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【学考真题】备战2024年浙江省学业水平考试 高中物理 专题08 静电场 知识归纳与训练
展开1.[2020.1浙江学考]如图所示,绝缘轻弹簧一端固定在挡板上,另一端与物块a连接,质量相等的带电物块a、b、c均静止在光滑绝缘斜面上,物块a、b和b、c间距相等,物块a、b带正电且电荷量均为Q。若物块b、c均可视为质点。则 ( )
A.可以确定物块的质量 B.可以确定斜面的倾角
C.可以确定物块c的电荷量及正负 D.Q的取值不同,弹簧的形变量不同
2.[2020.7浙江学考]库仑扭秤的原理图如图所示,细银丝的下端悬挂一根绝缘棒,棒的两端分别固定带电量为Q的带正电小球A和不带电小球B。把另一个带电量为q的金属小球C靠近A,A、C两球相互排斥至距离为r。已知静电力常量为k,忽略球的大小。问:
(1) C球带正电还是负电?
(2) A、C两球之间的库仑力F多大?
(3)若一个不带电的相同金属小球D与C球接触后再移开,调节A、C两球间距离仍为r,则A、C两球之间的库仑力是增大了还是减小了?
3.[2020.1浙江学考]如图所示,带正电且电荷量为Q的带电体固定在绝缘支架上,电荷量为q的小球受到的库仑力大小可通过丝线偏离竖直方向的角度表示。挂在P1位置时,小球和带电体的距离为r,两者都可以看成点电荷。已知静电力常量为k,则小球:
(1)带正电还是带负电?
(2)挂在P1位置时受带电体的库仑力F多大?
(3)挂在P2位置时,丝线偏离竖直方向的角度增大了还是减小了?
电场、电场强度
1.[2022.1浙江学考]如图所示,A、B、C、D是真空中一条水平直线上的4个点,相邻两点之间的距离均为r。在A点和B点放有电荷量均为Q的正点电荷,则它们间的库仑力大小为___________,A处点电荷在C点产生的电场强度大小为___________,A、B两处点电荷在C点的合场强方向为___________(选填“水平向左”“水平向右”“竖直向上”或“竖直向下”)。当D点放了电性为___________(选填“正”或“负”)的点电荷后,C点的电场强度可能为0(静电力常量为k)。
2.[2022.1浙江学考]两个完全相同可视为点电荷的金属小球A和B,带有异种电荷,电荷量均为Q,分别固定在相距为r的两处。静电力常量为k,求:
(1)两球间静电力F的大小;
(2)带电小球A在小球B所处位置产生的电场强度E的大小和方向。
电势能和电势
1.[2023.1浙江学考]某一区域的电场线分布如图所示,A、B、C是电场中的三个点,则 ( )
A. C点的电场强度最大 B. A点电势比B点电势高
C.负电荷在A点由静止释放后沿电场线运动 D.负电荷从B点移到C点过程中克服静电力做功
2.[2022.1浙江学考]正点电荷的电场线和等势线如图所示,下列说法正确的是 ( )
A. a点的电势比d点的高 B. b点的电场强度比c点的小
C.正点电荷从c点移到b点,静电力做正功 D.负点电荷从c点沿圆弧移到d点,电势能增大
3.[2020.1浙江学考]如图所示,A、B是点电荷电场中的两点,则 ( )
A.该点电荷带负电 B. A点电势低于B点电势
C. A点电场强度大于B点电场强度 D.负电荷从A点移到B点静电力做正功
4.[2023.1浙江学考]如图所示,真空中电荷量分别为+Q和-Q的两个点电荷相距为r,A、B为它们水平连线上两点(其中B为中点),C为连线中垂线上的一点。已知静电力常量为k,这两个点电荷间的库仑力大小为 ,+Q在B点产生的电场强度大小为 。它们在A点的合场强方向为 (选填“水平向左”“水平向右”“竖直向上”或“竖直向下”)。将一个正试探电荷自B点沿中垂线移到C点,其电势能 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
电容器的电容
1.[2023.1浙江学考]小明同学在“观察电容器的充、放电现象”实验中给一个固定电容器充电。下列描述电容器电荷量Q、电压U、电容C之间关系的图像中,正确的是 ( )
2.[2021.7浙江学考]超级电容器可充放电50万次以上,并且还有充电时间短和重量轻等优点。某玩具厂研发人员把一款超级电容器通过间接储能和调压模块与一辆电动玩具汽车的电动机连接,为玩具汽车供电。此超级电容器的额定电压和电容值如图所示,其充满电后能存储的电能为10 935 J,供电效率为80%。已知玩具汽车的电动机额定电压为2.7 V,额定功率为2.7 W,效率为85%,则( )
