2018年高考考点完全题物理考点通关练：考点25 电场的力的性质 Word版含解析

这是一份2018年高考考点完全题物理考点通关练：考点25 电场的力的性质 Word版含解析，共19页。试卷主要包含了基础与经典，真题与模拟等内容，欢迎下载使用。

考点25　电场的力的性质
考点名片
考点细研究：本考点命题要点：(1)电荷守恒、静电现象及解释；(2)点电荷、库仑定律；(3)电场强度、电场线、电场强度的叠加。其中考查到的如：2016年全国卷Ⅰ第20题，2016年全国卷Ⅱ第15题，2016年浙江高考第19题，2016年江苏高考第3题，2016年浙江高考第15题，2015年全国卷Ⅱ第14题、2015年山东高考第18题、2015年安徽高考第20题、2015年广东高考第21题、2015年江苏高考第2题、2015年浙江高考第16题、2014年浙江高考第19题、2014年福建高考第20题。
备考正能量：本考点内容比较抽象，一般以电场线为依托，重点考查对电场强度概念的理解和应用，试题多以选择题形式出现，有时结合微元法、对称的思想考查对电场强度的理解。


一、基础与经典
1．使两个完全相同的金属小球(均可视为点电荷)分别带上－3Q和＋5Q的电荷后，将它们固定在相距为a的两点，它们之间库仑力的大小为F1。现用绝缘工具使两小球相互接触后，再将它们固定在相距为2a的两点，它们之间库仑力的大小为F2。则F1与F2之比为(　　)
A．2∶1 B．4∶1 C．16∶1 D．60∶1
答案　D
解析　由库仑定律有F1＝k＝k，相同球接触后分开，电荷先中和后平分，带电量均变为＋Q，而距离变为原来2倍，F2＝＝，故＝，D选项正确。
2. 如图所示，在水平向右、大小为E的匀强电场中，在O点固定一电荷量为Q的正电荷，A、B、C、D为以O为圆心、半径为r的同一圆周上的四点，B、D连线与电场线平行，A、C连线与电场线垂直。则(　　)

A．A点的电场强度大小为
B．B点的电场强度大小为E－k
C．D点的电场强度大小不可能为0
D．A、C两点的电场强度相同
答案　A
解析　＋Q在A点的电场强度沿OA方向，大小为k，所以A点的合电场强度大小为，A正确；同理，B点的电场强度大小为E＋k，B错误；如果E＝k，则D点的电场强度为0，C错误；A、C两点的电场强度大小相等，但方向不同，D错误。

3．在匀强电场中，将一质量为m、电荷量为q的小球由静止释放，带电小球的运动轨迹为一直线，该直线与竖直方向的夹角为θ，如图所示。则匀强电场的场强大小为(　　)


A．最大值是 B．最小值为
C．唯一值是 D．以上都不对
答案　B
解析　依题意，带电小球所受合力方向与竖直方向的夹角为θ，根据平行四边形定则可知，当电场力方向与合力方向垂直时，场强最小，如图所示。则sinθ＝，所以Emin＝，选项B正确。又由图可知场强的取值不是唯一而且没有最大值，所以A、C、D错误。

4. 如图所示，三个点电荷q1、q2、q3在同一条直线上，q2和q3的距离为q1和q2距离的两倍，每个点电荷所受静电力的合力为零。由此可以判断，三个点电荷的电荷量之比q1∶q2∶q3为(　　)

A．(－9)∶4∶(－36) B．9∶4∶36
C．(－3)∶2∶(－6) D．3∶2∶6
答案　A
解析　由三电荷平衡模型的特点“两同夹异、两大夹小”可知，q1和q3为同种电荷，它们与q2互为异种电荷，设q1和q2距离为r，则q2和q3的距离为2r，对于q1有＝，则有＝，对q3有＝，所以＝，考虑到各电荷的电性，A正确。
5. 如图所示，表示在一个电场中的a、b、c、d四点分别引入检验电荷时，测得检验电荷所受的电场力跟电荷量间的函数关系图象，那么下列说法中正确的是(　　)

