高中物理电场,静电学-附答案和详细解析

第1页，共10页高中物理电场，静电学一般难度一、单选题（本大题共11小题，共44.0分）1.如图所示，真空中A、B两个点电荷的电荷量分别为+𝑄和+𝑞，放在光滑绝缘水平面上，A、B之间用绝缘的轻弹簧连接.当系统平衡时，弹簧的伸长量为𝑥0.若弹簧发生的均是弹性形变，则(  )A.保持Q不变，将q变为2q，平衡时弹簧的伸长量等于2𝑥0B.保持q不变，将Q变为2Q，平衡时弹簧的伸长量小于2𝑥0C.保持Q不变，将q变为−𝑞，平衡时弹簧的缩短量等于𝑥0D.保持q不变，将Q变为−𝑄，平衡时弹簧的缩短量小于𝑥02.如图，真空中一条直线上有四点A、B、C、𝐷，𝐴𝐵=𝐵𝐶=𝐶𝐷，只在A点放一电量为+𝑄的点电荷时，B点电场强度为E，若又将等量异号的点电荷−𝑄放在D点，则(  )A.B点电场强度为34𝐸，方向水平向右B.B点电场强度为54𝐸，方向水平向左C.BC线段的中点电场强度为零D.B、C两点的电场强度相同3.关于静电场，下列说法正确的是(  )A.电势等于零的物体一定不带电B.电场强度为零的点，电势一定为零C.同一电场线上的各点，电势一定相等D.负电荷沿电场线方向移动时，电势能一定增加4.甲、乙两带电小球的质量均为m，所带电荷量分别为+𝑞和−𝑞，两球间用绝缘细线连接，甲球又用绝缘细线悬挂在天花板上，在两球所在空间有方向向右的匀强电场，上下两根绝缘细线张力的大小分别为(  )A.𝑇1=2𝑚𝑔，𝑇2=√(𝑚𝑔)2+(𝑞𝐸)2B.𝑇12𝑚𝑔，𝑇2=√(𝑚𝑔)2+(𝑞𝐸)2C.𝑇12𝑚𝑔，𝑇2√(𝑚𝑔)2+(𝑞𝐸)2D.𝑇1=2𝑚𝑔，𝑇2√(𝑚𝑔)2+(𝑞𝐸)25.如图甲所示为电场中的一条电场线，在电场线上建立坐标轴，则坐标轴上𝑂～𝑥2间各点的电势分布如图乙所示，则(  )A.在𝑂～𝑥2间，场强先减小后增大B.在𝑂～𝑥2间，场强方向一定发生了变化C.若一负电荷从O点运动到𝑥2点，电势能逐渐减小第2页，共10页D.从O点静止释放一仅受电场力作用的正电荷，则该电荷在𝑂～𝑥2间一直做加速运动6.如图所示，𝐴，𝐵，𝐶，𝐷，𝐸是半径为r的圆周上等间距的五个点，在这些点上各固定一个点电荷，除A点处的电量为−𝑞外，其余各点处的电量均为+𝑞，则圆心O处(  )A.场强大小为𝑘𝑞𝑟2，方向沿OA方向B.场强大小为𝑘𝑞𝑟2，方向沿AO方向C.场强大小为2𝑘𝑞𝑟2，方向沿OA方向D.场强大小为2𝑘𝑞𝑟2，方向沿AO方向7.用电场线能很直观.很方便地比较电场中各点的强弱.如图，左边是等量异种点电荷形成电场的电场线，右边是场中的一些点：O是电荷连线的中点，E、F是连线中垂线上相对O对称的两点，B、C和A、D也相对O对称，则下列认识不正确的是(  )A.B、C两点场强大小和方向都相同B.A、D两点场强大小相等，方向相反C.E、F两点场强大小和方向都相同D.从E到F过程中场强先增大后减小8.一带电粒子在(重力不计)如图所示的电场中，在电场力作用下，沿虚线所示轨迹从A点运动到B点，下列说法中正确的是(  )A.粒子带正电B.粒子的加速度在减少C.粒子的动能在增大D.粒子的电势能在增大9.如图所示，在水平放置的光滑接地金属板中点的正上方，固定有带正电的点电荷Q，另有一表面绝缘带正电的金属小球(可视为质点，且不影响原电场)自左以速度𝑣0开始在金属板上向右运动，在运动过程中(  )A.小球做先减速后加速运动B.小球做匀加速运动C.小球受的电场力不做功D.电场力对小球先做正功后做负功10.在雷雨天气中，大树就相当于一个电量较大的点电荷，1和2是以树为圆心的同心圆，有甲、乙、丙、丁四头相同的牛按如图所示位置和方向分别站在地面上，由此判断：(  )第3页，共10页A.牛丙所处位置的电场强度为零B.牛乙和牛丙两处电场强度相同C.