速度也越来越大
D ．点电荷一定能够返回到P 点． 【答案】D 【解析】
试题分析：点电荷在从P 到O 的过程中，所受的电场力方向竖直向下，因场强大小不断变化，电场力不断变化，故做变加速运动，所以速度越来越大，到达C 点后向下运动，受电场力向上而作减速运动，故O 点速度达最大值，越过O 点后，负电荷q 做减速运动，速度越来越小，速度减到零后反向运动，返回到P 点，选项A 错误，D 正确；点电荷在从P 到O 的过程中，电场力做正功，故电势能减小，选项B 错误；因为从O 向上到无穷远，电场
强度先增大后减小，P 到O 的过程中，电场强度大小变化不能确定，所以电场力无法确定，加速度不能确定．故C 错误．故选D ． 考点：带电粒子在电场中的运动．
9．如图所示，小球A 、B 质量均为m ，初始带电荷量均为＋q ，都用长为L 的绝缘细线挂在绝缘的竖直墙上O 点，A 球紧靠绝缘的墙壁且其悬线刚好竖直，球B 悬线偏离竖直方向θ角而静止．如果保持B 球的电荷量不变，使小球A 的电荷量缓慢减小，当两球间距缓慢变为原来的
1
3
时，下列判断正确的是( )
A ．小球
B 受到细线的拉力增大 B ．小球B 受到细线的拉力变小
C ．两球之间的库仑力大小不变
D ．小球A 的电荷量减小为原来的
127
【答案】D 【解析】 【详解】
AB.小球B 受力如图所示，两绝缘线的长度都是L ，则△OAB 是等腰三角形，如果保持B 球
的电量不变，使A 球的电量缓慢减小，当两球间距缓慢变为原来的
1
3
时，θ变小，F 减小； 线的拉力T 与重力G 相等，G =T ，即小球B 受到细线的拉力不变；对物体A ：
cos()22
A A T G F πθ
=+-
则θ变小，T A 变小；故AB 错误；
CD.小球静止处于平衡状态，当两球间距缓慢变为原来的1/3时，由比例关系可知，库仑力变为原来的1/3，因保持B 球的电量不变，使A 球的电量缓慢减小，由库仑定律
2
A B
Q Q F k
r =
解得：球A 的电量减小为原来的
1
27
，故C 错误，D 正确；
10．AB 是长为L 的均匀带电绝缘细杆，P 1、P 2是位于AB 所在直线上的两点，位置如图所示。

AB 上电荷产生的静电场在P 1处的场强大小为E 1，在P 2处的场强大小为E 2，若将绝缘细杆的右半边截掉并移走（左半边电荷量、位置不变），则P 2处的场强大小变为（ ）
A ．2
2
E B ．E 2–E 1 C ．E 1–2
2
E D ．E 1+
2
2
E 【答案】B 【解析】 【详解】
将均匀带电细杆等分为左右两段，设左右两段细杆形成的电场在P 2点的场强大小分别为E A 、E B ，则有E A +E B =E 2；左半段细杆产生的电场在P 1点的场强为0，右半段细杆产生的电场在P 1点的场强大小为E 1=E B ，去掉细杆的右半段后，左半段细杆产生的电场在P 2点的场强大小为E A =E 2–E B =E 2–E 1，选B 。

11．如图所示，三个带电小球A 、B 、C 可视为点电荷，所带电荷分别为+Q 、-Q 、+q ；A 、B 固定在绝缘水平桌面上，C 带有小孔，穿在摩擦因数处处相同的粗糙的绝缘直杆上，绝缘杆竖直放置在A 、B 连线的中点处，将C 从杆上某一位置由静止释放，下落至桌面时速度恰好为零。

C 沿杆下滑时带电量保持不变，那么C 在下落过程中，以下判断正确的是（ ）
A ．电场力做正功
B ．小球
C 所受摩擦力先减小后增大 C ．小球C 下落一半高度时速度一定最大
D ．摩擦产生的内能等于小球重力势能减少量
【答案】D 【解析】 【分析】
【详解】
A ．A
B 为等量异种点电荷，故产生的电场在AB 连线垂直平分线上，从垂足向两侧场强逐渐减小且中垂线为等势面，小球在下滑过程中沿等势面运动，电场力不做功，故A 错误； B ．小球
C 在下滑的过程中，由于场强增大，电场力也将逐渐增大，滑动摩擦力为
f F qE μμ==
故受到的摩擦力一直增大，故B 错误；
C ．小球C 的速度先增加后减小，开始时重力大于摩擦力，C 的加速度向下；后来重力小于摩擦力，加速度向上，C 做减速运动；当摩擦力等于重力时加速度为零，此时速度最大，但是此位置不一定在下落的高度一半的位置，故C 错误；
D ．小球在下滑过程中沿等势面运动，电场力不做功，初末状态的动能相同，摩擦产生的内能等于小球重力势能减少量，故D 正确； 故选D 。