A．该电场是匀强电场
B．a、b、c、d四点场强的大小关系是Ed>Ea>Eb>Ec
C．a、b、c、d四点场强的大小关系是Ea>Eb>Ec>Ed
D．无法判断a、b、c、d四点场强的大小关系
答案　B
解析　因为E＝，所以F­q图象中斜率的绝对值表示场强的大小，所以a、b、c、d四点场强大小关系为Ed>Ea>Eb>Ec，B选项正确。
6．如图所示，在一条直线上有两个相距0.4 m的点电荷A、B，A带电＋Q，B带电－9Q。现引入第三个点电荷C，恰好使三个点电荷均在电场力的作用下处于平衡状态，则C的带电性质及位置应为(　　)

A．正，B的右边0.4 m处
B．正，B的左边0.2 m处
C．负，A的左边0.2 m处
D．负，A的右边0.2 m处
答案　C
解析　要使三个电荷均处于平衡状态，必须满足“两同夹异”“两大夹小”的原则，所以选项C正确。
7. (多选)如图所示，A、B两球所带电荷量均为2×10－5 C，质量均为0.72 kg，其中A球带正电荷，B球带负电荷，且均可视为点电荷。A球通过绝缘细线吊在天花板上，B球固定在绝缘棒一端，现将B球放在某一位置，能使绝缘细线伸直，A球静止且与竖直方向的夹角为30°，则A、B球之间的距离可能为(k＝9×109 N·m2/c2)(　　)

A．0.5 m B．0.8 m C．1.2 m D．2.5 m
答案　AB
解析　对A受力分析，受重力mg、细线的拉力FT、B对A的吸引力F，由分析知，A平衡时，F的最小值为F＝mgsin30°＝，解得r＝1 m，所以两球的距离d≤1 m，A、B正确。
8.
均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场。如图所示，在半球面AB上均匀分布正电荷，总电荷量为q，球面半径为R，CD为通过半球顶点与球心O的轴线，在轴线上有M、N两点，OM＝ON＝2R。已知M点的场强大小为E，则N点的场强大小为(　　)
A. B.－E C.－E D.＋E
答案　B
解析　如果在半球面AB右边补上一个均匀分布正电荷且总电荷量也为q、球面半径也是R的半球面，这样就组成了一个均匀带电的球壳，均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心O处产生的电场，则在M、N点所产生的电场为E0＝＝，由题意知当如图所示的半球面在M点产生的场强为E时，右半球电荷在M点产生的场强大小E′＝E0－E＝－E，由对称性可知，半球在N处的场强大小也为E′，故B正确。
9. 如图所示，Q1和Q2是两个电荷量大小相等的点电荷，MN是两电荷的连线，HG是两电荷连线的中垂线，O是垂足。下列说法正确的是(　　)

A．若两电荷是异种电荷，则OM的中点与ON的中点电势一定相等
B．若两电荷是异种电荷，则O点的电场强度大小，与MN上各点相比是最小的，而与HG上各点相比是最大的
C．若两电荷是同种电荷，则OM中点与ON中点处的电场强度一定相同
D．若两电荷是同种电荷，则O点的电场强度大小，与MN上各点相比是最小的，与HG上各点相比是最大的
答案　B
解析　若两电荷是异种电荷，则OM的中点与ON的中点电势一定不相等，选项A错误。若两电荷是异种电荷，根据两异种电荷电场特点可知，O点的电场强度大小，与MN上各点相比是最小的，而与HG上各点相比是最大的，选项B正确。若两电荷是同种电荷，则OM中点与ON中点处的电场强度大小一定相同，方向一定相反，选项C错误。若两电荷是同种电荷，则O点的电场强度为零，与MN上各点相比是最小的，与HG上各点相比也是最小的，选项D错误。
10．如图甲所示，半径为R的均匀带电圆形平板，单位面积带电量为σ，其轴线上任意一点P(坐标为x)的电场强度可以由库仑定律和电场强度的叠加原理求出：E＝2πkσ方向沿x轴。现考虑单位面积带电量为σ0的无限大均匀带电平板，从其中间挖去一半径为r的圆板，如图乙所示，则圆孔轴线上任意一点Q(坐标为x)的电场强度为(　　)

