第十章 静电场中的能量精选试卷专题练习(解析版)

第十章 静电场中的能量精选试卷专题练习（解析版）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 qRB ．2k E qRC ．33kE qRD ．23kE 【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 RqEd qE AD E qE E ===即 解得233kE 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 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．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．如图所示，在方向水平向右的匀强电场中，细线一端固定，另一端拴一带正电小球，使球在竖直面内绕固定端O 做圆周运动。

不计空气阻力，静电力和重力的大小刚好相等，细线长为r 。

当小球运动到图中位置A 时，细线在水平位置，拉力F T =3mg 。

重力加速度大小为g ，则小球速度的最小值为 ( )A ．2grB ．2 grC ．(6-22)grD ．(6+22)gr【答案】C 【解析】 【详解】 由题意可知：qE =mg ， tan θ=qEmg=1， 解得：θ=45°，在A 位置，由牛顿第二定律得：F T +qE =m 2Av r，解得：v A gr小球在图示B 位置速度最小，从A 到B 过程，由动能定理得：-mgr cos θ+qEr （1-sin θ）=12mv B 2-12mv A 2， 解得，小球的最小速度：v B =(622)gr -；故ABD 错误，C 正确额。

故选C 。

【点睛】本题考查了求小球的最小速度，分析清楚小球运动过程、知道小球在何处速度最小是解题的前提与关键，应用动能定理与牛顿第二定律可以解题．5．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 ϕ06q mϕC ．欲使粒子能够到达x =4处，则粒子从x =02q mϕ0D ．若0065q v mϕ=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)22mv q mv ϕ=-+ 解得：02q v mϕ=，故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：20112q mv ϕ=解得：012q v mϕ=，故C 正确； D ．根据0sin 0.5(V)x ϕϕπ=粒子在0.5处的电势为102(V)ϕϕ=，从0到0.5处根据能量守恒定律：22020211(0)22q mv mv ϕ-+= 可知：022q v mϕ0<<，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。

6．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EC ．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4SC 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4kQE Sπε= 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4SC 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4kQE Sπε= 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4SC 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4kQE Sπε= 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QC 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4kQE Sπε=，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。

7．如图所示，一弹性轻绳（绳的弹力与其伸长量成正比）一端固定在A 点，弹性绳自然长度等于AB ，跨过由轻杆OB 固定的定滑轮连接一个质量为m 的绝缘带正电、电荷量为q 的小球。

空间中还存在着水平向右的匀强电场（图中未画出），且电场强度E =mgq。

初始时A 、B 、C 在一条竖直线上，小球穿过水平固定的杆从C 点由静止开始运动，滑到E 点时速度恰好为零。

已知C 、E 两点间距离为L ，D 为CE 的中点，小球在C 点时弹性绳的拉力为32mg，小球与杆之间的动摩擦因数为0.5，弹性绳始终处在弹性限度内。

下列说法正确的是A ．小球在D 点时速度最大B ．若在E 点给小球一个向左的速度v ，小球恰好能回到C 点，则v gL C ．弹性绳在小球从C 到D 阶段做的功等于在小球从D 到E 阶段做的功 D ．若保持电场强度不变，仅把小球电荷量变为2q ，则小球到达E 点时的速度大小v 2gL 【答案】ABD 【解析】 【详解】A.对小球分析可知，在竖直方向sin kx θN mg =+由与sin x θBC =，故支持力为恒力，即12N mg =，故摩擦力也为恒力大小为 14f μN mg ==从C 到E ，由动能定理可得221110422qEL mgL k BE k BC ⎛⎫---= ⎪⎝⎭由几何关系可知222BE BC L -=，代入上式可得32kL mg =在D 点时，由牛顿第二定律可得1cos 4qE k BD θmg ma --=由1cos 2BD θL =，将32kL mg =可得，D 点时小球的加速度为 0a =故小球在D 点时的速度最大，A 正确； B.从E 到C ，由动能定理可得222111102242k BE k BC qEL mgL m υ⎛⎫---=- ⎪⎝⎭解得υgL =故B 正确；C.由于弹力的水平分力为cos kx θ，cos θ和kx 均越来越大，故弹力水平分力越来越大，故弹性绳在小球从C 到D 阶段做的功小于在小球从D 到E 阶段做的功，C 错误；D.将小球电荷量变为2q ，由动能定理可得222111124222E qEL mgL k BE k BC m υ⎛⎫---= ⎪⎝⎭解得2E υgL =故D 正确； 故选ABD 。