2020-2021学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册第10章《静电场中的能量》单元测试卷Word版含答案

第10章《静电场中的能量》单元测试卷
一、单选题(共15小题)
1.如图所示，高为h的固定光滑绝缘斜面，倾角θ＝53°，将其置于水平向右的匀强电场中，现将一带正电的物块(可视为质点)从斜面顶端由静止释放，其所受的电场力是重力的倍，重力加速度为g，则物块落地的速度大小为(　　)
A．
2
B．
2
C．
2
D．
2.图所示，实线为一正点电荷的电场线，虚线为其等势面．A、B是同一等势面上的两点，C为另一等势面上的一点，下列判断正确的是(　　)
A．A点场强与B点场强相同
B．C点电势高于B点电势
C．
将电子从A点沿虚线移到B点，电场力不做功
D．
将质子从A点移到C点，其电势能增加
3.如图所示的示波管，当两偏转电极XX′、YY′电压为零时，电子枪发射的电子经加速电场加速后会打在荧光屏上的正中间(图示坐标系的O点，其中x轴与XX′电场的场强方向重合，x轴正方向垂直于纸面向里，y轴与YY′电场的场强方向重合，y轴正方向竖直向上)．若要电子打在图示坐标系的第Ⅲ象限，则(　　)
A．X、Y极接电源的正极，X′、Y′接电源的负极
B．X、Y′极接电源的正极，X′、Y接电源的负极
C．X′、Y极接电源的正极，X、Y′接电源的负极
D．X′、Y′极接电源的正极，X、Y接电源的负极
4.如图所示为某一电场的电场线和等势面．已知φa＝5
V，φc＝3
V，ab＝bc，则(　　)
A．φb＝4
V
B．φb>4
V
C．φb<4
V
D．
上述情况都有可能
5..如图所示，一绝缘细杆的两端各固定着一个小球，两小球带有等量异号的电荷，处于匀强电场中，电场方向如图中箭头所示．开始时，细杆与电场方向垂直，即在图中Ⅰ所示的位置；接着使细杆绕其中心转过90°，到达图中Ⅱ所示的位置；最后，使细杆移到图中Ⅲ所示的位置．以W1表示细杆由位置Ⅰ到位置Ⅱ过程中电场力对两小球所做的功，W2表示细杆由位置Ⅱ到位置Ⅲ过程中电场力对两小球所做的功，则有(　　)
A．W1＝0，W2≠0
B．W1＝0，W2＝0
C．W1≠0，W2＝0
D．W1≠0，W2≠0
6.如图所示是匀强电场中的一组等势面，每两个相邻等势面间的距离都是25
cm，由此可确定此电场的电场强度的方向及大小为(　　)
A．
竖直向下，E＝0.4
V/m
B．
水平向右，E＝0.4
V/m
C．
水平向左，E＝40
V/m
D．
水平向右，E＝40
V/m
7.质子(H)、α粒子(He)、钠离子(Na＋)三个粒子分别从静止状态经过电压为U的同一电场加速后，获得动能最大的是(　　)
A．
质子(H)
B．
α粒子(He)
C．
钠离子(Na＋)
D．
都相同
8.如图所示，虚线表示等势面，相邻两等势面间的电势差相等，有一电子在该电场中运动，实线表示该电子的运动轨迹，电子在a点的动能等于28
eV，运动到b点时的动能等于4
eV，若取c点为零电势点，当这个电子的电势能等于－6
eV时，它的动能等于(　　)
A．
16
eV
B．
18
eV
C．
6
eV
D．
8
eV
9.关于电场强度和电势，下列说法正确的是(　　)
A．
电场强度为零的地方，电势一定为零
B．
在静电场中，沿电场方向电势逐渐降低
C．
电荷一定会沿电场线方向移动
D．
将一正的试探电荷从电势较低的等势面移到电势较高的等势面，电场力做正功