A．2πkσ0 B．2πkσ0
C．2πkσ0 D．2πkσ0
答案　A
解析　特殊值代入法、极限法是解决这类问题的关键。R→∞时，E＝2πkσ0＝2πkσ0，半径为r的圆板产生的场强E1＝2πkσ0，无穷大的平板挖去半径为r的圆板后，产生的场强E2＝E－E1＝2πkσ0，故A正确。
二、真题与模拟
11．2016·全国卷Ⅰ] (多选)如图，一带负电荷的油滴在匀强电场中运动，其轨迹在竖直面(纸面)内，且相对于过轨迹最低点P的竖直线对称。忽略空气阻力。由此可知(　　)

A．Q点的电势比P点高
B．油滴在Q点的动能比它在P点的大
C．油滴在Q点的电势能比它在P点的大
D．油滴在Q点的加速度大小比它在P点的小
答案　AB
解析　根据带负电的油滴在竖直面内的轨迹可知，油滴所受合外力一定向上，则所受电场力一定向上，且电场力大于重力，故匀强电场的方向竖直向下，Q点的电势比P点高，选项A正确。油滴从P点运动到Q点，根据动能定理，合外力做正功，动能增大，所以油滴在Q点的动能比它在P点的大，选项B正确。油滴从P点运动到Q点，电场力做正功，电势能减小，油滴在Q点的电势能比它在P点的小，选项C错误。由于带电油滴所受的电场力和重力均为恒力，所以油滴在Q点的加速度和它在P点的加速度大小相等，选项D错误。
12．2016·全国卷Ⅱ] 如图，P是固定的点电荷，虚线是以P为圆心的两个圆。带电粒子Q在P的电场中运动，运动轨迹与两圆在同一平面内，a、b、c为轨迹上的三个点。若Q仅受P的电场力作用，其在a、b、c点的加速度大小分别为aa、ab、ac，速度大小分别为va、vb、vc。则(　　)

A．aa>ab>ac，va>vc>vb
B．aa>ab>ac，vb>vc>va
C．ab>ac>aa，vb>vc>va
D．ab>ac>aa，va>vc>vb
答案　D
解析　由点电荷电场强度公式E＝k可知，离场源点电荷P越近，电场强度越大，Q受到的电场力越大，由牛顿第二定律可知，加速度越大，由此可知，ab>ac>aa，A、B选项错误；由力与运动的关系可知，Q受到的库仑力指向运动轨迹凹的一侧，因此Q与P带同种电荷，Q从c到b的过程中，电场力做负功，动能减少，从b到a的过程中电场力做正功，动能增加，因此Q在b点的速度最小，由于c、b两点的电势差的绝对值小于a、b两点的电势差的绝对值，因此Q从c到b的过程中，动能的减少量小于从b到a的过程中动能的增加量，Q在c点的动能小于在a点的动能，即有va>vc>vb，D选项正确。
13．2016·浙江高考] (多选)如图所示，把A、B两个相同的导电小球分别用长为0.10 m的绝缘细线悬挂于OA和OB两点。用丝绸摩擦过的玻璃棒与A球接触，棒移开后将悬点OB移到OA点固定。两球接触后分开，平衡时距离为0.12 m。已测得每个小球质量是8.0×10－4 kg，带电小球可视为点电荷，重力加速度g＝10 m/s2，静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2，则(　　)

