2025届高考物理一轮复习专题训练 电势能与电势差

这是一份2025届高考物理一轮复习专题训练 电势能与电势差，共17页。试卷主要包含了单选题，多选题，填空题，计算题等内容，欢迎下载使用。

一、单选题
1．一电子在电场中做圆周运动，从某时刻开始计时，在时间内，该粒子的动能和电势能随时间的变化分别如图中A、B图线所示，其中图线A与横轴平行，则该电子在时间内( )
A.速度不变B.合力不变C.电场力做负功D.刚好运动一周
2．图甲是一种静电除尘装置图，图乙为其俯视图，固定在玻璃瓶中心的竖直铜线A与起电机负极相连，包裹在玻璃瓶周围的铜片B与起电机正极相连。图乙中P、Q为一带负电的尘埃颗粒运动轨迹上的两点，忽略颗粒重力和颗粒间的相互作用，颗粒运动过程中电荷量不变。下列说法正确的是( )
A.P点电势比Q点电势高
B.颗粒在P点速度比Q点速度大
C.颗粒在P点电势能比Q点电势能大
D.铜片B表面的电场线可能与其表面不垂直
3．据媒体报道，科学家发明了一种新型超级电容器，能让手机几分钟内充满电。若用该种电容器给手机电池充电，下列说法正确的是( )
A.该电容器给手机电池充电时，电容器的电容变大
B.该电容器给手机电池充电时，电容器存储的电能变少
C.该电容器给手机电池充电时，电容器所带的电荷量可能不变
D.充电结束后，电容器的电容为零
4．让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物由静止开始经过同一加速电场加速，然后在同一偏转电场里偏转，最后都从偏转电场右侧离开，图中画出了其中一种粒子的运动轨迹，下列说法正确的是( )
A.在加速电场中运动时间最长的是一价氢离子
B.经加速电场加速度后动能最小的是二价氦离子
C.在偏转电场中三种离子的加速度之比为1：4：2
D.在加速和偏转过程中三种离子的轨迹都重合
5．如图所示，平行板电容器与电动势为的直流电源（内阻不计）连接，下极板接地，静电计所带电荷量很少，可被忽略.一带负电油滴被固定于电容器中的P点.现将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离，则( )
A.平行板电容器的电容将变大
B.静电计指针张角变小
C.带电油滴的电势能将增加
D.若先将上极板与电源正极的导线断开，再将下极板向下移动一小段距离，则带电油滴静止不动
6．如图所示，静电场中有三条虚线a、b、c，实线为一带正电的质点仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，P、Q是这条轨迹上的两点，据此可知( )
A.若三条虚线是电场线，则带电质点在P点具有的电势能比在Q点的小
B.若三条虚线是等差等势面，则带电质点在P点具有的动能比在Q点的大
C.若三条虚线是电场线，带电质点在P时的加速度比Q点时小
D.若三条虚线是等差等势面，带电质点一定是从P点向Q点运动
7．某带电体产生电场的a、b、c、d等势面分布如图中实线所示，电势分别为（），虚线为某带电粒子仅在静电力作用下的运动轨迹，M、N为运动轨迹与等势面b、a的交点，已知粒子所带电荷量的大小为q，它经过M点时的动能为。下列说法中正确的是( )
A.粒子在M点的加速度大于在N点的加速度
B.粒子带正电
C.粒子从M点运动到N点的过程中，电势能先增大后减小
D.粒子经过N点时的动能为
8．以下关于教材插图的说法正确的是( )
A.甲图中左为验电器，右为静电计，静电计不能检验物体是否带电
B.利用乙图仪器探究带电小球间库仑力大小相关因素时需要测出小球电荷量
C.丙图中高压设备间发生了尖端放电，为避免此现象则设备表面应尽量光滑
D.丁图所示的器材为电容器，其电容为1.0F，击穿电压为5.5V
9．如图所示，在直角坐标系xOy中有四点，c点坐标为.现加上一方向平行于xOy平面的匀强电场，d点电势为8V。将一电荷量为的点电荷从a点移动到d点，电场力做的功为。将其从d点移动到b点，电场力做的功为。下列说法不正确的是( )
A.匀强电场的方向沿x轴正方向
B.坐标原点O的电势为0
C.该点电荷在c点的电势能为
D.电场强度的大小为200V/m
10．如图所示，四个质量均为m、带电荷量均为的微粒a、b、c、d距离地面的高度相同，以相同的水平速度被抛出，除了a微粒没有经过电场外，其他三个微粒均经过电场强度大小为E的匀强电场（），这四个微粒从被抛出到落地所用的时间分别是，不计空气阻力，则( )
A.B.C.D.