【点睛】
等量异种点电荷连线的中垂线是等势面，从垂足向两侧场强逐渐减小。

12．两个等量异种电荷A 、B 固定在绝缘的水平面上，电荷量分别为＋Q 和－Q ，俯视图如图所示。

一固定在水平桌面的足够长的光滑绝缘管道与A 、B 的连线垂直，且到A 的距离小于到B 的距离，管道内放一个带负电小球P(可视为试探电荷），现将电荷从图示C 点静止释放，C 、D 两点关于O 点（管道与A 、B 连线的交点）对称。

小球P 从C 点开始到D 点的运动过程中，下列说法正确的是（ ）
A ．先做减速运动，后做加速运动
B ．经过O 点的速度最大，加速度也最大
C ．O 点的电势能最小，C 、
D 两点的电势相同 D ．C 、D 两点受到的电场力相同 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】
A ．根据电场分布和力与运动的关系可知带电小球先做加速运动，后做减速运动，选项A 错误；
B ．经过O 点的速度最大，沿着光滑绝缘管道方向上的加速度为零，选项B 错误；
C ．带电小球P 在O 点的电势能最小，C 、
D 两点的电势相同，选项C 正确； D ．C 、D 两点受到的电场力方向不同，故电场力不同，选项D 错误。

二、第十章静电场中的能量选择题易错题培优（难）
13．如图所示，A、B、C、D是真空中一正四面体的四个顶点，每条棱长均为l.在正四面体的中心固定一电荷量为-Q的点电荷，静电力常量为k,下列说法正确的是
A．A、B两点的场强相同
B．A点电场强度大小为
2
8
3
kQ
l
C．A点电势高于C点电势
D．将一正电荷从A点沿直线移动到B点的过程中，电场力一直不做功
【答案】B
【解析】
由于点电荷在正四面体的中心，由对称性可知，A、B两点的场强大小相等，但是方向不同，故A错误；由立体几何知识，可知正四面体的中心到顶点的距离为
6
l，由
22
2
8
3
6
KQ KQ kQ
E
r l
l
===
⎛⎫
⎪
⎝⎭
，故B正确；电势为标量，由对称性可知A点电势等于C点电
势，故C错误；从A点沿直线移动到B点的过程中电势先降低再升高，对于正电荷而言，其电势能先变小再变大，所以电场力先做正功，再做负功，故D错误．
14．如图所示,虚线AB和CD分别为椭圆的长轴和短轴,相交于O点,两个等量异号点电荷分别位于椭圆的两个焦点M、N上.下列说法中正确的是( )
A．O点的电场强度为零
B．A、B两点的电场强度相同
C．将电荷+q沿曲线CAD从C移到D的过程中,电势能先减少后增加
D．将电荷+q沿曲线CBD从C移到D的过程中,电势能先增加后减少
【解析】 【详解】
AB.由等量异种电荷的电场线分布情况可知，A 、B 两点的电场强度相同， O 点的电场强度不为零，故A 错误；B 正确；
CD. 由等量异种电荷的等势面分布情况可知，
A C D
B φφφφ>=>
正电荷在电势高的地方电势能大，所以将电荷+q 沿曲线CAD 从C 移到D 的过程中,电势能先增大后减少，将电荷+q 沿曲线CBD 从C 移到D 的过程中,电势能先减少后增大，故CD 错误。

15．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。

16．如图所示，平行板电容器与直流电源、理想二极管(正向电阻为零可以视为短路，反向电阻无穷大可以视为断路)连接，电源负极接地。

初始电容器不带电，闭合开关稳定后，一带电油滴位于电容器中的P 点且处于静止状态。

下列说法正确的是( )
A ．减小极板间的正对面积，带电油滴会向下运动
B ．将上极板上移，则P 点的电势升高E
C ．将下极板下移，则带电油滴在P 点的电势能增大
D ．无论哪个极板上移还是下移，带电油滴都不可能向下运动 【答案】D 【解析】 【分析】
由题意可知考查电容器动态分析问题，根据电容、电压、场强、电量相互关系分析可得。

