2019—2020学年人教版选修3-1
静电场
单元检测试题
1.关于元电荷下列说法错误的是(
)
A.所有带电体的电荷量大小一定等于元电荷的整数倍
B.元电荷的值通常取作e=1.60×10-19
C
C.元电荷实际上是指电子和质子本身
D.电荷量e的数值最早是由美国科学家密立根用实验测得的
2.如图所示,图甲实线为方向未知的三条电场线,a、b两带电粒子从电场中的P点静止释放,不考虑两粒子间的相互作用,仅在电场力作用下,两粒子做直线运动,a、b粒子的速度大小随时间变化的关系如图乙中实线所示,虚线为直线,则( )
A.a一定带正电,b一定带负电
B.a向左运动,b向右运动
C.a电势能减小,b电势能增大
D.a动能减小,b动能增大
3.如图所示,在电场强度E=2×103V/m的匀强电场中有三点A、M和B,AM=4
cm,MB=3
cm,AB=5
cm,且AM边平行于电场线,把一电荷量q=2×10-9C的正电荷从B移动到M点,再从M点移动到A点,电场力做功为( )
A.1.6×10-7J
B.1.2×10-7J
C.-1.6×10-7J
D.-1.2×10-7J
4.如图所示,PQ为等量异种点电荷A、B连线的中垂线,C为中垂线上的一点,M、N分别为AC、BC的中点,若取无穷远处的电势为零,则下列判断正确的是
A.M、N两点的电场强度相同
B.M、N两点的电势相等
C.若将一负试探电荷由M点移到C点,电场力做正功
D.若将一负试探电荷由无穷远处移到N点时,电势能一定增加
5.用电场线能很直观很方便地比较电场中各点的电场强弱.如图,左边是等量异种点电荷形成电场的电场线,右边是场中的一些点:O是电荷连线的中点,E、F是连线中垂线上相对O对称的两点,B、C和A、D也相对O对称,则下列认识不正确的是
A.A、D两点电场强度大小相等,方向相反
B.B、C两点电场强度大小和方向都相同
C.E、F两点电场强度大小和方向都相同
D.从E到F过程中电场强度先增大后减小
6.一金属容器置于绝缘板上,带电小球用绝缘细线悬挂于容器中,容器内的电场线分布如图所示.容器内表面为等势面,A、B为容器内表面上的两点,下列说法正确的是( )
A.A点的电场强度比B点的大
B.小球表面的电势比容器内表面的低
C.B点的电场强度方向与该处内表面垂直
D.将检验电荷从A点沿不同路径移到B点,电场力所做的功不同
7.如图所示,带箭头的线段表示某一电场中的电场线的分布情况。一带电粒子在电场中运动的轨迹如图中虚线所示。若不考虑其他力,则下列判断中正确的是( )
A.若粒子是从A运动到B,则粒子带正电;若粒子是从B运动到A,则粒子带负电
B.不论粒子是从A运动到B,还是从B运动到A,粒子必带正电
C.若粒子是从B运动到A,则其加速度减小
D.若粒子是从B运动到A,则其速度减小
8.如上图为某电场中的电场线和等势面,已知
,
,ab=bc,则
(
)
A.
B.
C.