11．如图所示，在平行板电容器两板间有一个带电微粒。开关S闭合时，该微粒恰好能保持静止。若使该带电微粒向上运动，下列说法正确的是( )
A.保持S闭合，极板N上移B.保持S闭合，极板M上移
C.充电后将S断开，极板N上移D.充电后将S断开，极板M上移
12．如图所示，水平放置的平行板电容器上极板带正电，所带电荷量为Q，板间距离为d，上极板与静电计金属球相连，静电计金属外壳和电容器下极板都接地。在两极板正中间P点有一个静止的带电油滴，现将电容器的上极板竖直向上移动一小段距离。下列说法正确的是( )
A.油滴带正电B.静电计指针张角不变
C.油滴向上运动D.P点的电势不变
二、多选题
13．某区域的电场线分布如图所示，电场中有A、B两点.设A、B两点的电场强度大小分别为、，电势分别是、，则下列判断正确的是( )
A.B.C.D.
14．控制带电粒子的运动在现代科学实验、生产生活、仪器电器等方面有广泛的应用。现有这样一个简化模型：如图所示，在xOy平面的第一象限存在沿y轴正方向的匀强电场，第二象限内M、N两个平行金属板之间的电压为U。一质量为m、电荷量为的带电粒子（不计粒子重力）从靠近M板的S点由静止开始做加速运动，粒子从y轴上的点垂直于y轴向右射入电场，然后从x轴上的点离开电场进入第四象限，下列说法正确的是( )
A.粒子运动到P点射入电场的速度大小为
B.匀强电场的电场强度大小为
C.若仅将带电粒子电荷量变为，粒子仍从A点射出
D.若仅将带电粒子电荷量变为，粒子从x轴上离开电场时的速度大小为
15．在电场方向水平向右的匀强电场中，一带电小球从A点竖直向上抛出，其运动的轨迹如图所示，小球运动的轨迹上A、B两点在同一水平线上，M为轨迹的最高点，小球抛出时的动能为8J，在M点的动能为6J，不计空气的阻力，则下列判断正确的是( )
A.小球水平位移与的比值为1:3
B.小球水平位移与的比值为1:4
C.小球落到B点时的动能为32J
D.小球从A点运动到B点的过程中最小动能为6J
三、填空题
16．如图所示，带箭头的线表示某一电场的电场线.在电场力作用下，一带电粒子（不计重力）经A点飞向B点，径迹如图中虚线所示，试判断：
（1）粒子带________电；
（2）粒子在________点加速度大；
（3）粒子在________点动能大；
（4）两点相比，________点电势高.
17．夏季某日，永安某地区距地面一定高度的空中有两朵相距3km的足够大的乌云，受湿气流影响，两块云团正在以5m/s的相对速度靠近，不断与空气摩擦带电。设两云团之间电势差保持不变，已知空气电离的电场强度（即发生放电时的电场强度）为，云团间的电场可视为匀强电场，则两团云相距________m时会发生放电现象，距此时大约再经过________S将会发生放电现象；在这次放电中，若从一块云团移到另一块云团的电量为500C，闪电历时，则此过程中的平均电流强度为________A。
四、计算题
18．如图所示，在P处有一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子，粒子自A板小孔进入A、B平行板间的加速电场从静止加速后，水平进入静电解题思路器中，静电解题思路器中存在着如图所示的辐向电场，电场线沿半径方向，指向圆心O，粒子在该电场中沿图示虚线恰好做匀速圆周运动，从辐向电场射出后，竖直向下沿平行板C、D间的中线射入两板间的匀强电场。已知静电解题思路器中粒子运动轨迹处电场强度的大小为E，粒子运动轨迹的半径为R，A、B两板间的距离为d，C、D两板长均为2L，C、D两板间的距离为L，粒子重力不计。
(1)求A、B两板间的电压；
(2)若要使粒子能从C、D两板下方飞出，则C、D两板间的偏转电压应满足什么条件？
(3)求粒子从P点出发至从C、D两板下方飞出的过程中运动的总时间。
参考答案
1．答案：C
解析：由图可知电子做匀速圆周运动，虽然速度大小不变，但是方向时刻改变，故速度在改变，选项A错误；合力提供向心力指向圆心，故合力在变化，选项B错误；由图可知电子的电势能在不断增大，电场力做负功，选项C正确；电子运动一周后电势能与初始状态相同，选项D错误.
