2022—2023学年高二粤教版（2019）必修第三册 第二章 静电场的应用 单元检测卷4（含解析）

2022—2023学年高二粤教版（2019）必修第三册

第二章 静电场的应用 单元检测卷4（含解析）

一、单选题（共28分）

1．如图所示，甲图是等量异种点电荷形成的电场，乙图是等量同种点电荷形成的电场，丙图是孤立点电荷形成的电场，丁是一对带等量异号电荷的平行金属板形成的电场。某带负电粒子（只受电场力作用且不与形成电场的电荷接触）在这四种电场内的运动情况，说法错误的是（　　）

A．在乙电场中可以做匀速圆周运动

B．在丙电场中可以做匀速圆周运动

C．在甲电场、乙电场中均可以静止

D．在丁电场中可以做匀变速运动

2．如图所示，电源E对电容器C充电，当C两端电压达到80V时，闪光灯瞬间导通并发光，C放电。放电后，闪光灯断开并熄灭，电源再次对C充电。这样不断地充电和放电，闪光灯就周期性地发光。该电路错误的是（　　）

A．充电时，通过R的电流不变

B．若R增大，则充电时间变长

C．若C增大，则闪光灯闪光一次通过的电荷量增大

D．若E减小为85V，闪光灯闪光一次通过的电荷量不变

3．如图所示，点电荷固定在O点，P、Q为该点电荷电场中的两点，设Q点的电势为零，一个质量为m、电荷量为q的带负电的检验电荷在Q点由静止释放，仅在电场力作用下向P点运动，运动到P点时加速度大小为a，速度大小为v，已知OP=PQ，则下列说法错误的是（　　）

A．固定在O点的电荷带正电

B．P点的电势为

C．检验电荷在Q点释放一瞬间的加速度大小为

D．检验电荷运动到F、Q中点时，速度小于

4．如图所示，将一个不带电的金属球A放在带正电的点电荷Q的左侧，当金属球达到静电平衡时，下列判断正确的是（　　）

A．金属球将产生出正电荷

B．点电荷Q在A的球心处产生的电场强度为零

C．金属球左侧将出现负的净电荷

D．A的内部合电场强度处处为零

5．关于导线中的电场，下列说法正确的是（　　）

A．导线内的电场线可以与导线相交

B．电路元件所积累的电荷分布是稳定的，故导线处于静电平衡状态

C．导线内的电场E是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的

D．导线中的电场是静电场的一种

6．如图所示，质量为的带电小球（可视为质点）置于光滑绝缘的半圆形轨道上，空间存在水平向左的匀强电场。小球静止时，小球与圆心的连线与竖直方向之间的夹角为（）。现将电场方向沿顺时针缓慢转过90°，小球始终处于平衡状态，在此过程中，下列关于角度的变化情况说法正确的是（　　）

A．逐渐减小 B．逐渐增大 C．先减小后增大 D．先增大后减小

7．如图所示，闭合开关，电源对电容器充电。充电结束后，断开开关，用绝缘手柄增大电容器两极板之间的距离，则下列说法正确的是（　　）

A．充电过程中，有从A到B的电流通过电阻

B．断开开关后，电容器上极板带负电

C．充电过程中，有从B到A的电流通过电阻

D．断开开关后，电容器放电，极板上不再带电

二、多选题（共12分）

8．用控制变量法，可以研究影响平行板电容器的因素（如图）。设两极板正对面积为S，极板间的距离为d，静电计指针偏角为θ。实验中，极板所带电荷量不变，则（　　）

A．保持S不变，增大d，则θ变大

B．保持S不变，增大d，则θ变小

C．保持d不变，增大S，则θ变小

D．保持d不变，增大S，则θ不变

9．如图所示是用来测定角度θ的电容式传感器。当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道θ的变化情况。下列说法正确的是（　　）