D.上述三种情况都可能
9.如图所示,A板发出的电子经加速后,水平射入水平放置的两平行金属板间,金属板间所加的电压为U,电子最终打在荧光屏P上,关于电子的运动,下列说法中正确的是
A.滑动触头向右移动时,电子打在荧光屏上的位置上升
B.滑动触头向左移动时,电子打在荧光屏上的位置上升
C.电压U增大时,电子打在荧光屏上的速度大小不变
D.电压U增大时,电子从发出到打在荧光屏上的时间不变
10.静电场在x轴上的场强E随x的变化关系如图所示,x轴正向为场强正方向,带正电的点电荷沿x轴运动,则点电荷
A.在和处电势能相等
B.由运动到的过程中电势能增大
C.由运动到的过程中电场力先增大后减小
D.由运动到的过程中电场力先减小后增大
11.如图所示,在竖直平面内有一边长为L的正方形区域处在场强为E的匀强电场中,电场方向与正方形一边平行.一质量为m、带电量为q的小球由某一边的中点,以垂直于该边的水平初速V0进入该正方形区域.当小球再次运动到该正方形区域的边缘时,具有的动能可能为( )
A.可能等于零
B.可能等于
C.可能等于mv02+qEL-mgL
D.可能等于mv02+qEL+mgL
12.如图,一带负电荷的油滴在匀强电场中运动,其轨迹在竖直面(纸面)内,且相对于过轨迹最低点P的竖直线对称.忽略空气阻力.由此可知( )
A.Q点的电势比P点高
B.油滴在Q点的动能比它在P点的大
C.油滴在Q点的电势能比它在P点的大
D.油滴在Q点的加速度大小比它在P点的小
13.反射式速调管是常用的微波器件之一,它利用电子团在电场中的振荡来产生微波,其振荡原理与下述过程类似.如图所示,在虚线MN两侧分别存在着方向相反的两个匀强电场,一带电微粒从A点由静止开始,在电场力作用下沿直线在A、B两点间往返运动.已知电场强度的大小分别是E1=2.0×103
N/C和E2=4.0×103
N/C,方向如图所示.带电微粒质量m=1.0×10-20kg,带电荷量q=-1.0×10-9
C,A点距虚线MN的距离d1=1.0
cm,不计带电微粒的重力,忽略相对论效应.求:
(1)B点距虚线MN的距离d2;
(2)带电微粒从A点运动到B点所经历的时间t.
14.如果把的电荷从无限远处移到电场中的点,需要克服静电力做功,那么:
(1)在点的电势能和点的电势各是多少?
(2)未移入电场前,点的电势是多少?
15.如图,真空中xOy平面直角坐标系上的ABC三点构成等边三角形,边长L=2.0m.若将电荷量均为q=+2.0×10-6C的两点电荷分别固定在A、B点,已知静电力常量k=9.0×109N·m2/C2.求:
(1)两点电荷间的库仑力大小;
(2)C点的电场强度的大小和方向.
16.中国科学家2015年10月宣布中国将在2020年开始建造世界上最大的粒子加速器.加速器是人类揭示物质本源的关键设备,在放射治疗、食品安全、材料科学等方面有广泛应用.如图所示,某直线加速器由沿轴线分布的一系列金属圆管(漂移管)组成,相邻漂移管分别接在高频脉冲电源的两极.质子从K点沿轴线进入加速器并依此向右穿过各漂移管,在漂移管内做匀速直线运动,在漂移管间被电场加速,加速电压视为不变.设质子进入漂移管B时速度为8×106m/s,进入漂移管E时速度为1×107m/s,电源频率为1×107Hz,漂移管间缝隙很小,质子在每个管内运动时间视为电源周期的.质子的荷质比取1×108C/kg.求:
(1)漂移管B的长度;
(2)相邻漂移管间的加速电压.
参考答案
1.C
【解析】
A.
所有带电体的电荷量大小一定等于元电荷的整数倍,选项A正确;
B.
元电荷的值通常取作e=1.60×10-19
C,选项B正确;
C.
元电荷是基本的电量单位,不是指电子和质子本身,选项C错误;
D.
电荷量e的数值最早是由美国科学家密立根用实验测得的,选项D正确;
此题选择不正确的选项,故选C.
2.B
【解析】
AB.从速度时间图象中可以看出,a粒子加速度逐渐增大,b粒子加速度逐渐减小,因为粒子仅受电场力,可知a粒子电场力逐渐增大,b粒子电场力逐渐减小,所以a向左运动,b向右运动.由于不知电场的方向,所以无法判断a、b的电性.故A错误,B正确.
C.带电粒子在电场中运动时,电场力做正功,所以a、b的电势能均减小.故C错误.
D.带电粒子在电场中运动时,电场力做正功,因为仅受电场力,根据动能定理,a、b的动能均增加.故D错误.
【点睛】
解决本题的关键知道电场的疏密反映电场的强弱,及掌握电场力做功与电势能的关系和熟练运用动能定理.
3.C
【解析】
匀强电场中,电势差与场强的关系是U=Ed,式中d是两点沿电场强度方向的距离,然后根据d的含义可求解A、B两点间的电势差.电场力做功的公式W=qU.