2．答案：C
解析：A.由于A带负电，B带正电，根据沿电场方向电势降低，可知离A越近电势越低，离B越近电势越高，则P点电势比Q点电势低，故A错误；BC.轨迹弯向合外力方向，所以受到的电场力指向正电荷，粒子带负电，根据可知，在P点电势能比Q点电势能大，根据能量守恒可知，P点动能比Q点动能小，P点速度比Q点速度小，故B错误，C正确；D.导体表面是等势面，所以电场线与铜片B表面垂直，故D错误。故选C。
3．答案：B
解析：AD.电容是描述电容器的容纳电荷的本领大小的物理量，与电容器的电压及电量无关，故AD错误；BC.当该电容器给手机电池充电时，电容器存储的电荷量减小，则电能变少，C错误，B正确。故选B。
4．答案：D
解析：
B.设加速电压为，加速过程根据动能定理有
可得
知加速后动能最小的离子是一价离子，故B错误；
A.设加速电板间距离为L，在加速电场中运动时间
根据荷质比可知，加速时间最长的是一价氦离子，故A错误；
C.设偏转电板间距离为d，偏转过程做平抛运动，则有
知三种离子加速度之比为
故C错误；
D.在加速电场中，受力方向相同，做直线运动，轨迹相同；在偏转电场中，当水平位移为x时偏转轨迹为
可知偏转轨迹与q、m无关，三种离子轨迹重合，故D正确。
故选D。
5．答案：D
解析：A.现将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离，导致极板间距增大，根据知，d增大，则电容减小，A错误；
B.静电计测量的是电容器两端的电势差，因为电容器始终与电源相连，则电势差不变，所以静电计指针张角不变，B错误；
C.电势差不变，d增大，则电场强度减小，P点与上极板的电势差减小，则P点的电势增大，因为该油滴带负电荷，则电势能减小，C错误；
D.若先将电容器上极板与电源正极的导线断开，则电荷量不变，d改变，根据知电场强度不变，则油滴所受电场力不变，D正确。
故选D。
6．答案：A
解析：AC.若三条虚线是电场线，假设带正电的质点是从Q到P，根据曲线运动的特点，可知，带正电的质点受到的电场力方向，大致向右，故电场线方向也大致向右，根据沿着电场线方向电势不断降低，可知P点电势比Q点低，所以带正电质点在P点具有的电势能比在Q点的小；根据电场线的疏密程度表示电场强度的大小，可知，P点的电场线更密，故带正电质点在P点的加速度比Q点的大，故A正确，C错误；
BD.若三条虚线是等差等势面，假设带正电的质点是从Q到P，根据电场线垂直等势面和曲线运动的特点，可知，带正电的质点受到的电场力方向，大致向下，故电场线方向也大致向下，根据沿着电场线方向电势不断降低，可知Q点电势比P点低，则带正电的质点在Q点的电势能比P点小，动能比P点大；由题意无法确定粒子是从P到Q，还是Q到P，故BD错误。
故选A。
7．答案：C
解析：A.由题意可知四个等势面为等差等势面，N点的等势面比M点的等势面密集，所以N点的电场强度大于M点的电场强度，由于粒子仅受静电力作用，所以粒子在N点的加速度大于在M点的加速度，故A错误；B.由于电场线与等势线（面）垂直，结合四个等势面的电势分布情况，在M点作b等势面的垂线，如图所示
由曲线运动特点可知，粒子所受电场力与电场强度方向相反，则粒子带负电，故B错误；C.由粒子运动轨迹可以判断粒子与带电体间存在斥力，粒子在运动过程中，静电力先做负功后做正功，所以粒子的电势能先增大后减小，故C正确；D.由到过程中静电力对粒子做正功，由动能定理有解得故D错误。故选C。
8．答案：C
解析：A.甲图中左为验电器，右为静电计，静电计也能检验物体是否带电，选项A错误；B.利用乙图仪器探究带电小球间库仑力大小相关因素时只需要知道小球带电量的关系，不需要测出小球电荷量，选项B错误；C.高压电气设备的金属元件，表面有静电，尖锐的地方更容易积累更多的电荷，金属元件表面要很光滑，这样做的目的是避免尖端放电，故C正确；D.丁图所示的器材为电容器，其电容为1.0F，额定电压为5.5V，选项D错误；故选C。
9．答案：C
解析：B.由电场力做功公式有
得
则
同理，由
得
则
匀强电场中同一方向上距离相同，电势降落相同，可知
故B正确；
C.根据电势能计算公式有
故C错误；