A．两球所带电荷量相等
B．A球所受的静电力为1.0×10－2 N
C．B球所带的电荷量为4×10－8 C
D．A、B两球连线中点处的电场强度为0
答案　ACD

解析　用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，与A球接触后A球也带正电荷，两球接触后分开，B球也带正电荷，且两球所带电荷量相等，A正确；两球相互排斥，稳定后A球受力情况如图所示，sinθ＝＝0.60，θ＝37°，F库＝mgtan37°＝6.0×10－3 N，B项错误；F库＝k，QA＝QB＝Q，r＝0.12 m，联立得Q＝4×10－8 C，故C项正确；由等量同种点电荷产生的电场的特点可知，A、B两球连线中点处的场强为0，故D项正确。
14．2016·浙江高考] 一金属容器置于绝缘板上，带电小球用绝缘细线悬挂于容器中，容器内的电场线分布如图所示。容器内表面为等势面，A、B为容器内表面上的两点，下列说法正确的是(　　)

A．A点的电场强度比B点的大
B．小球表面的电势比容器内表面的低
C．B点的电场强度方向与该处内表面垂直
D．将检验电荷从A点沿不同路径移到B点，电场力所做的功不同
答案　C
解析　由于A点处电场线比B点处电场线疏，因此A点电场强度比B点小，A项错误；沿着电场线的方向电势逐渐降低，因此小球表面的电势比容器内表面的电势高，B项错误；由于处于静电平衡的导体表面是等势面，电场线垂直于等势面，因此B点的电场强度方向与该处内表面垂直，C项正确；将检验电荷从A点沿不同的路径移到B点，由于A、B两点的电势差恒定，因此电场力做功WAB＝ qUAB相同，D项错误。
15．2016·浙江高考] 如图所示，两个不带电的导体A和B，用一对绝缘柱支持使它们彼此接触。把一带正电荷的物体C置于A附近，贴在A、B下部的金属箔都张开，(　　)

A．此时A带正电，B带负电
B．此时A电势低，B电势高
C．移去C，贴在A、B下部的金属箔都闭合
D．先把A和B分开，然后移去C，贴在A、B下部的金属箔都闭合
答案　C
解析　将一带正电荷的物体C置于A附近，由于静电感应，此时A带负电，B带正电，则A项错误；由于整个导体处于静电平衡状态，即整个导体为等势体，A、B电势相等，B项错误；移去C，由于A、B中正负电荷中和，则贴在A、B下部的金属箔闭合，C项正确；先把A和B分开，然后移去C，此时A带负电，B带正电，贴在A、B下部的金属箔还是张开的，则D项错误。
16．2015·浙江高考] 如图所示为静电力演示仪，两金属极板分别固定于绝缘支架上，且正对平行放置。工作时两板分别接高压直流电源的正负极，表面镀铝的乒乓球用绝缘细线悬挂在两金属极板中间，则(　　)

A．乒乓球的左侧感应出负电荷
B．乒乓球受到扰动后，会被吸在左极板上
C．乒乓球共受到电场力、重力和库仑力三个力的作用
D．用绝缘棒将乒乓球拨到与右极板接触，放开后乒乓球会在两极板间来回碰撞
答案　D
解析　由图可知，右侧金属板与电源正极相连接，带正电，左侧金属板带负电，根据静电感应规律，近端感应出异种电荷，因此乒乓球的左侧感应出正电荷，A错误。乒乓球被扰动后，如果向右摆动会被吸到右板上，B错误。乒乓球共受到悬线的拉力、重力和电场力的作用，C错误。用绝缘棒将乒乓球拨到与右极板接触，乒乓球会带上正电，受到右极板的排斥，向左运动与左极板接触，又带上负电，被左极板排斥向右运动，这样小球就在两极板间来回碰撞，D正确。
17. 2015·山东高考]直角坐标系xOy中，M、N两点位于x轴上，G、H两点坐标如图。M、N两点各固定一负点电荷，一电量为Q的正点电荷置于O点时，G点处的电场强度恰好为零。静电力常量用k表示。若将该正点电荷移到G点，则H点处场强的大小和方向分别为(　　)