【详解】
根据匀强电场特点可知:A、B两点间的电势差
UAB=UAM=EdAM;所以UAB=2000×4×10-2V=80V。
正电荷从B点经M点移到A点,电场力做功为
WBA=qUBA=-qUAB=-2×10-9×80J=-1.6×10-7J
故选C。
【点睛】
公式U=Ed的适用条件为匀强电场,d的含义为两点之间沿电场线方向的距离,并非两点之间的距离,因此对于物理公式要明确适用条件以及各个物理量的含义.
4.C
【解析】
试题分析:M、N两点场强大小相等,但方向不同,选项A错误;PQ线上各点的电势均为零,PQ左侧电势为负,右侧电势为正,则M点电势低于N点电势,选项B错误;负电荷由M点移到C处,电势能减小,故电场力做正功,选项C正确;无穷远处电势为零,N点电势大于零,故负电荷由无穷远处移到N点时,电势能一定减小,选项D错误;故选C.
考点:电场强度;电势及电势能.
5.A
【解析】
根据对称性看出,A、D两处电场线疏密程度相同,则A、D两点场强大小相同。由图看出,A、D两点场强方向相同,故A说法错误;根据对称性看出,B、C两处电场线疏密程度相同,则B、C两点场强大小相同。这两点场强的方向均由B→C,方向相同,故B说法正确;由图看出,E、F两点中,电场线疏密程度相同,两点场强方向相同,故C说法正确;由图看出,电场线先变密,再变疏,所以场强先增大后减小,故D说法正确。所以选A。
6.C
【解析】
试题分析:依据电场线越疏,电场强度越弱,而电场线越密的,则电场强度越强,由图可知,则A点的电场强度比B点的小,故A错误;根据沿着电场线方向电势是降低的,可知,小球表面的电势比容器内表面的高,故B错误;因容器内表面为等势面,且电场线总垂直于等势面,因此B点的电场强度方向与该处内表面垂直,故C正确;因A、B在同一等势面上,将检验电荷从A点沿不同路径到B点,电场力所做的功相同,均为零,故D错误;故选C.
考点:电场线;电场强度;电势
【名师点睛】本题考查电场线的疏密与电场强度的强弱的关系,掌握电场线的方向与电势的高低的关系,理解电场线总垂直等势面,注意同一等势面上移送电荷时,电场力不做功.
7.C
【解析】
AB.若粒子是从A运动到B,则粒子受电场力大致向左,可知粒子带负电;同理若粒子是从B运动到A,则粒子带负电,即不论粒子是从A运动到B,还是从B运动到A,粒子必带负电,选项AB错误;
C.因为A处电场线较B处稀疏,则若粒子是从B运动到A,则受电场力减小,其加速度减小,选项C正确;
D.若粒子是从B运动到A,则电场力做正功,则其速度增加,选项D错误。
故选C。
8.C
【解析】
因为
,,知ac两端的电势差为4V,因为电场线越密的地方场强越强,根据U=Ed知,ab间的电势差大于bc间的电势差,所以ab间的电势差大于2V,所以b点的电势小于8V.故选C.
9.BD
【解析】
设加速电压为U′,由题意知,电子在加速电场中加速运动,根据动能定理得:
eU′=mv2
电子获得的速度为:
电子进入偏转电场后做类平抛运动,也就是平行电场方向做初速度为0的匀加速直线运动,加速度为:
电子在电场方向偏转的位移为:
垂直电场方向做匀速直线运动,粒子在电场中运动时间为:
联立解得:
又因为偏转电场方向向下,所以电子在偏转电场里向上偏转。
A.
滑动触头向右移动时,加速电压变大,故电子偏转位移y变小,因为电子向上偏转,故在屏上的位置下降,故A错误;
B.
滑动触头向左移动时,加速电压变小,故电子偏转位移y变大,因为电子向上偏转,故在屏上的位置上升,故B正确;
D.
偏转电压U增大时,电子在电场中受到电场力增大,即电子偏转的加速度a增大;因为加速电压不变,电子进入电场的速度没有变化,电子在电场中运动的时间t没有发生变化,故D正确;
C.
偏转电压U增大时,电子在电场中受到的电场力增大,即电子偏转的加速度a增大;因为电子水平方向的速度v不变,电子在电场中运动的时间不变,电子打在屏上的速度为
则电子打在屏上的速度增大,故C错误。
10.BC
【解析】
由图像判断电场线的方向,再确定电势大小的关系.
