第十章静电场中的能量章节复习与测试（一）-2021-2022学年高中物理人教版（2019）必修第三册word版含答案

2021-2022学年高二物理人教版（2019）必修第三册第十章静电场中的能量章节复习与测试（一）
第I卷（选择题）
一、单选题
1．关于电容器，下列说法正确的是（　　）
A．电容器所带的电荷量为两个极板所带电荷量的绝对值之和
B．电容器是储存电荷和电能的容器，只有带电的容器才称为电容器
C．某电容器所带电荷量越多，两极板间的电势差就越小
D．电容器的电容跟它是否带电无关
2．在电场中,下列说法正确的是()
A．电场中电势为零的点，电场强度也一定为零
B．电势降落的方向就是电场强度的方向
C．电场中等势面上各个点的电场强度一定相等
D．电场中，正电荷在电势越高的地方，电势能也越大
3．静电场中某电场线如图所示。把点电荷从电场中的A点移到B点，其电势能增加1.2×10－7J，则该点电荷的电性及在此过程中电场力做功分别为（　　）
A．正电－1.2×10－7J
B．负电－1.2×10－7J
C．正电1.2×10－7J
D．负电1.2×10－7J
4．图中虚线所示为静电场中的等势面1、2、3、4，相邻的等势面之间的电势差相等，其中等势面3的电势为0．一带正电的点电荷在静电力的作用下运动，经过a、b点时的动能分别为26
eV和5
eV．当这一点电荷运动到某一位置,其电势能变为-8
eV时,它的动能应为（
）
A．8
eV
B．13
eV
C．20
eV
D．34
eV
5．用控制变量法可以研究影响平行板电容器电容的因素。如图所示，设两极板的正对面积为S，极板间的距离为，静电计指针偏角为。实验中，极板所带电荷量不变，若（　　）
A．保持S不变，增大，则变小
B．保持S不变，增大，则不变
C．保持不变，减小S，则变大
D．保持不变，减小S，则不变
6．已知均匀带电的无穷大平面在真空中激发电场的场强大小为，其中为平面上单位面积所带的电荷量，为常量。如图所示的平行板电容器，极板正对面积为，间距为，两极板间为真空，不计边缘效应时，极板可看作无穷大导体板，则该电容器的电容可表示为（　　）
A．
B．
C．
D．
7．如图所示的同心圆是某正点电荷形成的电场中等间距的三条等势线，、、分别处在三个圆上，已知点的电势为，点的电势为，则点的电势（　　）
A．
B．
C．
D．上述均不正确
8．图中的实线为电场线，但电场线的方向没有画出，虚线1、2为电场中的两条等势线，两个不同的带电粒子、由图中的点沿虚线1的切线方向以相同的初速度射入电场，、仅在电场力作用下的轨迹分别如图中的虚线、所示。则下列说法正确的是（　　）
A．粒子、的加速度均逐渐增大
B．粒子、的速度均逐渐减小
C．粒子带正电荷，粒子带负电荷
D．粒子、带异种电荷
9．电场中有、两点，一个点电荷在点的电势能为，在点的电势能为。已知，两点在同一条电场线上，如图所示，该点电荷的电荷量为，那么：（　　）
A．该电荷为负电荷
B．该电荷为正电荷
C．、两点的电势差
D．把电荷从移到，电场力做功为
10．第七届中国（上海）国际超级电容器产业展览会于2016年8月23日至25日在上海新国际博览中心举行．如图所示为超级平行板电容器，相距为d的两极板M、N分别与电压为U的恒定电源两极连接，极板M带正电．现有一质量为m的带电油滴在极板中央处于静止状态，且此时极板带电荷量与油滴带电荷量的比值为k，则
A．油滴带正电
B．油滴带电荷量为
C．电容器的电容为
D．将极板N向下缓慢移动一小段距离，油滴将向上运动
11．某物理兴趣小组利用如图所示的电路给一个原来不带电的电容器充电．在充电过程中，电路中的电流为，电容器所带的电荷量为，两极板间的电势差为u，电容器储存的能量为．下面的四幅示意图分别表示、、和随时间的变化关系，其中可能正确的是
B．
C．
D．
12．如图所示，实线表示某电场的电场线（方向未标出），虚线是一带负电的粒子只在电场力作用下的运动轨迹，设M点和N点的电势分别为，粒子在M和N时加速度大小分别为，速度大小分别为，电势能分别为．下列判断正确的是
A．
B．
C．
D．
13．一带电粒子仅在电场力作用下从A点开始以做直线运动，其v-t图像如图所示，粒子在时刻运动到B点，3时刻运动到C点，下列判断正确的是
A．A、B、C三点的电势关系为
B．A、B、C三点场强大小关系为
C．粒子从A点经B点运动到C点，电势能先增加后减少
D．粒子从A点经B点运动到C点，电场力先做正功后做负功