10.如图所示为某示波管的聚焦电场，实线和虚线分别表示电场线和等势线．两电子分别从a、b两点运动到c点，设电场力对两电子做的功分别为Wa和Wb，a、b点的电场强度大小分别为Ea和Eb，则(　　)
A．Wa＝Wb，Ea>Eb
B．Wa≠Wb，Ea>Eb
C．Wa＝Wb，EaD．Wa≠Wb，Ea11.空间中P、Q两点处各固定一个点电荷，其中P点处为正电荷，P、Q两点附近电场的等势面分布如图所示，a、b、c、d为电场中的4个点．则(　　)
A．P、Q两点处的电荷等量同号
B．a点和b点的电场强度相同
C．c点的电势低于d点的电势
D．
负电荷从a到c，电势能减少
12.在静电场中，将一正电荷从a点移到b点，电场力做了负功，则(　　)
A．
该电荷的电势能一定减小
B．b点的电势一定比a点高
C．
电场线方向一定从b指向a
D．b点的电场强度一定比a点大
13.根据电容的定义式C＝知(　　)
A．
电容器的电容越大，则电容器所带电荷量应越多
B．
电容器两极板间电压越大，电容越大
C．
电容器的电容与电荷量成正比，与电压成反比
D．
电容器的电容不随带电荷量及两极板间电压的变化而变化
14.一带电粒子在电场中只受到电场力作用时，它不可能出现的运动状态是(　　)
A．
匀速直线运动　　　　　　　
B．
匀加速直线运动
C．
匀变速曲线运动
D．
匀速圆周运动
15.关于电势，下列说法正确的是(　　)
A．
电场中某点的电势，其大小等于单位正电荷从该点移动到零电势点时，电场力所做的功
B．
电场中某点的电势与零电势点的选取有关
C．
由于电势是相对的，所以无法比较电场中两点的电势高低
D．
电势是描述电场能的性质的物理量
二、填空题(共3小题)
16.如图带电小颗粒质量为m，电荷量为q，以竖直向上的初速度v0自A处进入方向水平向右的匀强电场中．当小颗粒到达B处时速度变成水平向右，大小为2v0，那么，该处的场强E为________，A、B间的电势差是________．
17.如图所示，在电场强度为E的匀强电场中有相距为L的A、B两点，连线AB与电场线的夹角为θ，将一电荷量为q的正电荷从A点移到B点．若沿直线AB移动该电荷，电场力做的功W1＝________；若沿路径ACB移动该电荷，电场力做的功W2＝________；若沿曲线ADB移动该电荷，电场力做的功W3＝________.由此可知，电荷在电场中移动时，电场力做功的特点是____________________．
18.如图所示，把电荷量为－5×10－9C的电荷，从电场中的A点移到B点，其电势能______(选填“增大”或“减小”)．若A点电势为φA＝15
V，B点电势为φB＝10
V，则电荷在A点和B点具有的电势能分别为EpA＝__________
J，EpB＝__________
J，此过程电场力所做的功WAB＝__________
J.
三、简答题(共1小题)
19.A、B、C为匀强电场中的三点，如图18，φA＝6
V，φB＝2
V，φC＝2
V，试画出匀强电场过A点的一条电场线．(作图过程要体现依据痕迹)
四、计算题(共3小题)
20.图中，A、B、C、D是匀强电场中一正方形的四个顶点．已知A、B、C三点的电势分别为φA＝15
V，φB＝3
V，φC＝－3
V，求D点的电势φD.
21.如图所示，A、B、C为一等边三角形的三个顶点，某匀强电场的电场线平行于该三角形平面．现将电荷量为10－8C的正点电荷从A点移到B点，电场力做功为3×10－6J，将另一电荷量为10－8C的负点电荷从A点移到C点，克服电场力做功3×10－6J.