【详解】
A.由图像可知,在0~x1之间,电场强度E是正的,是沿x轴正方向的;在x1~x4之间,电场强度E是负的,是沿x轴负方向的,故由x2到x4是逆着电场线的方向,所以x4处的电势要大于x2处的电势,选项A错误;
B.由x1运动到x3的过程中,是逆着电场线方向的,所以电势能增大,选项B正确;
CD.由x1运动到x4的过程中,x3处的电场强度的大小是最大的,故电荷在该点受到的电场力也应该是最大的,故电场力是先增大后减小,选项C正确,D错误.
【点晴】
图像只是向我们提供一种电场强度与位置的关系,需要我们通过图像将其转化为具有一定形态的东西,当我们将其转化成具体的电场线的某一个方向时,我们再去判断就会很容易了,所以对图像的识别很重要.
11.BCD
【解析】
要考虑电场方向的可能性,可能平行于AB向左或向右,也可能平行于AC向上或向下.分析重力和电场力做功情况,然后根据动能定理求解.
【详解】
令正方形的四个顶点分别为ABCD,如图所示
若电场方向平行于AC:
①电场力向上,且大于重力,小球向上偏转,电场力做功为qEL,重力做功为-mg,根据动能定理得:Ek?mv02=qEL?mgL,即Ek=mv02+qEL?mgL
②电场力向上,且等于重力,小球不偏转,做匀速直线运动,则Ek=mv02.
若电场方向平行于AC,电场力向下,小球向下偏转,电场力做功为qEL,重力做功为mgL,根据动能定理得:Ek?mv02=qEL+mgL,即Ek=mv02+qEL+mgL.
由上分析可知,电场方向平行于AC,粒子离开电场时的动能不可能为0.
若电场方向平行于AB:
若电场力向右,水平方向和竖直方向上都加速,粒子离开电场时的动能大于0.若电场力向右,小球从D点离开电场时,有
Ek?mv02=qEL+mgL则得Ek=mv02+qEL+mgL
若电场力向左,水平方向减速,竖直方向上加速,粒子离开电场时的动能也大于0.故粒子离开电场时的动能都不可能为0.故BCD正确,A错误.故选BCD.
【点睛】
解决本题的关键分析电场力可能的方向,判断电场力与重力做功情况,再根据动能定理求解动能.
12.AB
【解析】
根据粒子的弯折方向可知,粒子受合力一定指向上方;同时因轨迹关于P点对称,则可说明电场力应竖直向上,粒子带负电,故说明电场方向竖直向下,则可判断Q点的电势比P点高,故A正确;粒子由P到Q过程,合外力做正功,故油滴在Q点的动能比它在P点的大,故B正确;因电场力做正功,故电势能减小,Q点的电势能比它在P点的小,故C错误;因受力为恒力,故PQ两点加速度大小相同,故D错误.
13..(1)0.50
cm(2)1.5×10-8s
【解析】
(1)带电微粒由A运动B的过程中,由动能定理有|q|E1d1-|q|E2d2=
0
解得
(2)设微粒在虚线MN两侧的加速度大小分别为a1、a2,由牛顿第二定律有
|q|E1=ma1
|q|E2=ma2
设微粒在虚线MN两侧的时间大小分别为t1、t2,由运动学公式有
又t=t1+t2
解得 t=
1.5×10-8s
14.(1)
(2)
【解析】
(1)静电力做负功,电势能增加,无限远处的电势为零,电荷在无限远处的电势能也为零,即,。
由得:
,
再由。
(2)点的电势是由电场本身决定的,跟点是否有电荷存在无关,所以未移入电场前,点的电势仍为。
15.(1)F=9.0×10-3N
(2)方向沿y轴正方向
【解析】
(1)根据库仑定律,A、B间的库仑力大小为:
代入数据得:F=9.0×10-3N
(2)A、B两点电荷在C点产生的场强大小相等,均为:
A、B两点电荷形成的电场在C点的合场强大小为:
代入数据得,方向沿y轴正方向
16.(1)0.4m(2)
【解析】
(1)设质子进入漂移管B的速度为,电源频率、周期分别为f、T,漂移管B的长度为L,则
联立并代入数据得
(2)设质子进入漂移管E的速度为,相邻漂移管间的加速电压为U,电场对质子所做的功为W,质子从漂移管B运动到E电场做功W',质子的电荷量为q、质量为m,则
联立并代入数据得