高考物理复习 课时过关题23 电场能的性质（含答案解析）

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2020(人教版)高考物理复习 课时过关题23 电场能的性质1.如图所示，椭圆ABCD处于一匀强电场中，椭圆平面平行于电场线，AC、BD分别是椭圆的长轴和短轴，已知电场中A、B、C三点的电势分别为φA=14 V、φB=3 V、φC=－7 V，由此可得D点的电势为(　　)A．8 V         B．6 V         C．4 V         D．2 V  2.一个正点电荷固定在正方形的一个顶点D上，另一个带电粒子射入该区域时，恰好能经过正方形的另外三个顶点A、B、C，粒子运动轨迹如图所示，下列说法正确的是(　　)A．根据轨迹可判断该带电粒子带正电B．粒子经过A、B、C三点速率大小关系是vB>vA=vCC．粒子在A、B、C三点的加速度大小关系是aA=aC>aBD．A、C两点的电场强度相同  3.如图所示为电场中的一条电场线，在该电场线上有a、b两点，用Ea、Eb分别表示这两处的电场强度的大小，则(　　)A．a、b两点的电场强度方向相反B．因为电场线由a指向b，所以Ea>EbC．因为电场线是直线，所以Ea=EbD．因不清楚a、b两点附近的电场线分布情况，所以不能确定Ea、Eb的大小关系  4.如图甲所示，a、b是一条竖直电场线上的两点，一带正电小球从a点运动到b点的速度—时间图象如图乙所示，不计空气阻力，则下列判断正确的是(　　) A．该电场的方向竖直向下B．ab中点的电场强度为0C．小球从a点运动到b点的过程中，电势能一直减小D．小球从a点运动到b点的过程中，机械能先增大后减小  5.如图所示，在两等量异种点电荷连线上有D、E、F三点，且DE=EF，K、M、L分别为过D、E、F三点的等势面．一不计重力的带负电粒子，从a点射入电场，运动轨迹如图中实线所示，以|Wab|表示该粒子从a点到b点电场力做功的数值，以|Wbc|表示该粒子从b点到c点电场力做功的数值，则(　　)A．|Wab|=|Wbc|B．|Wab|<|Wbc|C．粒子由a点到b点，动能减少D．a点的电势较b点的电势低  6.如图所示，匀强电场的方向平行于xOy坐标系平面，其中坐标原点O处的电势为2 V，a点的坐标为(0,4)，电势为8 V，b点的坐标为(3,0)，电势为8 V，则电场强度的大小为(　　)A．250 V/m         B．200 V/m         C．150 V/m          D．120 V/m  7.如图，三个固定的带电小球a、b和c，相互间的距离分别为ab=5 cm，bc=3 cm，ca=4 cm.小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线．设小球a、b所带电荷量的比值的绝对值为k，则(　　)A．a、b的电荷同号，k=        B．a、b的电荷异号，k=C．a、b的电荷同号，k=        D．a、b的电荷异号，k=  8.在维护和检修高压供电线路时，为了不影响城市用电，电工经常要在高压线上带电作业．为了保障电工的安全，电工全身要穿上用金属丝线编织的衣服(如图甲)．图乙中电工站在高压直流输电线的A供电线上作业，其头顶上方有B供电线，B供电线的电势高于A供电线的电势．虚线表示电工周围某一截面上的等势面，c、d、e、f是不同等势面上的四个点，以下说法中正确的是(　　)A．在c、d、e、f四点中，c点的电场最强B．在c、d、e、f四点中，f点的电势最高C．若将某电子由c移到f，其电势能将增大D．将电子在d点由静止释放，它会向e点所在等势面运动  9.如图所示，在空间中存在竖直向上的匀强电场，质量为m、电荷量为＋q的物块从A点由静止开始下落，加速度为g，下降高度H到B点后与一轻弹簧接触，又下落h后到达最低点C，整个过程中不计空气阻力，且弹簧始终在弹性限度内，重力加速度为g，则带电物块在由A点运动到C点过程中，下列说法正确的是(　　 )A．