14．如图所示，三块平行放置的带电金属薄板A、B、C中央各有一小孔，小孔分别位于O、M、P点，由O点静止释放的电子恰好能运动到P点，现将C板向右平移到P′点，则由O点静止释放的电子
A．运动到P点返回
B．运动到P和P′点之间返回
C．运动到P′点返回
D．穿过P′点
第II卷（非选择题）
二、填空题
15．已知空气的击穿电场强度为2×106V/m，测得某次闪电火花长为600m，则发生这次闪电时放电路径两端的电势差U=________V．若这次闪电通过的电量为20C，则释放的电能为________J（设闪电的火花路径为直线）．
16．如图所示，一直线上的各点间距相等，如果在A点放一个正点电荷，B点放一个和A点处电荷电量相等的负点电荷，则a、b、c三点中电场强度最小的是______点．如果将一个点电荷-q从a点移到c点，其电势能将______（选填“增大”“减少”或“不变”）．
17．如图所示，一绝缘细圆环半径为r，其环面固定在水平面上，电场强度为E的匀强电场与圆环平面平行，环上穿有一电荷量为+q、质量为m的小球，可沿圆环做无摩擦的圆周运动．若小球经A点时速度的方向恰与电场垂直，且圆环与小球间沿水平方向无力的作用，则速度________．当小球运动到与A点对称的B点时，小球对圆环在水平方向的作用力________．
18．如图所示为美国物理学家密立根测量油滴所带电荷量装置的截面图，两块水平放置的金属板间距为d。油滴从喷雾器的喷嘴喷出时，由于与喷嘴摩擦而带负电。油滴散布在油滴室中，在重力作用下，少数油滴通过上面金属板的小孔进入平行金属板间。当平行金属板间不加电压时，由于受到气体阻力的作用，油滴最终以速度v1竖直向下匀速运动；当上板带正电，下板带负电，两板间的电压为U时，带电油滴恰好能以速度v2竖直向上匀速运动。已知油滴在极板间运动时所受气体阻力的大小与其速率成正比，油滴密度为ρ，已测量出油滴的直径为D（油滴可看做球体，球体体积公式），重力加速度为g。
(1)设油滴受到气体的阻力f=kv，其中k为阻力系数，k=_______；
(2)油滴所带电荷量q=
______。
三、解答题
19．如图所示，水平放置的平行板电容器，原来两极板不带电，上极板接地，它的极板长m，两板间距离cm，同种带电微粒以相同的初速度先后从两极板中央平行极板射入，由于重力作用微粒落到下极板上，之后微粒所带电荷立即转移到下极板且均匀分布在下极板上。设前一微粒落到下极板上时后一微粒才开始射入两极板间。已知微粒质量为kg、电荷量为C，取。
(1)为使第一个微粒恰能落在下极板的中点，求微粒入射的初速度的大小；
(2)若带电微粒以第(1)问中初速度入射，则平行板电容器所获得的电压最大值是多少？
20．一群速率不同的一价同种离子从、两平行极板正中央水平射入如图所示的偏转电场，离子的初动能为，、两极板间电压为，间距为，为竖直放置并与、间隙正对的金属挡板，屏足够大。若、极板长为，到极板右端的距离也为，的长为。不考虑离子所受重力，元电荷为。
(1)写出离子射出、极板间时的偏转距离的表达式；
(2)问初动能范围是多少的离子才能打到屏上？
21．如图所示，带电体甲固定在绝缘水平面上的点，另一个电荷量为、质量为的带电体乙，从点由静止释放，运动距离后到点，此时达到最大速度。已知带电体乙与水平面之间的动摩擦因数为，静电力常量为，重力加速度为。求：
(1)带电体甲形成的电场在点处电场强度的大小；
(2)带电体甲形成的电场中、两点间的电势差。
22．如图所示，两个绝缘斜面与绝缘水平面的夹角均为，水平面长为，斜面足够长，空间存在与水平方向成角的匀强电场，已知。一质量为、电荷量为的带正电小物块，从右斜面上距水平面竖直高度为的点由静止释放，不计摩擦及物块在轨道连接处损失的能量。小物块在点的重力势能和电势能均取值为零，重力加速度为。试求：
(1)小物块第一次滑至点时的速度大小；
(2)在之间，小物块重力势能与动能相等点的位置高度；
(3)除点外，小物块重力势能与电势能相等点的位置高度。
参考答案
1．D
【详解】
A．电容器所带的电荷量是指一个极板所带电荷量的绝对值，故A错误；
B．电容器是任何两个彼此绝缘面又相距很近的导体组成的能够储存电荷和电能的装置，与是否带电无关，故B错误；
C．由
可知电容器所带电荷量越多，两极板间的电势差就越大，故C错误；
D．电容由电容器本身决定，与是否带电无关，故D正确。
故选D。
2．D
【详解】
A.零势面的选取是任意的，电势为零的点，电场强度不一定为零，故A错误；
B.沿着电场线的方向电势逐渐降低，但电势降落的方向不一定就是电场强度的方向，故B错误；
C.