牛丁处的电势一定高于牛乙处的电势D.牛甲前后脚电势差最大，处于最危险的状态11.金属板和板前一正点电荷形成的电场线分布如图所示，A、B、C、D为电场中的四个点，则(  )A.B、D两点的电势相等B.B点的电场强度比D点的大C.负电荷在C点的电势能低于在A点的电势能D.正电荷由D点静止释放，只受电场力作用沿电场线运动到B点二、多选题（本大题共3小题，共12.0分）12.如右图所示，将带电棒移近两个不带电的导体，两个导体球开始时互相接触且对地绝缘，下述方法中，能使两球都带电的方法是(  )A.先把两球分开，再移走棒B.先移走棒，再把两球分开C.使甲球瞬时接地，稳定后再移走棒D.使棒与甲球接触，稳定后再移走棒13.A、B两个点电荷在真空中所形成电场的电场线(方向未标出)如图所示.图中C点为两点电荷连线的中点，MN为两点电荷连线的中垂线，D为中垂线上的一点，电场线的分布关于MN左右对称.则(  )A.这两个点电荷一定是等量异种电荷B.这两个点电荷一定是等量同种电荷C.C、D两点的电势一定不相等D.C点的电场强度比D点的电场强度大14.一带电粒子射入固定在O点的点电荷的电场中，粒子轨迹如图虚线abc所示，图中实线是同心圆弧，表示电场的等势面，不计重力，可以判断(  )A.粒子受到静电排斥力的作用B.粒子速度𝑣𝑏𝑣𝑎C.粒子动能𝐸𝑘𝑎𝐸𝑘𝑐D.粒子电势能𝐸𝑝𝑏𝐸𝑝𝑐三、填空题（本大题共1小题，共4.0分）15.两个点电荷甲和乙同处于真空中．(1)甲的电量是乙的4倍，则甲对乙的作用力是乙对甲的作用力的______倍.(2)若把每个电荷的电量都增加为原来的2倍，那么它们之间的相互作用力变为原第4页，共10页来的______倍；(3)保持其中一电荷的电量不变，另一个电荷的电量变为原来的4倍，为保持相互作用力不变，则它们之间的距离应变为原来的______倍.四、实验题探究题（本大题共1小题，共9.0分）16.法拉第发现了电磁感应现象之后，又发明了世界上第一台发电机--法拉第圆盘发电机，揭开了人类将机械能转化为电能并进行应用的序幕.法拉第圆盘发电机的原理如图所示，将一个圆形金属盘放置在电磁铁的两个磁极之间，并使盘面与磁感线垂直，盘的边缘附近和中心分别装有与金属盘接触良好的电刷A、B，两电刷与灵敏电流计相连.当金属盘绕中心轴按图示方向转动时，则电刷A的电势______电刷B的电势(填高于、低于或等于)；若仅提高金属盘转速，灵敏电流计的示数将______；(填增大、减小或不变)；若仅将滑动变阻器滑动头向左滑，灵敏电流计的示数将______(填增大、减小或不变)五、计算题（本大题共1小题，共10.0分）17.在场强为E的匀强电场中，取O点为圆心，r为半径作一圆周，在O点固定一电荷量为+𝑄的点电荷，a、b、c、d为相互垂直的两条直线和圆周的交点.当把一试探电荷+𝑞放在d点恰好平衡(如图所示，不计重力)(1)匀强电场场强E的大小、方向如何？(2)试探电荷+𝑞放在点c时，受力𝐹𝑐的大小、方向如何？(3)试探电荷+𝑞放在点b时，受力𝐹𝑏的大小、方向如何？六、简答题（本大题共1小题，共8.0分）18.电场中某区域的电场线分布如图所示，A、B是电场中的两点.一个电荷量𝑞1=4.0×10−8的负点电荷，放在电场中的A点时所受电场力为𝐹1=2.0×10−4𝑁.(1)求A点电场强度的大小𝐸𝐴；(2)将𝑞2=2.0×10−8𝐶的正点电荷放入电场中的A点，求𝑞2受到的电场力𝐹2的大小和方向；(3)如果将点电荷𝑞1从电场中的A点移到B点，电场力做功𝑊𝐴𝐵=8.0×10−7𝐽，求A、B两点间的电势差𝑈𝐴𝐵．第5页，共10页答案和解析【答案】1.B2.D3.D4.D5.D6.C7.B8.D9.C10.D11.C12.ACD13.AD14.AD15.1；4；216.