A．θ变大，则C变大

B．θ变小，则C变大

C．θ变大，则C变小

D．θ变小，则C变小

10．如图为示波管的一部分，a、b为电子枪的两电极，c、d为两平行金属板，且c板电势比d高。则（　　）

A．a为阳极，b为阴极

B．电子在cd极板间运动时速度一定会增大

C．ab间电势差越大，电子在cd极板间动能的改变量可能越小

D．ab间电势差越大，电子在cd极板间运动的时间一定越短

三、实验题（共15分）

11．电容器是电路中常用的电子元件，某物理兴趣小组利用高电阻放电法测一标示模糊的电容器的电容。

（1）完成以下实验步骤：

①按图甲电路图连接好电路；

②先使开关S与2端相连，此时电容器处于_________状态（填“充电”或“放电”），这个过程可在短时间内完成；

③再把开关S与1端相连，同时开始计时并测量数据，每隔5s或10s读一次电流I的值，将测得数据填入预先设计的表格中：

④在如图乙所示的坐标纸上标出测量的数据点，并用平滑的曲线把数据点连接起来。

根据实验回答以下问题：

（2）以下电子元件中，属于电容器的是_________；

A．B．C．

（3）若电源两端的电压为8V，可估算电容器的电容为_________F（结果保留两位有效数字）；

12．某实验小组利用如下器材测量电容器的电容：直流稳压电源、待测电容器（额定电压）、定值电阻、定值电阻、电流传感器、数据采集器和计算机、单刀双掷开关、导线若干。实验过程如下：

①将定值电阻等器材按图甲连接电路后，将开关与1端连接，电源向电容器充电；

②将开关与2端连接，测得电流随时间变化的曲线如图乙所示；

③用替换后，重复上述实验步骤①②，测得电流随时间变化的曲线如图丙中的某条虚线所示。

两次实验中电源的输出电压相同，请回答下列问题：

（1）电源的输出电压为__________。利用计算机软件测得乙图中曲线与两坐标轴所围的面积为，则电容器的电容为__________；

（2）用替换后，电流随时间变化的曲线应该是图丙中的__________（选填“”“”或“”），判断的依据是___________。

四、解答题（共45分）

13．雪崩击穿与齐纳击穿有什么区别？

14．用电流传感器观察电容器的放电过程，传感器与计算机相连，还能显示出电流随时间变化的I-t图像。按照图甲所示连接电路。电源用直流8 V左右，电容器可选几十微法的电解电容器。先使开关S与1端相连，电源向电容器充电，这个过程可在短时间内完成。然后把开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电，传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的I-t图像（图乙）。一位同学得到的I-t图像如图丙所示，电源电压是8 V（已知电流I=）。

（1）在图丙中画一个竖立的狭长矩形（在图丙的最左边），结合v-t图的相关知识，解释图像面积的意义？

（2）怎样根据I-t图像估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量？

（3）如果要测绘充电时的I-t图像，请把图丁中电路图补充完整；得到的I-t图像画出来。

15．如图所示，长为l的金属杆原来不带电，在距其右端d处放一个电荷量为＋2q的点电荷。

（1）金属杆中点处的电场强度为多少？

（2）金属杆上的感应电荷在杆中点处产生的电场强度的大小和方向？

16．如图所示，圆心为、半径为的圆弧形光滑轨道固定在竖直平面内，恰好处于同一竖直线上，与竖直方向之间的夹角，水平面上方空间存在水平向左的匀强电场。水平面上有一点，点的连线恰好与圆弧轨道相切于点，。现有一质量为、电荷量为的小球（可视为质点）从点以一定的初速度沿做直线运动，小球从点进人圆弧轨道后，佮好能沿圆弧轨道运动并从点射出。，重力加速度为。求：