【详解】
A ．由4S C kd επ=
Q C U
= U E d = 三式 联立可得4kQ E S πε= 减小极板间的正对面积，由4S
C kd επ=
可知电容减小，假设电压不变由Q C U
= 可知电量减小，电容器放电，因二极管的单向导电性，可知Q 不变，S 减小，由4kQ
E S
πε= 可知场强E 增大，电场力增大，带电油滴向上运动，故A 错误；
B ．将上极板上移，由4S
C kd επ=可知电容减小，假设电压不变由Q C U
= 可知电量减小，
电容器放电，因二极管的单向导电性，可知Q 不变，由4kQ
E S
πε= 可知场强E 不变，P 到下极板的距离不变，则P 点的电势不变，故B 错误；
C ．将下极板下移，由4S
C kd επ=可知电容减小，假设电压不变由Q C U
= 可知电量减小，
电容器放电，因二极管的单向导电性，可知Q 不变，由4kQ
E S
πε= 可知场强E 不变，P 到下极板的距离变大，则P 点的电势升高，油滴带负电，所以油滴在P 点的电势能减小，故C 错误。

D ．两极板距离增大时，电容减小，假设电压不变由Q
C U
=
可知电量减小，电容器放电，因二极管的单向导电性，电容不变，场强不变，油滴静止，当两板距离减小时，电容增大，场强增大，电场力增大，带电油滴向上运动，故D 正确。

【点睛】
二极管具有单向导电性，电容器不能反向放电，则电量不会减小。

由4kQ
E S
πε=
，可以确定电场强度变化，进一步确定电场力、电势能的变化。

同一正电荷放在电势越高处电势能越大，同一负电荷放在电势越高处电势能越小。

17．如图所示，在点电荷Q 产生的电场中，实线MN 是一条方向未标出的电场线，虚线AB 是一个电子只在静电力作用下的运动轨迹.设电子在A 、B 两点的加速度大小分别为
A a 、
B a ，电势能分别为PA E 、PB E .下列说法正确的是( )
A ．电子一定从A 向
B 运动
B ．若A a >B a ，则Q 靠近M 端且为正电荷
C ．无论Q 为正电荷还是负电荷一定有PA E <PB E
D ．B 点电势可能高于A 点电势 【答案】BC 【解析】
由于不知道电子速度变化，由运动轨迹图不能判断电子向那个方向运动，故A 错误；若a A ＞a B ，则A 点离点电荷Q 更近即Q 靠近M 端；又由运动轨迹可知，电场力方向指向凹的一侧即左侧，所以，在MN 上电场方向向右，那么Q 靠近M 端且为正电荷，故B 正确；由B 可知，电子所受电场力方向指向左侧，那么，若电子从A 向B 运动，则电场力做负功，电势能增加；若电子从B 向A 运动，则电场力做正功，电势能减小，所以，一定有E pA ＜E pB 求解过程与Q 所带电荷无关，只与电场线方向相关，故C 正确；由B 可知，电场线方向由M 指向N ，那么A 点电势高于B 点，故D 错误；故选BC ．
18．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．
19．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AB与水面夹角为∠2，由几何知识可得，
37
1=18.5
2
︒
∠=︒，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：
1
cos18.5sin18.5
qE mg ma
︒-︒=…………①
同理对沿弦AC的小球受力分析，沿弦AB方向有：
2
sin18.5cos18.5
qE 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：
2
1
1
2sin18.5
2
R a t
︒=…………③
2
2
1
2cos18.5
2
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
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
54
3
0.4tan 37
4310C 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
cos37mg ︒=m 2
A
v R
小球做圆周过程中动能最小值
E kmin =
1
2mv A 2=2cos37mgR ︒=0.0410220.8
⨯⨯⨯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
‘=
cos37mg G ︒，等效重力加速度为cos37g
g ︒
='，小球恰好能做圆周运动，在等效最高点A
点速度为A v =
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．
20．如图所示，在x 轴相距为L 的两点固定两个等量异种点电荷+Q 、﹣Q ，虚线是以+Q 所
在点为圆心、
2
L
为半径的圆，a 、b 、c 、d 是圆上的四个点，其中a 、c 两点在x 轴上，b 、d 两点关于x 轴对称．下列判断正确的是（ ）。