同一等势面上各个点的电场强度不一定相等，比如：等量异种电荷的中垂线，为等势面，而各点的电场强度大小不同，故C错误；
D.
根据电势能EP=qφ，对于正电荷，电势越高的地方，电荷的电势能越大，故D正确．
故选D.
3．B
【详解】
从A到B，电势能增加1.2×10－7J，说明电场力做负功，做功为－1.2×10－7J，故电场力方向与场强方向相反，该点电荷带负电。
故选B。
4．C
【详解】
由题意，电荷经过a、b点时的动能分别为26eV和5eV，动能减小为21eV．而相邻的等势面之间的电势差相等，电荷在相邻等势面间运动时电场力做功相等，电势能变化量相等，则电荷从3等势面到4等势面时，动能减小7eV，电势能增大，等势面3的电势为0，电荷经过b时电势能为7eV，又由题，电荷经b点时的动能为5eV，所以电荷的总能量为E=Ep+Ek=7eV+5eV=12eV，其电势能变为-8eV时，根据能量守恒定律得到，动能应为20eV．
A．8
eV，与结论不相符，选项A错误；
B．13
eV，与结论不相符，选项B错误；
C．20
eV，与结论相符，选项C正确；
D．34
eV，与结论不相符，选项D错误；
5．C
【详解】
AB．根据电容的决定式可知，电容与极板间的距离成反比，当保持不变，增大时，电容减小，而电容器的电荷量不变，由电容的定义式可知，极板间电势差增大，则静电计指针的偏角变大，选项AB错误；
CD．根据电容的决定式可知，电容与两极板的正对面积成正比，当保持不变，减小S时，电容减小，而电容器的电荷量不变，由电容的定义式可知，极板间电势差增大，则静电计指针的偏角变大，选项C正确，D错误。
故选C。
6．B
【详解】
设每块极板上带电荷量为，则每块极板上单位面积所带的电荷量为
每块极板产生的电场强度为
可知两极板间的电场强度为
两极板间的电压
电容器的电容
故选B。
7．B
【详解】
正点电荷形成的电场不是匀强电场，越靠近场源电荷场强越强，又由
定性判断可知
则有
V
故选B。
8．D
【详解】
A．电场线的疏密代表电场的强弱，由题图可知越向左，场强越小，出发后的一小段时间内其所处位置的场强越来越小，出发后的一小段时间内其所处位置的场强越来越大，故粒子所受的电场力逐渐减小，加速度逐渐减小，粒子所受的电场力逐渐增大，加速度逐渐增大，故A错误；
B．由于出发后电场力始终对两粒子做正功，故两粒子的动能逐渐增大，两粒子的速度逐渐增大，故B错误；
CD．由于在点时两粒子所受电场力的方向相反，故两粒子所带的电荷的电性相反，由于不知道场强的方向，故不能确定、两粒子的电性，故C错误，D正确。
故选D。
9．A
【详解】
AB．沿电场线方向电势降低，则
该点电荷从B到A，电势能增大，电场力做负功，根据电势能
该电荷为负电荷，B错误A正确；
D．该点电荷从A移到B，电势能减小
所以电场力做功为
D错误；
C．则A、B两点的电势差大小
C错误。
故选A。
10．C
【详解】
A．带电油滴静止在两极板间，重力与电场力等大、反向，电场力竖直向上，电容器上极板与电源正极相连为正极板，两板间电场方向竖直向下，综上可知，带电油滴带负电，选项A错误；
B．由场强与电势差关系可知，
mg＝Eq＝q
解得
q＝
选项B错误；
C．由题意知，电容器带电荷量
Q＝kq＝
由电容的定义式知，
C＝＝
选项C正确；
D．电容器与电源保持连接，两板间电势差不变，N板向下移动，板间距离变大，F电＝q，油滴所受电场力减小，油滴向下运动，选项D错误．
11．B
【详解】
A、由于u变大，所以电路中电流减小，故A错误；
B、图像斜率代表电流大小，电流变小，斜率变小，而充电增加，B正确；