A.该超级电容器充满一次电所带的电荷量为16 200 C
B.该超级电容器充满一次电最多可供玩具汽车连续运动54 min
C.该玩具汽车电动机额定状态下工作时电流为0.85 A
D.该玩具汽车电动机额定状态下工作10 min所做机械功为1 377 J
带电粒子在电场中的运动
1.[2023.1浙江学考]图甲是示波管的原理图,图乙是电子在偏转电极YY'间运动的示意图,电子以v0的速度沿两极板YY'的中心线进入,并射到荧光屏。图乙中极板YY'的长度为l,间距为d,板间电压为U。已知电子电荷量为e,质量为m,则电子在偏转电极YY'间运动的 ( )
A.加速度大小a=2eUmdB.加速度大小a=eU2md
C.偏移距离y=eUl2mdv02D.偏移距离y=eUl22mdv02
2.[2022.1浙江学考]带正电的粒子从P沿着电场线运动到Q的过程中,其加速度变大且静电力做正功的是 ( )
3.[2021.7浙江学考]如图所示,在匀强电场中,某初速度为零的带电粒子只在静电力作用下从A运动到B。则从A到B ( )
A.电势升高 B.电场强度增大 C.粒子动能增加 D.粒子电势能增加
4.[2020.7浙江学考]美国物理学家密立根测定电子电荷量的实验装置示意图如图所示。两块水平放置的金属板分别与电源的正、负极相接,板间产生方向竖直向下的匀强电场。用喷雾器把许多油滴从上板中间的小孔喷入电场,油滴从喷口出来时由于摩擦而带负电。实验中,观察到某一油滴P在两板间向下运动,则P在板间向下运动过程中 ( )
A.所受静电力方向竖直向下 B.从低电势向高电势运动
C.所受静电力对其做负功 D.电势能减小
5.[2019.6浙江学考]如图所示,在一对带等量异种电荷的平行金属板间,某带电粒子只在静电力作用下沿虚线从A运动到B。则 ( )
A.粒子带负电 B.从A到B电场强度增大 C.从A到B粒子动能增加 D.从A到B粒子电势能增加
6.[2021.1浙江学考]如图所示,两块水平放置的带电金属板A、B之间有电场强度大小为E、方向竖直向下的匀强电场。质量为m的带电微粒恰好能悬浮在两板之间,重力加速度为g。问:
(1)该微粒带正电还是负电?
(2)求该微粒所带的电荷量q;
(3)由于吸附尘埃该微粒质量增大到2m,若电荷量不变,求其加速度的大小和方向。
参考答案
库仑定律
1.C 设斜面倾角为θ,弹簧形变量为x,物块a、b和b、c的间距为r,物块c的电荷量为q。分析物块c沿斜面方向的受力情况,有重力沿斜面向下的分力和沿斜面向上的库仑力,故物块c带正电,kQqr2+kQq4r2=mgsin θ,分析物块b的受力情况,mgsinθ+kQqr2=kQ2r2,联立解得q=49Q,则可以确定物块c的电荷量及正负,故C项正确;由于物块a、b和b、c的间距r未知,无法确定物块的质量m以及斜面的倾角θ,故AB两项错误;以三个带电物块为研究对象,则库仑力为内力,kx=3mgsin θ,则弹簧的形变量x与Q的取值无关,故D项错误。
2.(1)正电 (2)F=kQqr2 (3)减小 【解析】(1)两球相互排斥,可知两球带同种电荷,则C球带正电。(2)根据库仑定律可知,A、C之间的库仑力F=kQqr2。(3)若一个不带电的相同金属小球D与C球接触后再移开,则C球带电量将减小,而A、C两球之间距离仍为r,因此A、C两球之间的库仑力将减小。
3.(1)正电 (2)F=kQqr2 (3)减小 【解析】(1)由丝线偏转方向可知小球受库仑力的排斥作用,所以带正电。(2)由库仑定律得F=kQqr2。(3)挂在P2位置时,小球与带电体之间的距离增大,所受库仑力减小,所以丝线偏离竖直方向的角度减小了。
电场、电场强度
1.kQ2r2 kQ4r2 水平向右 正 【解析】根据库仑定律,A点和B点间的库仑力大小FAB=kq1q2r2=kQ2r2。A处点电荷在C点产生的电场强度大小为E=kQ4r2。A、B的两处均为正点电荷,A、B两处点电荷在C点的场强方向均水平向右,故在C点的合场强方向为水平向右。要使C点的电场强度为零,那么A、B两处点电荷在C点的合场强与D处点电荷在C点产生的场强必须大小相等,方向相反,因此D点应放正点电荷。