（1）小球沿圆弧轨道运动过程中的最小速度的大小；

（2）小球在点时的初速度大小；

（3）小球在水平面上的落点到点的距离。

参考答案

1．C

【解析】

【详解】

A．电场中两等量正电荷形成的电场中过两电荷连线中点与连线垂直的平面内，负电粒子受到电场力指向中点，可以做匀速圆周运动，所以A项说法正确，不符题意；

B．点电荷形成的电场中，库仑力提供向心力使负电粒子做匀速圆周运动，B项说法正确，不符题意；

C．甲电场中没有电场强度为零的位置，乙电场中两电荷连线中点电场强度为零，电荷受到的电场力为零，可以静止，C项说法错误，符合题意；

D．丁电场中两极板间除去边缘部分其余部分为匀强电场，带电粒子受到的电场力是恒力，做匀变速运动，D说法正确，不符题意。

故选C。

2．A

【解析】

【详解】

A．电容器充电时两端电压不断增大，所以电源与电容器极板间的电势差不断减小，因此充电电流变小，选项A错误，符合题意；

B．当电阻R增大时，充电电流变小，电容器所充电荷量不变的情况下，充电时间变长，选项B正确，不符合题意；

C．若C增大，根据

电容器的带电荷量增大，选项C正确,不符合题意；

D．当电源电动势为85V时，电源给电容器充电仍能达到闪光灯击穿电压80V时，所以闪光灯仍然发光，闪光一次通过的电荷量不变，选项D正确，不符合题意。

故选A。

【点睛】

本题考查电容器的充放电，意在考查考生的分析能力。

3．B

【解析】

【详解】

A.由于检验电荷带负电，检验电荷由静止释放后向P点运动，则O点电荷带正电，故A正确；

B.由于Q点电势为零，因此Q点电势为正，由题意知

则

故B错误；

C.检验电荷的加速度

由此可知，粒子在Q点的加速度为

故C正确；

D．由于从Q到P电场力越来越大，因此从Q运动到QP中点电场力做功小于，设到P、Q中点时速度为，即

得

故D正确。

本题选不正确的，故选B。

4．D

【解析】

【详解】

A．感应起电的实质电子的转移，没有产生新的电荷，故A错误；

BD．由于球处于静电平衡状态，所以内部的场强为零，即正电荷和感应电荷在内部产生的合场强为零，正点电荷Q在球心处产生的场强方向向左，所以感应电荷在球内球心处产生的场强方向向右，故B错误，D正确；

C．达到静电平衡后，金属球右侧将出现负的净电荷，属球左侧将出现正的净电荷，故C错误。

故选D。

5．C

【解析】

【详解】

A．导线内的电场线与导线是平行的，A错误；

BD．导线内电场不为零，不是静电平衡状态，导线中的电场是恒定电场，并非静电场的一种，BD错误；

C．导线中的电场是电源，导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，C正确。

故选C。

6．D

【解析】

【详解】

现将电场方向沿顺时针缓慢转过90°，电场力的大小不变，方向不断变化，重力的方向不变，如图所示

由图可知，电场方向顺时针转动过程中，先增大后减小，故D正确，ABC错误。

故选D。

7．C

【解析】

【详解】

AC．电源对电容器充电时，电路中有逆时针方向的电流，即有从B到A的电流流过电阻，使上、下极板分别带等量的正、负电荷，C正确，A错误；

BD．断开开关，电容器与电源断开，回路处在开路状态，所以电容器带电量不变，故电容器上极板仍带正电，BD错误。

故选C。

8．AC

【解析】

【详解】

AB．保持S不变，增大d，由电容器的决定式

C＝

知，电容变小，电量Q不变，由电容的定义式

C＝

分析可知电容器板间电压增大，则θ变大，B错误，A正确；

CD．保持d不变，增大S，由电容器的决定式

C＝

知，电容变大，电量Q不变，由电容的定义式

C＝

分析可知电容器板间电压减小，则θ变小，D错误，C正确。

故选AC。

9．BC

【解析】

【详解】

由图可知，转动动片时可以改变两板间的正对面积S；由决定式可知，减小正对面积可以减小电容，此时角度θ在增大；若增大正对面积，可增大电容，此时角度θ在减小，故BC正确，AD错误；

故选BC。

10．BC

【解析】

【详解】

A．要是电子在加速电场中加速，则电子逆着电场线运动，故b板电势高，故a为阴极b为阳极，故A错误；

B．电子在cd极板间运动时，电场力做正功，故动能增大，速度增大，故B正确；

C．ab间电势差越大，由动能定理可知，离开加速电场时的速度越大，电子在偏转电场中的偏转量可能变小，故在偏转电场中电场力做功变少，故动能改变量可能变少，故C正确；

D．ab间电势差越大，由动能定理可知，离开加速电场时的速度越大，即进入偏转电场的水平初速度越大，但只要能达到C板，则竖直方向的位移不变，加速度也不变，故时间相同，故D错误。