C、可得，与的图形相似，故C错误；
D、由公式，可定性分析，故D错误．
12．D
【详解】
试题分析：将粒子的运动分情况讨论：从M运动到N；从N运动到M，根据电场的性质依次判断；
电场线越密，电场强度越大，同一个粒子受到的电场力越大，根据牛顿第二定律可知其加速度越大，故有；若粒子从M运动到N点，则根据带电粒子所受电场力指向轨迹弯曲的内侧，可知在某点的电场力方向和速度方向如图所示，故电场力做负功，电势能增大，动能减小，即，负电荷在低电势处电势能大，故；
若粒子从N运动到M，则根据带电粒子所受电场力指向轨迹弯曲的内侧，可知在某点的电场力方向和速度方向如图所示，故电场力做正功，电势能减小，动能增大，即，负电荷在低电势处电势能大，故；
综上所述，D正确；
【点睛】
考查了带电粒子在非匀强电场中的运动；本题的突破口是根据粒子做曲线运动时受到的合力指向轨迹的内侧，从而判断出电场力方向与速度方向的夹角关系，进而判断出电场力做功情况．
13．C
【详解】
A、因为不知道带电粒子的电性，所以无法判断电势的关系，故A错误；
B、由速度图像可知，加速度先增大后减小，所以B点的加速度最大，电场强度最大，故B错误；
C、由图像可知：动能先减小后增大，根据能量守恒可知：电势能先增后减小，故C正确；
D、因为电势能先增大后减小，所以电场力先做负功后做正功，故D错误；
故选C．
14．A
【详解】
设A、B板间的电势差为U1，B、C板间的电势差为U2，板间距为d，电场强度为E，第一次由O点静止释放的电子恰好能运动到P点，根据动能定理得：qU1=qU2=qEd，将C板向右移动，B、C板间的电场强度，E不变，所以电子还是运动到P点速度减小为零，然后返回，故A正确；BCD错误．
15．1.2×109
2.4×1010
【详解】
[1][2]由
U=Ed=2×106V/m×600m=1.2×109
V
由公式W=qU可求得释放的电能
16．b
增大
【详解】
[1]由等量异种电荷的电场线分布可知，b点电场强度最小；
[2]A点为正电荷，故a、b、c三点的电势依次减小，负电荷在电势越低的地方电势能越大，故将一个点电荷-q从a点移到c点，其电势能将增大。
17．
6qE
【详解】
[1]在A点，由牛顿第二定律可得
，
故
[2]从A到B，由动能定理可得
，
在B点由牛顿第二定律得
，
联立解得。
18．
【详解】
(1)油滴速度为v1时所受阻力
油滴向下匀速运动时，重力与阻力平衡，则有
质量为
则解得
(2)设油滴所带电荷量为q，油滴受到的电场力
油滴向上匀速运动时，阻力向下，油滴受力平衡
则油滴所带电荷量
19．(1)2.5m/s；(2)6
V
【详解】
(1)第一个微粒进入电容器后只受重力作用，做平抛运动，所以有
解得
(2)当平行板电容器所获得的电压最大时，进入电容器的微粒刚好从下极板的右边缘射出，所以有
，，
解得
V
20．(1)；(2)
【详解】
(1)设离子的质量为，初速度为，则离子在偏转电场中的加速度
离子射出电场的时间
射出电场时的偏转距离
所以
而
则
(2)离子射出电场时的竖直分速度
射出电场时的偏转角的正切值
故
离子射出电场后做匀速直线运动，要使离子打在屏上，需满足
所以
21．(1)；(2)
【详解】
(1)带电体乙速度最大时有
解得
(2)带电体乙从点到点的过程，由动能定理得
解得
22．(1)；(2)；(3)
【详解】
(1)物块从的过程，由动能定理，有
故有
求得
(2)物块从点下滑至重力势能与动能相等点的过程
其中
则有
求得
(3)除点外，物块重力势能与电势能相等的点位于左斜面，则有
求得