2.(1)F=kQ2r2 (2)E=kQr2 方向从A指向B 【解析】(1)根据库仑定律F=kq1q2r2可得,两球间静电力大小F=kQ2r2。(2)根据电场强度计算公式E=Fq可得,带电小球A在小球B所处位置产生的电场强度E=kQr2,电场强度方向从A指向B。
电势能和电势
1.D 电场线越密处场强越大,因此B点电场强度最大,故A项错误;沿电场线方向电势降低,A点电势比B点电势低,故B项错误;带电粒子在电场中沿电场线运动应具备两个条件,即电场线为直线且粒子的初速度方向与电场强度方向在同一直线上,由图可知,一个负电荷在A点由静止释放,不会沿电场线运动,故C项错误;从B点到C点,电势降低,由于是负电荷,电势能增加,克服静电力做功,故D项正确。
2.A 沿着电场线方向电势逐渐降低,故A项正确;电场线的疏密表示电场强度的强弱,由图可知Eb>Ec,故B项错误;从c点到b点,电势升高,由于是正电荷,电势能增加,因此静电力做负功,故C项错误;c、d在同一个等势面上,电势相同,负点电荷从c点沿圆弧移到d点,静电力不做功,电势能不变,故D项错误。
3.C 根据电场线分布可知,该点电荷带正电,故A项错误;沿着电场线方向电势逐渐降低,可知A点电势高于B点电势,故B项错误;从A点到B点,电势降低,由于是负电荷,电势能增加,则静电力做负功,故D项错误。
4.kQ2r2 4kQr2 水平向右 不变 【解析】根据库仑定律可知两个点电荷之间的库仑力大小为F=kQ2r2,两个点电荷相距为r,B为中点,+Q与B点之间的距离为r2。根据点电荷的场强公式可知EB=4kQr2,由于+Q和-Q两个点电荷在A点产生的场强均水平向右,故它们在A点的合场强方向为水平向右。根据等量异种点电荷的电场线分布可知中垂线是一个等势面,故将一个正试探电荷自B点沿中垂线移到C点,其电势能不变。
电容器的电容
1.A 由电容定义式C=QU,固定电容器的电容C是确定的,与电荷量Q和电压U无关,故A项正确,BC两项错误;由Q=CU,电荷量Q与电压U成正比,故D项错误。
2.D 该超级电容器充满一次电所带的电荷量Q=CU=3 000×2.7 C=8 100 C,故A项错误;该玩具汽车电动机额定状态下工作时电流I=P额U额=2.72.7 A=1 A,该超级电容器充满一次电最多可供玩具汽车连续运动的时间t=10935×80%×85%2.7×1 s=2 754 s=45.9 min,故BC两项错误;该玩具汽车电动机额定状态下工作10 min所做机械功W机=2.7×1×10×60×85% J=1 377 J,故D项正确。
带电粒子在电场中的运动
1.D 由牛顿第二定律,电子在偏转电极YY'间运动的加速度a=Fm=eUmd,故AB两项错误;电子在偏转电极YY'间运动l=v0t,y=12at2,联立解得偏移距离y=12·eUmd·lv02=eUl22mdv02,故C项错误,D项正确。
2.A AB两项带正电的粒子运动方向与静电力方向相同,静电力均做正功,但A项带电粒子从电场线疏的一端移动到密的一端,电场强度变大,静电力变大,加速度也随之变大,B项则相反,故A项正确,B项错误;CD两项带正电的粒子运动方向与静电力方向相反,其静电力做负功,故CD两项错误。
3.C 电场中沿着电场线方向电势逐渐降低,从A到B带电粒子的电势降低,故A项错误;匀强电场中各点的电场强度大小相等,故B项错误;带电粒子初速度为零,只在静电力作用下从A运动到B,则粒子动能增加,电势能减少,故C项正确,D项错误。
4.C 电场线向下,油滴带负电,因此所受静电力方向竖直向上,静电力对油滴做负功,电势能增加,故AD两项错误,C项正确;沿电场线方向电势降低,则油滴从高电势向低电势运动,故B项错误。
5.C 平行金属板间的电场为匀强电场,则从A到B电场强度不变,带电粒子只在静电力作用下沿虚线从A运动到B,由图示粒子运动轨迹可知,粒子向上运动,说明粒子受力沿电场线方向,粒子带正电,故AB两项错误;从A点运动到B点过程中静电力做正功,粒子电势能减小,粒子的动能增加,故C项正确,D项错误。
6.(1)该微粒带负电 (2)mgE (3)12g,方向竖直向下 【解析】(1)微粒静止悬浮,故受力平衡,受向上的静电力和向下的重力,而电场方向向下,则微粒带负电。(2)根据力的平衡条件可得mg=qE,得q=mgE。(3)根据牛顿第二定律可得2mg-qE=2ma,得a=12g,方向竖直向下。
A
B
C
D
A
B
C
D
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