A.，沿y轴正向 B.，沿y轴负向
C.，沿y轴正向 D.，沿y轴负向
答案　B
解析　正点电荷在O点时，G点场强为0，即两负点电荷在G点的场强大小为E1＝，方向沿y轴正方向。由对称性知，两负点电荷在H处的场强大小为E2＝E1＝，方向沿y轴负方向。当把正点电荷放在G点时，在H处产生的场强的大小为E3＝，方向沿y轴正方向。所以H处场强大小E＝E2－E3＝，方向沿y轴负方向，选项B正确。
18. 2015·安徽高考]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σ为平面上单位面积所带的电荷量，ε0为常量。如图所示的平行板电容器，极板正对面积为S，其间为真空，带电量为Q，不计边缘效应时，极板可看作无穷大导体板，则极板间的电场强度大小和两极板间相互的静电引力大小分别为(　　)

A.和 B.和
C.和 D.和
答案　D
解析　每个板的电荷密度σ＝，每个板单独在极板间产生的电场E0＝＝，极板间的电场为两个极板单独产生的电场的矢量和，则E＝2E0＝，每个极板受到的静电力F＝QE0＝，选项D正确。
19. 2015·全国卷Ⅱ]如图，两平行的带电金属板水平放置。若在两板中间a点由静止释放一带电微粒，微粒恰好保持静止状态。现将两板绕过a点的轴(垂直于纸面)逆时针旋转45°，再由a点从静止释放一同样的微粒，该微粒将(　　)

A．保持静止状态
B．向左上方做匀加速运动
C．向正下方做匀加速运动
D．向左下方做匀加速运动
答案　D

解析　两平行金属板水平放置时，微粒恰好保持静止状态，其合力为零，对其受力分析，如图1所示，设电容器两板间的电场强度为E，微粒受到竖直向下的重力G和竖直向上的电场力qE，且G＝qE；两平行金属板逆时针旋转45°时，对微粒受力分析，如图2所示，由平行四边形定则可知，微粒所受合力方向斜向左下方，且为恒力，所以微粒向左下方做匀加速运动，选项D正确，选项A、B、C错误。
20. 2015·广东高考](多选)如图所示的水平匀强电场中，将两个带电小球M和N分别沿图示路径移动到同一水平线上的不同位置，释放后，M、N保持静止，不计重力，则(　　)

A．M的带电量比N的大
B．M带负电荷，N带正电荷
C．静止时M受到的合力比N的大
D．移动过程中匀强电场对M做负功
答案　BD
解析　不考虑重力，取整体为研究对象，外力只有匀强电场的电场力，由平衡条件可知M、N所受电场力必等大反向，故M、N必带有等量异种电荷，A错误；隔离出M，若M带正电，N带负电，则M受到N的库仑力和匀强电场力都向右，M受力不平衡，只有M带负电才可能受力平衡，故M带负电，则N带正电，B正确；静止时，M、N所受合力都为0，C错误；因匀强电场对M的电场力方向与M移动方向成钝角，故D正确。

一、基础与经典
21. 如图所示，用一根绝缘细线悬挂一个带电小球，小球的质量为m，电量为q，现加一水平的匀强电场，平衡时绝缘细线与竖直方向夹角为θ。

(1)试求这个匀强电场的场强E大小；
(2)如果将电场方向顺时针旋转θ角、大小变为E′后，小球平衡时，绝缘细线仍与竖直方向夹角为θ，则E′的大小又是多少？
答案　(1)　(2)
解析　(1)对小球受力分析，受到重力、电场力和细线的拉力，如图甲所示。由平衡条件得：mgtanθ＝qE
解得：E＝。

(2)将电场方向顺时针旋转θ角、大小变为E′后，电场力方向也顺时针转过θ角，大小为F′＝qE′，此时电场力与细线垂直，如图乙所示。根据平衡条件得：mgsinθ＝qE′
则得：E′＝。
22. 如图所示，匀强电场方向与水平方向的夹角θ＝30°，斜向右上方，电场强度为E，质量为m的小球带负电，以初速度v0开始运动，初速度方向与电场方向一致。