该匀强电场的电场强度为B．带电物块和弹簧组成的系统机械能减少量为C．带电物块电势能的增加量为mg(H＋h)D．弹簧的弹性势能的增加量为  10.如图所示，一边长为L的立方体绝缘体上均匀分布着电荷量为Q的电荷，在垂直于左右面且过立方体中心O的轴线上有a、b、c三个点，a和b、b和O、O和c间的距离均为L，在a点处固定有一电荷量为q(q<0)的点电荷．已知b点处的场强为零，则c点处场强的大小为(k为静电力常量)(　　)A．k         B．k        C．k         D．k 11. (多选)如图所示，空间分布着匀强电场，场中有与电场方向平行的四边形ABCD，其中M为AD的中点，N为BC的中点．将电荷量为＋q的粒子，从A点移动到B点，电势能减小E1；将该粒子从D点移动到C点，电势能减小E2.下列说法正确的是(　　)A．D点的电势一定比A点的电势高B．匀强电场的电场强度方向必沿DC方向C．若A、B之间的距离为d，则该电场的电场强度的最小值为D．若将该粒子从M点移动到N点，电场力做的功为 12. (多选)图中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面，已知平面b上的电势为2 V．一电子经过a时的动能为10 eV，从a到d的过程中克服电场力所做的功为6 eV.下列说法正确的是(　　)A．平面c上的电势为零B．该电子可能到达不了平面fC．该电子经过平面d时，其电势能为4 eVD．该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍 13.如图所示,水平绝缘粗糙的轨道AB与处于竖直平面内的半圆形绝缘光滑轨道BC平滑连接,半圆形轨道的半径R=0.4 m,在轨道所在空间存在水平向右的匀强电场,电场线与轨道所在的平面平行,电场强度E=1.0×104 N/C。现有一电荷量q=+1.0×10-4 C,质量m=0.1 kg的带电体(可视为质点),在水平轨道上的P点由静止释放,带电体恰好能通过半圆形轨道的最高点C,然后落至水平轨道上的D点。g取10 m/s2。试求:(1)带电体运动到圆形轨道B点时对圆形轨道的压力大小;(2)D点到B点的距离xDB;(3)带电体在从P开始运动到落至D点的过程中的最大动能。                  
答案解析1.答案为：C；解析：A、B、C、D顺次相连将组成菱形，由匀强电场的特点可知，φA－φB=φD－φC或φA－φD=φB－φC，解得φD=4 V，选项C正确．]  2.答案为：C；解析：根据运动轨迹可判断该带电粒子带负电，A错误；粒子从A到B到C，电场力先做负功后做正功，速率先减小后增大，B错误；加速度的大小关系为aA=aC>aB，C正确；A、C两点的电场强度大小相等，方向不同，D错误．]  3.答案为：D；解析：由电场线方向可知，a、b两点的电场强度方向都向右，A选项错误；仅一条电场线无法比较电场线的疏密程度和电场强度大小关系，B、C选项错误，D选项正确．  4.答案为：C；解析：带正电小球从a点运动到b点，速度先增大后减小，说明加速度先向上后向下，说明电场力向上，则电场线的方向向上，电场强度大小逐渐减小，A错误；t0时刻有最大速度，说明此时加速度为零，由图可知加速度为零的点位于ab的中点，此时电场力大小Eq=mg，电场强度不为零，B错误；小球由a到b过程中，电场力一直做正功，电势能一直减小，机械能增加，C正确，D错误．  5.答案为：C；解析：由等量异种点电荷的电场线特点可知靠近电荷处电场强度大，类比公式U=Ed知|Uab|>|Ubc|，而W=qU，所以|Wab|>|Wbc|，则A、B均错误；从带负电粒子的运动轨迹可知该粒子从a点到c点受到大体向左的作用力，故左侧为正电荷，从左向右电势降低，则D错误；粒子由a点到b点，电场力做负功，电势能增加，动能减少，则C正确．]  6.答案为：A；解析：因为φa=φb=8 V，所以ab是一条等势线，电场强度的方向与ab垂直，斜向下，∠Oba=53°，由U=Ed=E·Obsin 53°，解得E=250 V/m，A正确．]  