(1)求电场线方向，UAB、UAC、UBC各为多少？
(2)AB边长为2cm，求电场强度
22.长为L的平行金属板水平放置，两极板带等量的异种电荷，板间形成匀强电场，一个带电荷量为＋q、质量为m的带电粒子，以初速度v0紧贴上极板垂直于电场线方向进入该电场，刚好从下极板边缘射出，射出时速度恰与水平方向成30°角，如图所示，不计粒子重力，求：
(1)粒子离开电场时速度的大小；
(2)匀强电场的场强大小；
(3)两板间的距离．
答案解析
1.【答案】D
【解析】对物块受力分析知，物块不沿斜面下滑，离开斜面后沿重力、电场力合力的方向运动，F合＝mg，x＝h，由动能定理得F合·x＝mv2，解得v＝
2.【答案】C
【解析】A、B两点场强大小相等、方向不同，A项错误；A、B两点电势相等，均高于C点电势，B项错误；A、B在同一等势面上，将电子从A点沿虚线移到B点，电势能不变，电场力不做功，C项正确；由于φA＞φC，质子带正电，故由A点到C点，质子的电势能减少，D项错误
3.【答案】D
【解析】若要使电子打在题图所示坐标系的第Ⅲ象限，电子在x轴上向负方向偏转，则应使X′接正极，X接负极；电子在y轴上也向负方向偏转，则应使Y′接正极，Y接负极，所以选项D正确
4.【答案】C
【解析】由于是非匀强电场，不能根据公式U＝Ed进行定量计算，只能进行定性分析，由电场线的疏密可以分析ab和bc间的平均场强Eab>Ebc，所以Uab>Ubc，C正确
5.【答案】C
【解析】电场力做功只与带电小球的始末位置有关，设细杆长L，细杆由位置Ⅰ转到位置Ⅱ，电场力对正、负带电小球都做正功，大小都为Eq，所以W1＝2·Eq＝EqL≠0；杆由位置Ⅱ移动到位置Ⅲ，电场力对带正电荷的小球做正功，对带负电荷的小球做负功，设上移距离为x，则功的大小都为xEq，W2＝xEq－xEq＝0，C正确．
6.【答案】D
【解析】电场线与等势面垂直且沿电场线方向电势降低，故场强方向水平向右，场强大小E＝＝V/m＝40
V/m，故D项正确
7.【答案】B
【解析】qU＝mv2－0，U相同，α粒子带的正电荷多，电荷量最大，所以α粒子获得的动能最大，故选项B正确
8.【答案】B
【解析】电子自a点运动到b时，电场力做负功：Wab＝－eUab＝4
eV－28
eV＝－24
eV，得Uab＝24
V
由于相邻两等势面的电势差相等，故电势差的大小关系有：Uab＝－3Ubc，Ubc＝－8
V
从b到c电场力做正功，Wbc＝－eUbc
根据动能定理有：Wbc＝Ekc－Ekb
联立得Ekc＝12
eV.
由于只有电场力做功，电势能和动能之和保持不变，故在c点：E＝Epc＋Ekc＝12
eV
即电势能和动能之和为12
eV，因此当电势能等于－6
eV时动能为18
eV，故A、C、D错误，B正确
9.【答案】B
【解析】电场强度为零的地方，电势不一定为零，例如等量同种电荷连线的中点处，选项A错误；在静电场中，沿电场方向电势逐渐降低，选项B正确；电荷在电场中不一定会沿电场线方向移动，还与电荷的初速度方向，电场线的形状等都有关系，选项C错误；将一正的试探电荷从电势较低的等势面移到电势较高的等势面，电势能增加，则电场力做负功，选项D错误
10.【答案】A
【解析】因a、b两点在同一等势线上，故Uac＝Ubc，Wa＝eUac，Wb＝eUbc，故Wa＝Wb.由题图可知a点处电场线比b点处电场线密，故Ea>Eb.选项A正确
11.【答案】D
【解析】根据题图可知，该电场是等量异号点电荷的电场，故A错误．根据电场的对称性，a、b两点的电场强度大小相等，而方向不同，故B错误．c点所在等势面距离P点(正电荷)比d点所在等势面距离P点近，c点的电势较高，故C错误．负电荷从a到c，电场力做正功，所以电势能减少，故D正确