AD.是等电势的两点，位于同一等势面上，故匀强电场的方向沿x轴正方向，则有
故AD正确。
本题选择错误选项；
故选C。
10．答案：B
解析：设四个微粒抛出时距地面的高度为h，微粒a、d在竖直方向均做自由落体运动，由
可得落地时间为
微粒b受电场力向下，做类平抛运动，微粒c受电场力向上，但由于重力较大，仍做类平抛运动，由牛顿第二定律分别可得
类比微粒a可得，落地时间分别为
则有
故选B。
11．答案：A
解析：A、保持S闭合，电容器的电压不变，上移极板N时，极板间距离减小，根据解题思路可知，板间场强增大，微粒受到的电场力增大，则微粒将向上运动，故A正确;B、保持S闭合，电容器的电压不变，上移极板M时，极板间距离增大，根据解题思路可知，板间场强减小，微粒受到的电场力减小，则微粒将向下运动，故B错误;CD、充电后将S断开，电容器的电荷量Q不变。根据电容的决定式，电容的定义式以及，得，可知只改变板间距离时，板间场强不变，微粒受到的电场力不变，则微粒将静止不动，故CD错误;故选:A。
12．答案：D
解析：A.根据题意可知，油滴受电场力向上，带负电，故A错误；
B.由公式可知，若上极板竖直向上移动一小段距离，d变大，则C变小，由于极板上的电荷量不变，则由可知，U变大，静电计指针张角变大，故B错误；
CD.由公式、和可得
可知，E不变，油滴不动，由于P与下极板的距离不变，则P与下极板的电势差不变，则P点的电势不变，故C错误，D正确。
故选D。
13．答案：AD
解析：由电场线的特点，电场线越密集，场强越大，所以；沿着电场线方向，电势降低，所以；所以AD正确，BC错误；故选AD.
14．答案：ABC
解析：设粒子运动到P点射入电场的速度大小为，由动能定理得，可得粒子运动到P点射入电场的速度大小，选项A正确；粒子在第一象限的匀强电场中做类平抛运动，则水平方向有，竖直方向有，根据牛顿第二定律有，得电场强度的大小，选项B正确；若仅将带电粒子电荷量变为，粒子从x轴离开电场的过程中，有，，得，粒子仍从A点射出，选项C正确；若仅将带电粒子电荷量变为，粒子从x轴离开时y轴方向的分速度，粒子从x轴离开电场的速度，选项D错误。故选ABC。
15．答案：AC
解析：AB.将小球的运动沿水平和竖直方向正交分解，水平分运动为初速度为零的匀加速直线运动。竖直分运动为竖直上抛运动，所以从A到M和从M到B点所用时间相等。对于初速度为零的匀加速直线运动，在连续相等的时间间隔内位移之比为1:3，则小球水平位移与的比值为1:3，故A正确，B错误；
C.设物体在B动能为，水平分速度为，竖直分速度为，
由竖直方向运动对称性知：
，
对于水平分运动运用动能定理得：
，
，
由A可知，
解得：
，
故
故C正确；
D.小球受力如图所示：
小球受到的合外力为重力和电场力的合力，为恒力，在A点时，合力与速度之间的夹角为钝角，在M点时，合力与速度之间的夹角为锐角，即合力先做负功后做正功，小球的动能先减小后增大，小球从M到B的过程，合力一直做正功，动能一直增大。则小球从A运动到B的过程中最小动能一定小于6J，故D错误。
故选：AC。
16．答案：（1）负（2）B（3）A（4）A
解析：（1）（2）（3）（4）根据运动轨迹来判定电场力方向，由曲线运动条件可知合力偏向曲线内侧，故粒子从A到B，电场力对粒子做负功，因此粒子带负电；由于B点的电场线密，所以B点的电场力大，则B点的加速度较大；粒子从A到B，电场力对粒子做负功，电势能增加，导致动能减少；沿着电场线电势降低，所以A点的电势高.
17．答案：1000；400；50000
解析：由
可得两团云发生放电现象时，相距
发生放电现象时，已经过
此过程中的平均电流强度为
18．答案：(1)
(2)
(3)
解析：（1）依题可知，粒子在辐向电场中做圆周运动时，电场力提供向心力，有
粒子在A、B两板间做加速运动时，有
联立解得
（2）粒子在偏转电场中做类平抛运动，故水平位移
竖直方向位移
由牛顿第二定律可知，在偏转电压为的电场中的加速度
粒子能从C、D两板下方离开时满足
联立可得
（3）由匀变速直线运动规律可知，粒子在A、B两板间运动的时间
粒子在静电解题思路器中运动的时间
粒子在偏转电场中运动的时间
飞行总时间
联立解得
故可得飞行总时间