安徽蚌埠第二中学物理第十章 静电场中的能量精选测试卷专题练习

安徽蚌埠第二中学物理第十章 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．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 dϕ∆=，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．2．匀强电场中的三点A 、B 、C 是一个三角形的三个顶点，AB 的长度为1 m ，D 为AB 的中点，如图所示．已知电场线的方向平行于△ABC 所在平面，A 、B 、C 三点的电势分别为14 V 、6 V 和2 V ，设场强大小为E ，一电量为1×610-C 的正电荷从D 点移到C 点电场力所做的功为W,则A ．W=8×610-J E ＞8 V/mB ．W=6×610-J E ＞6 V/mC ．W=8×610-J E≤8 V/mD ．W=6×610-J E≤6 V/m 【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】试题分析：由题匀强电场中，由于D 为AB 的中点，则D 点的电势102A BD V ϕϕϕ+==，电荷从D 点移到C 点电场力所做的功为W=qU DC =q （φD -φC ）=1×10-6×（10-2）J=8×10-6J ．AB 的长度为1m ，由于电场强度的方向并不是沿着AB 方向，所以AB 两点沿电场方向的距离d ＜1m ，匀强电场中两点电势差与两点沿电场方向的距离成正比，即U=Ed ，所以8/UE V m d=>，故选A ． 考点：电势；电场强度3．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 【答案】B 【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 DB 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。

4．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．5．如图所示，在等边三角形ABC的三个顶点上固定三个点电荷，其中A点位置的点电荷带电量为+Q，B、C两点位置的点电荷带电量均为-Q，在BC边的中垂线上有P、M、N三点，且PA=AM=MN，关于三点的场强和电势（取无穷远处电势为零），下列说法不正确的是( )A．M点的场强大于P点的场强B．MN之间某点的场强可能为零C．N点的场强方向沿中垂线向下D．P点的电势高于M点的电势【答案】C【解析】【分析】【详解】A.点电荷的电场如图所示：正电荷在P、M 两点处产生的场强大小相等为12QE kd =（d 为PA 、AM 、MN 的距离）；而两负电荷在P 点处的合场强向下，在M 点场强为零；所以M P E E >；故A 正确，不符合题意；BC.正电荷在N 点的场强324QE kd =，两负电荷在N 点的场强4322332cos302()3Q QE kk E d d =︒=>，故N 点合场强向上且可知在M 、N 之间某点场强可能为零，故B 正确，不符合题意；C 错误，符合题意；D.由场强叠加可知A 、M 之间的场强均大于A 、P 之间的场强，所以A M A P ϕϕϕϕ->-，所以M P ϕϕ<，故D 正确，不符合题意．6．如图，竖直向上的匀强电场中，绝缘轻质弹簧竖直立于水平地面上，上面放一质量为m 的带正电小球，小球与弹簧不连接，施加外力F 将小球向下压至某位置静止．现撤去F ，使小球沿竖直方向运动，在小球由静止到离开弹簧的过程中，重力、电场力对小球所做的功分别为W 1和W 2，小球离开弹簧时的速度为v ，不计空气阻力，则上述过程中A ．小球的重力势能增加－W 1B ．弹簧对小球做的功为12mv 2-W 2-W 1C ．小球的机械能增加W 1＋12mv 2 D ．小球与弹簧组成的系统机械能守恒 【答案】AB 【解析】A 、重力对小球做功为W 1，重力势能增加-W 1；故A 正确．B 、电场力做了W 2的正功，则电势能减小W 2；故B 正确．C 、根据动能定理得，2121=2W W W mv ++弹，因为除重力以外其它力做功等于小球机械能的增量，则机械能的增量为2211=2W W mv W +-弹；故C 错误．D 、对小球和弹簧组成的系统，由于有电场力做功，则系统机械能不守恒．故D 错误．故选AB ．【点睛】解决本题的关键掌握功能关系，知道重力做功等于重力势能的减小量，电场力做功等于电势能的减小量，除重力以外其它力做功等于机械能的增量．7．如图所示，从炽热的金属丝漂出的电子（速度可视为零），经加速电场加速后从两极板中间垂直射入偏转电场．在满足电子能射出偏转电场的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是（ ）A ．仅增大加速电场的电压B ．仅减小偏转电场两极板间的距离C ．仅增大偏转电场两极板间的电压D ．仅减小偏转电场两极板间的电压 【答案】BC 【解析】 【分析】电子经电场加速后，进入偏转电场，在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律和运动学公式求出电子离开电场时数值方向分速度，表示出偏转角正切值的表达式，从而判断使偏转角变大的方法． 【详解】电场中的直线加速，由动能定理：210102eU mv =-，可得12eU v m ；在偏转电场做类平抛运动，y v at =，加速度2eU a md=，0x v v =，运动时间为x L t v =，可得偏转角的正切值为tan y xv v θ=，联立可得：21tan 2U LU dθ=.若使偏转角变大即使tan θ变大，由上式看出可以增大U 2，或减小U 1，或增大L ，或减小d ，则A 、D 错误，B 、C 正确．故选BC ． 【点睛】本题是带电粒子先加速后偏转问题，电场中加速根据动能定理求解获得的速度、偏转电场中类平抛运动的研究方法是运动的分解和合成.8．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、2L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（ ）A ．四点中d 点处的电势最低B ．b 、d 两点处的电势相等C ．b 、d 两点处的电场强度相同D ．将一试探电荷+q 沿圆周由a 点移至c 点，+q 的电势能减小 【答案】BD 【解析】 【分析】 【详解】A.c 点在两个电荷连线的中点上，也是在两个电荷连线的中垂线上，所以它的电势和无穷远处的电势相等.而正电荷周围的电场的电势都比它高，即c 点的电势在四个点中是最低的;故A 错误.B.该电场中的电势关于x 轴对称，所以b 、d 两点的电势相等;故B 正确.C.该电场中的电场强度关于x 轴对称，所以b 、d 两点场强大小相等，方向是对称的，不相同的;故C 错误.D.c 点的电势低于a 点的电势，试探电荷+q 沿圆周由a 点移至c 点，电场力做正功，+q 的电势能减小;故D 正确.9．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 CB ．小球动能的最小值为1JC ．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：0.81370.8mg F N N cos ===︒合，而2Bv F m L =合，所以2111121222KB 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 PE E E E ++=恒量，由B 运动到A ，PA PB 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．10．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/CB ．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/sD ．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 53100.15⨯=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，212m 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30.020.210(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．11．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 fa m M-== ,计算得出()()mg Eq M m F Mμ++=.则只需满足()()mg Eq M m F Mμ++>,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 mμ-+=,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22121122L 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.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．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x2两点之间的电势差大于-x2与x1两点之间的电势差【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 ＝4T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 ＝38T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2T内，电子受到的电场力向右，电子向右做匀加速直线运动．后2T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4Tt =时刻释放电子，在~42T T 内，电子向右做匀加速直线运动；在3~24T 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3~4TT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5~4TT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38Tt 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．在x轴上有两个点电荷q1、q2，其静电场的电势φ在x轴上分布如图所示。