7.答案为：D解析：由于小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线，根据受力分析知，a、b的电荷异号．根据库仑定律，a对c的库仑力为Fa=k0　　　　①b对c的库仑力为Fb=k0　 ②设合力向左，如图所示，根据相似三角形，得= 　③联立①②③式得k===. 8.答案为：C；解析：由于B供电线的电势高于A供电线的电势，在c、d、e、f四点中，c点的电势最高，而等势面在f点处更密集，故f点的电场最强，故A、B错误．由于c点电势高于f点，而电子带负电，故将其从c移到f，电势能增大，故C正确．由于c、d、e、f四点所在等势面电势依次降低，故将某电子在d点由静止释放，它会向c点所在等势面运动，故D错误．  9.答案为：D；解析：带电物块由静止开始下落时的加速度为g，根据牛顿第二定律得：mg－qE=ma，解得：E=，故A错误；从A到C的过程中，除重力和弹簧弹力以外，只有电场力做功，电场力做功为：W=－qE(H＋h)=－，可知机械能减少量为，电势能增加量为，故B、C错误；根据动能定理得：mg(H＋h)－＋W弹=0，解得弹力做功为：W弹=－，即弹簧弹性势能增加量为，故D正确．]  10.答案为：D；解析：电荷Q在b点和c处产生的场强大小相等，方向相反，根据b点处的场强为零，可知Q带负电，且=，在c点处，两电荷产生的场强方向均向左，Ec=＋=k=k，D正确． 11.答案为：CD；解析：根据题述，将电荷量为＋q的粒子从A点移动到B点，电势能减小E1，可知电场力做的功W1=E1，A点电势高于B点电势，且A、B两点间电势差为U1=，将电荷量为＋q的粒子从D点移动到C点，电势能减小E2，可知电场力做的功W2=E2，D点电势高于C点电势，且D、C两点间电势差为U2=，不能判断出D点的电势一定比A点的电势高，也不能判断出匀强电场的方向必沿DC方向，选项AB错误；若A、B之间的距离为d，电场方向沿AB方向，则该电场的电场强度最小，由E=可知电场强度最小值为Emin==，选项C正确；根据在匀强电场中沿两平行线等长距离电势差相等，可知M、N两点之间的电势差为U=(U1＋U2)=(E1＋E2)，若将电荷量为＋q的粒子从M点移动到N点，电场力做的功为W=qU=(E1＋E2)，选项D正确． 12.答案为：AB；解析：A对：因等势面间距相等，由U=Ed得相邻虚线之间电势差相等，由a至d，eUad=6 eV，故Uad=6 V；各虚线电势如图所示，因电场力做负功，故电场方向向右，沿电场线方向电势降低，φc=0.B对：因电子的速度方向未知，若不垂直于等势面，如图中实线所示，电子可能到达不了平面f.C错：经过d时，电势能Ep=eφd=2 eV.D错：由a到b，Wab=Ekb－Eka=－2 eV，所以Ekb=8 eV；由a到d，Wad=Ekd－Eka=－6 eV，所以Ekd=4 eV；则Ekb=2Ekd，根据Ek=mv2知v0=vd. 13.解：(1)设带电体通过C点时的速度为vC,依据牛顿第二定律有mg=m,解得vC=2.0m/s。设带电体通过B点时的速度为vB,设轨道对带电体的支持力大小为FB,带电体在B点时,根据牛顿第二定律有FB-mg=m。带电体从B运动到C的过程中,依据动能定理有-mg×2R=联立解得FB=6.0N,根据牛顿第三定律,带电体对轨道的压力FB'=6.0N。(2)设带电体从最高点C落至水平轨道上的D点经历的时间为t,根据运动的分解有2R=gt2,xDB=vCt-t2联立解得xDB=0。(3)由P到B带电体做加速运动,故最大速度一定出现在从B经C到D的过程中,在此过程中只有重力和电场力做功,这两个力大小相等,其合力与重力方向成45°夹角斜向右下方,故最大速度必出现在B点右侧对应圆心角为45°处。设小球的最大动能为Ekm,根据动能定理有qERsin45°-mgR(1-cos45°)=Ekm-,代入数据解得Ekm=1.17J。