12.【答案】B
【解析】电场力做负功，电势能一定增加，A项错误；由φ＝知，正电荷在电势能越大处电势越高，B项正确；b点电势高于a点，但电场线方向不一定从b指向a，C项错误；场强大小与电势高低无关，D项错误
13.【答案】D
【解析】认识到电容器的电容是由电容器本身决定，与所带电荷量、两极板间的电压无关．公式C＝是定义式，它可以适用于任何电容器，但绝不能说C与Q成正比，或C与U成反比．
14.【答案】A
【解析】在电场力的作用下，说明电荷受到的合外力的大小为电场力，不为零，所以选项A不可能；当电荷在匀强电场中由静止释放后，电荷做匀加速直线运动，选项B可能；当电荷垂直进入匀强电场后，电荷做类平抛运动，选项C可能；正电荷周围的负电荷只在电场力作用下且电场力恰好充当向心力时，可以做匀速圆周运动，选项D可能
15.【答案】D
【解析】由电势的定义可知A正确．由于电势是相对量，电势的大小与零电势点的选取有关，故B正确．虽然电势是相对的，但电势的高低是绝对的，因此C错误．电势与电势能相联系，它是描述电场能的性质的物理量，故D正确
16.【答案】2mg/q　2mv/q
17.【答案】qELcos
θ　qELcos
θ　qELcos
θ　电场力做功的大小与电荷经过的路径无关，只与电荷的始末位置有关
【解析】路径AB、ACB、曲线ADB在电场线方向上的投影都是BC＝Lcos
θ.因此沿这三条路径电荷由A运动到B，电场力做的功都是qELcos
θ.因此电场力做功的特点是：与电荷经过的路径无关，只与电荷的始末位置有关．
18.【答案】增大　－7.5×10－8　－5×10－8　－2.5×10－8
【解析】电荷从A点移到B点，电场力做负功，电势能增大．
EpA＝qφA＝－5×10－9×15
J＝－7.5×10－8J
EpB＝qφB＝－5×10－9×10
J＝－5×10－8J
WAB＝EpA－EpB＝－2.5×10－8J
19.【答案】
【解析】由于φB＝φC＝2
V，所以B、C连线即为等势面，根据电场线与等势面垂直，过A点作BC的垂线，然后再依据电场线的方向指向电势降低的方向，便可最终确定过A点的电场线的位置及方向．如图所示．
20.【答案】9
V
【解析】由题意知A、C间电势差为18
V，连接A、C，并将AC线段等分为三等份，如下图，则有φE＝9
V，φF＝3
V，显然B、F两点等电势，D、E两点等电势，电势为9
V.
21.【答案】(1)UAB＝300
V.UAC＝300
V.UBC＝0，
电场线方向为由A指向D.
(2)E＝104V/m
【解析】(1)正点电荷从A点移到B点时，电场力做正功，故A点电势高于B点，
可以求得UAB＝＝V＝300
V.
同理可判断A点电势高于C点，
可求得UAC＝＝300
V.
因此B、C两点电势相等，
UBC＝0，
由于匀强电场中的等势线是一簇平行直线．
因此，BC为一等势线，故电场线方向垂直BC.
设D为BC的中点，则电场线方向为由A指向D.
(2)AB沿场强方向的距离d等于线段AD的长度，故由匀强电场中电势差与场强的关系式可得：
E＝＝V/m＝104V/m
22.【答案】(1)　(2)　(3)L
【解析】(1)粒子离开电场时，速度与水平方向夹角为30°，由几何关系得速度：v＝＝.
(2)粒子在匀强电场中做类平抛运动，
在水平方向上：L＝v0t，在竖直方向上：vy＝at，
vy＝v0tan
30°＝，
由牛顿第二定律得：qE＝ma
解得：E＝.
(3)粒子在匀强电场中做类平抛运动，在竖直方向上：
d＝at2，解得：d＝L.