(1)若小球的带电荷量为q＝，为使小球能做匀速直线运动，应对小球施加的恒力F1的大小和方向如何？
(2)若小球的带电荷量为q＝，为使小球能做直线运动，应对小球施加的最小恒力F2的大小和方向如何？
答案　(1)mg　与水平线夹角为60°，斜向右上方
(2)mg　与水平线夹角为60°，斜向左上方
解析　(1)如图甲所示，欲使小球做匀速直线运动，必使其合外力为零，所以F1cosα＝qEcos30°，F1sinα＝mg＋qEsin30°。解之得α＝60°，F1＝mg。
恒力F1与水平线夹角为60°，斜向右上方。

(2)为使小球能做直线运动，则小球受的合力必和运动方向在一条直线上，故要求力F2和mg的合力和电场力在一条直线上。当F2取最小值时，F2垂直于qE。故F2＝mgsin60°＝mg。方向如图乙所示，与水平线夹角为60°，斜向左上方。
二、真题与模拟
23. 2014·福建高考]如图，真空中xOy平面直角坐标系上的ABC三点构成等边三角形，边长L＝2.0 m。若将电荷量均为q＝＋2.0×10－6 C的两点电荷分别固定在A、B点，已知静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2，求：

(1)两点电荷间的库仑力大小；
(2)C点的电场强度的大小和方向。
答案　(1)9.0×10－3 N　(2)7.8×103 N/C　方向沿y轴正方向
解析　(1)根据库仑定律，A、B两点电荷间的库仑力大小为F＝k①
代入数据得F＝9.0×10－3 N②
(2)A、B点电荷在C点产生的电场强度大小相等，均为
E1＝k③
A、B两点电荷形成的电场在C点的合电场强度大小为E＝2E1cos30°④
由③④式并代入数据得E≈7.8×103 N/C⑤
电场强度E的方向沿y轴正方向。
24．2017·南昌调研]如图甲所示，倾角θ＝30°的光滑固定斜杆底端固定一电量为Q＝2×10－4 C的正点电荷，将一带正电小球(可视为点电荷)从斜杆的底端(但与Q未接触)静止释放，小球沿斜杆向上滑动过程中能量R随位移s的变化图象如图乙所示，其中线1为重力势能随位移变化图象，线2为动能随位移变化图象。(g＝10 m/s2，静电力常量k＝9×109 N·m2 /C2)
(1)求小球的质量m；
(2)小球向上滑行多远时其加速度为零？小球所带的电量为多少？

答案　(1)4 kg　(2)1 m　1.11×10－5 C
解析　(1)由线1可得Ep＝mgh＝mgssinθ，
因斜率k＝20＝mgsin30°，所以m＝4 kg。
(2)当达到最大速度时带电小球受力平衡，其加速度为零
由图可知：s0＝1 m，小球加速度为零，mgsinθ＝kqQ/s，
解得q＝＝1.11×10－5 C。
25. 2017·石家庄模拟]如图是一种测定小球所带电荷量的装置原理图。长为l的绝缘细线，一端拴一质量为m的带正电小球，另一端悬挂在O点，静止时细线竖直、小球位于A点。当小球处于电场强度大小为E、方向水平的匀强电场中时，细线偏离竖直方向的角度为θ＝30°，此时小球静止在B点。重力加速度为g，则：

(1)小球所带电荷量是多少？
(2)若将小球从B点拉到A点由静止释放，求小球再次回到B点时细线拉力的大小。
答案　(1)　(2)2(－1)mg
解析　(1)小球静止在B点时，设细线的拉力为F，则
Fsinθ＝qE，Fcosθ＝mg，
解得q＝。
(2)设小球在B点速度大小为v，细线拉力为T，则
qElsinθ－mgl(1－cosθ)＝mv2，
T－mgcosθ－qEsinθ＝m，
解得T＝2(－1)mg。