故选BC。

11．     充电     A     9.7×10−4~1.0×10−3

【解析】

【详解】

（1）[1] 开关S与2端相连，电容器与电源相连，电容器处于充电状态；

（2）[2]A元件外表面标识了2200，说明是电容器，B中是电阻， C图是线圈。

，故选A；

（3）[3]乙图中图线与坐标轴所围的面积表示放电总电量，通过数小方格可以得到约32格，每格面积表示250×10-6C，则总电量

Q=32×250×10-6C =8.0×10-3C

代入电容定义式

可得

C=1.0×10-3F

12．                    因为小于的阻值，电容器的放电电流增大，放电时间减少。（或：两次放电电量相同即图中的“面积”相同。）

【解析】

【详解】

（1）[1][2]由题图知，最大电流为

因此最大电压为

可得电源的输出电压为，带容器所带电荷量为

电容器的电容为

（2）[3][4]用替换后，电流随时间变化的曲线应该是图丙中的，因为小于的阻值，电容器的放电电流增大，放电时间减少。

13．见解析

【解析】

【详解】

一般对于硅材料的PN结，6V电压以上以雪崩击穿为主，6V以下以齐纳击穿为主；电压很高几乎就是雪崩击穿，电压很低就是齐纳击穿。相同之处是：电压低于击穿点时通过PN结的电流很小，电压超过击穿点后，通过PN结的电流急剧增大，若外部电路不加限制，将使PN结很快烧毁。不同之处是雪崩击穿电压呈正温度系数，即温度升高时击穿电压有所上升，齐纳击穿相反，是负温度系数。”

14．（1）见解析；（2）见解析；（3）见解析

【解析】

【详解】

（1）将横坐标t分成许多很小的时间间隔，在这些很小的时间间隔里，放电电流I可以视为不变，则为这段时间内的电荷量。在图丙I-t图中用阴影标记了一个竖立的狭长矩形，这个阴影面积的物理意义是放电0.2秒电容器释放（流过电阻R）的电荷量。

（2）电容器在全部放电过程中释放的电荷量在数值上等于图象与坐标轴所包围的面积。确定每个小方格所对应的电荷量值，纵坐标的每个小格为0.2mA，横坐标的每个小格为0.4s，则每个小格所代表的电荷量数值为

q=0.2×10-3×0.4C=8×10-5C

再数出曲线下包含的小正方形的个数（大于半格算一个，小于半格舍去），由曲线下方的方格数与q的乘积即得电容器在全部放电过程中释放的电荷量。

（3）电路图如图

得到的I-t图像如图

15．（1）0；（2），水平向右

【解析】

【详解】

（1）水平导体棒当达到静电平衡后，棒上感应电荷在金属杆中点处产生的场强大小与一带电量为+2q的点电荷在该处产生的电场强度大小相等，则该处的电场强度为零。

（2）金属杆上的感应电荷在杆中点处产生的场强与一带电量为+2q的点电荷在该处产生的电场强度大小相等，方向相反，即方向水平向右

大小为

16．（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】

（1）根据小球沿PM做直线运动可知，小球所受的电场力与重力的合力沿MP方向，如图（a）所示，则小球所受电场力与重力的合力大小为

根据小球佮好能沿圆弧轨道运动并从点射出可知，小球在圆弧轨道上经过等效最高点G时速度有最小值vG，如图（b）所示，此时小球所受电场力与重力的合力提供向心力，即

解得

（2）设小球在点时的初速度大小为v0，小球从P点运动到G点的过程中，根据动能定理有

解得

（3）小球从G点运动到N点的过程中，根据动能定理有

解得

小球从N点水平飞出后，在水平方向上做初速度为vN的匀加速运动，加速度大小为

小球在竖直方向上做自由落体运动，设小球从N点飞出到落地的时间为t，则

解得

小球在水平面上的落点到N点的距离为

所以小球在水平面上的落点到点的距离为