低于；增大；减小17.解：(1)由题意：检验电荷+𝑞放在d点恰好平衡，则有：Q对+𝑞的库仑力𝐹1=𝑘𝑄𝑞𝑟2①匀强电场对+𝑞的电场力𝐹2=𝑞𝐸②由平衡条件得𝐹1=𝐹2，所以𝑞𝐸=𝑘𝑄𝑞𝑟2，得：𝐸=𝑘𝑄𝑟2，匀强电场方向沿db方向(竖直向下)．(2)检验电荷放在c点：匀强电场的作用力大小为𝐹2=𝑞𝐸，方向竖直向下；Q对+𝑞的库仑力大小为𝐹1，方向水平向左，则：所以𝐹𝑐=√2𝑞𝐸=√2𝑘𝑄𝑞𝑟2，方向与ac方向成45∘角斜向下．(3)检验电荷放在b点：同理可得，𝐸𝑏=𝐸2+𝐸=2𝐸=2𝑘𝑄𝑟2，所以𝐹𝑏=𝑞𝐸𝑏=2𝑘𝑄𝑞𝑟2，方向沿db方向．答：(1)匀强电场场强E的大小为𝑘𝑄𝑟2，方向沿do方向向下；(2)试探电荷+𝑞放在点c时，受力𝐹𝑐的大小为√2𝑘𝑄𝑞𝑟2，方向斜向左下方与ac成45∘角；(3)试探电荷+𝑞放在点b时，受力𝐹𝑏的大小为2𝑘𝑄𝑞𝑟2，方向沿ob方向向下．18.解：(1)𝐴点电场强度的大小为：𝐸𝐴=𝐹1𝑞1=2.0×10−44.0×10−8𝑁/𝐶=5.0×103𝑁/𝐶，(2)𝑞2受到的电场力为：𝐹2=𝑞2𝐸𝐴=2.0×10−8×5.0×103𝑁=1.0×10−4𝑁，方向沿场强向左，(3)𝐴、B两点间的电势差为：𝑈𝐴𝐵=𝑊𝐴𝐵𝑞1=8.0×10−7−4.0×10−8𝑉=−20.0𝑉答：(1)𝐴点电场强度的大小为5.0×103𝑁/𝐶；(2)𝑞2受到的电场力𝐹2的大小为1.0×10−4𝑁，方向沿场强向左；(3)𝐴、B两点间的电势差为−20𝑉．【解析】1.解：设弹簧的劲度系数为K，原长为𝑥.当系统平衡时，弹簧的伸长量为𝑥0，则有：𝐾𝑥0=𝑘𝑄𝑞(𝑥+𝑥0)2…①A、保持Q不变，将q变为2q时，平衡时有：𝐾𝑥1=𝑘2𝑄𝑞(𝑥+𝑥1)2…②第6页，共10页由①②解得：𝑥12𝑥0，故A错误；B、同理可以得到保持q不变，将Q变为2Q，平衡时弹簧的伸长量小于2𝑥0，故B正确；C、保持q不变，将Q变为−𝑄，如果缩短量等于𝑥0，则静电力大于弹力，故会进一步吸引，故平衡时弹簧的缩短量大于𝑥0，故C错误；D、保持Q不变，将q变为−𝑞，如果缩短量等于𝑥0，则静电力大于弹力，故会进一步吸引，故平衡时弹簧的缩短量大于𝑥0，故D错误．故选：B根据库仑定律及胡克定律列式分析，电荷量变化，库仑力变化，两球的距离变化，弹力变化，根据平衡条件列方程计算即可．本题主要考查了库仑定律及胡克定律的直接应用，要知道，电荷量变化后库仑力要变化，距离变化后弹簧弹力会变化．2.解：AB、只在A点放正电荷时，B点的场强为：𝐸=𝑘𝑄𝑟2又将等量异号的点电荷−𝑄放在D点后，B点场强为：𝐸𝐵=𝑘𝑄𝑟2+𝑘𝑄(2𝑟)2=5𝑘𝑄4𝑟2=54𝐸，方向水平向右，故A错误，B也错误；C、BC线段的中点电场强度：𝐸=𝑘𝑄(3𝑟2)2+𝑘𝑄(3𝑟2)2≠0，故C错误；D、C点场强为：𝐸𝐶=𝑘𝑄(2𝑟)2+𝑘𝑄𝑟2=5𝑘𝑄4𝑟2=54𝐸，方向水平向右，与B点的电场强度相同，故D正确；故选：D．根据点电荷场强公式𝐸=𝑘𝑄𝑟2分析计算，有两个场源就根据矢量合成求合场强．本题关键根据点电荷的场强公式，然后根据矢量合成的法则合成各点的场强，当然，也可以根据等量异种电荷的电场线快速判断．3.解：A、静电场中，电势具有相对性，电势为零的物体不一定不带电，故A错误；B、静电场中，电势具有相对性，电场强度为零的点电势不一定为零，故B错误；C、沿场强方向电势减小，电场线的切线方向表示电场强度的方向，故沿电场线电势一定降低，故C错误；D、电场线的切线方向表示电场强度的方向，负电荷沿电场线方向移动时，电场力做负功，电势能增加，故D正确；故选D．静电场中，电势具有相对性，电场强度为零的点电势不一定为零，沿电场线电势一定降低．本题关键抓住电场力电场强