2024版高中同步新教材必修第三册（人教版）物理 第十章 静电场中的能量 综合拔高练

这是一份2024版高中同步新教材必修第三册（人教版）物理 第十章 静电场中的能量 综合拔高练，共36页。
综合拔高练
五年高考练
考点1　电势高低及电势能大小的判断
1.(2022江苏,9)如图所示,正方形ABCD的四个顶点各固定一个带正电的点电荷,电荷量相等,O点为正方形的中心。现将A点的电荷沿OA的延长线向无穷远处移动,则(　　)

A.在移动过程中,O点电场强度变小
B.在移动过程中,C点的电荷所受静电力变大
C.在移动过程中,移动的电荷所受静电力做负功
D.当其移动到无穷远处,O点的电势高于A点
2.(2022湖南,2)如图,四根完全相同的均匀带正电绝缘长棒对称放置在长方体的四条长边a、b、c、d上。移去a处的绝缘棒,假定另外三根绝缘棒电荷分布不变。关于长方体几何中心O点处电场强度方向和电势的变化,下列说法正确的是(　　)

A.电场强度方向垂直指向a,电势减小
B.电场强度方向垂直指向c,电势减小
C.电场强度方向垂直指向a,电势增大
D.电场强度方向垂直指向c,电势增大
3.(2021北京,9)如图所示的平面内,有静止的等量异号点电荷,M、N两点关于两电荷连线对称,M、P两点关于两电荷连线的中垂线对称。下列说法正确的是(　　)

A.M点的场强比P点的场强大
B.M点的电势比N点的电势高
C.N点的场强与P点的场强相同
D.电子在M点的电势能比在P点的电势能大
4.(2021江苏,10)一球面均匀带有正电荷,球内的电场强度处处为零,如图所示,O为球心,A、B为直径上的两点,OA=OB,现垂直于AB将球面均分为左右两部分,C为截面上的一点,移去左半球面,右半球面所带电荷仍均匀分布,则(　　)

A.O、C两点电势相等
B.A点的电场强度大于B点
C.沿直线从A到B电势先升高后降低
D.沿直线从A到B电场强度逐渐增大
考点2　电场线、等势面的特点及应用
5.(2022浙江1月选考,10)某种气体—电子放大器的局部结构是由两块夹有绝缘介质的平行金属薄膜构成,其上存在等间距小孔,其中相邻两孔截面上的电场线和等势线的分布如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.a点所在的线是等势线
B.b点的电场强度比c点大
C.b、c两点间的电势差的值比a、c两点间的大
D.将电荷沿图中的线从d→e→f→g移动时电场力做功为零
6.(2022全国乙,19)如图,两对等量异号点电荷+q、-q(q>0)固定于正方形的4个顶点上。L、N是该正方形两条对角线与其内切圆的交点,O为内切圆的圆心,M为切点。则(　　)

A.L和N两点处的电场方向相互垂直
B.M点的电场方向平行于该点处的切线,方向向左
C.将一带正电的点电荷从M点移动到O点,电场力做正功
D.将一带正电的点电荷从L点移动到N点,电场力做功为零
7.(2021全国甲,19)某电场的等势面如图所示,图中a、b、c、d、e为电场中的5个点,则(　　)

A.一正电荷从b点运动到e点,电场力做正功
B.一电子从a点运动到d点,电场力做功为4 eV
C.b点电场强度垂直于该点所在等势面,方向向右
D.a、b、c、d四个点中,b点的电场强度大小最大
8.(2022重庆,8)如图为两点电荷Q、Q'的电场等势面分布示意图,Q、Q'位于x轴上,相邻等势面的电势差为3 V。若x轴上的M点和N点位于0 V等势面上,P为某等势面上一点,则(　　)

A.N点的电场强度大小比M点的大
B.Q为正电荷
C.M点的电场方向沿x轴负方向
D.P点与M点的电势差为12 V
9.(2021全国乙,15)如图(a),在一块很大的接地金属平板的上方固定一负电荷。由于静电感应,在金属平板上表面产生感应电荷,金属板上方电场的等势面如图(b)中虚线所示,相邻等势面间的电势差都相等。若将一正试探电荷先后放于M和N处,该试探电荷受到的电场力大小分别为FM和FN,相应的电势能分别为EpM和EpN,则　(　　)
　
A.FMEpN　　　B.FM>FN,EpM>EpN
C.FMφ2=φ0>φ3
6.(2023福建德化第一中学月考)如图所示,在x轴上的O点(x=0)和b点(x=15 cm)分别固定放置两点电荷q1、q2,其产生的静电场的电势φ在x轴上分布如图中所示,a、c两点是图线与横轴的交点,取无穷远处的电势为零,下列说法正确的是(　　)

A.a、c两点的电场强度大小相等,方向相反
B.q1所带电荷量是q2所带电荷量的4倍
C.将一正电荷从a点移到c点,电场力做功为零
D.将一负电荷从c点移到d点,电势能增大
7.(2023江苏南通第一次质量检测)如图所示,AB是一根半圆形绝缘细线,O点为其圆心,等量异种电荷均匀分布在细线上。P、Q是一条直径上的两点,PO>QO,点N在圆心O正下方,设无穷远处电势为零,则(　　)

A.UPN=UQN
B.UPO>UOQ
C.P点的场强大于Q点的场强
D.将负电荷从无穷远处移到N点,电场力做正功
8.(2023湖北孝感新高考协作体联考)如图所示,真空中有一匀强电场(图中未画出),电场方向与圆周所在平面平行,△ABC是圆的内接直角三角形,∠BAC=63.5°,O为圆心,半径R=5 cm。位于A处的粒子源向平面内各个方向发射初动能均为8 eV、电荷量为+e的粒子,这些粒子会经过圆周上不同的点,其中到达B点的粒子动能为12 eV,到达C点的粒子电势能为-4 eV(取O点电势为零)。忽略粒子受到的重力和粒子间的相互作用,sin 37°=0.6。下列说法正确的是　(　　)

A.UCA=-12 V
B.电场方向由A指向B
C.匀强电场的电场强度大小为1 V/cm
D.经过圆周上的所有粒子,动能最大为17 eV
9.(2023河南豫北名校联考)匀强电场、辐射状电场可以控制带电粒子分别做类平抛运动、匀速圆周运动。如图所示,长、宽分别为2L、L的带电平行板内存在匀强电场,比荷为k的带正电粒子(不计重力),从平行板的边缘A点,以垂直电场方向的速度v0射入电场,正好从平行板的边缘B点射出电场,接着从B点进入辐射状电场正好做匀速圆周运动,粒子做圆周运动的轨迹圆的半径为2L,经过圆周运动,从C点射出辐射状电场,两种电场都在同一平面内,且互不影响,则(　　)

A.粒子从A到B的运动时间为2Lv0
B.匀强电场的场强大小为v022kL
C.粒子所在的圆弧轨道对应的电场强度的大小为v022kL
D.粒子从B到C的运动时间为πLv0
10.(2022安徽皖北县中联盟联考)如图所示,水平放置的两平行金属板,板长为l=10 cm,两板相距d=4 cm,一束电子经加速电场(图中未画出)加速后以v0=4.0×107 m/s的初速度从两板中央水平射入板间,然后从板间飞出射到距板右端为L=45 cm、宽D为20 cm的荧光屏上。不计电子重力,荧光屏中点与两板间的中心线在同一水平面上,电子质量m=9.0×10-31 kg、电荷量e=1.6×10-19 C,求:
(1)电子飞入两板前所经过的加速电场的电压;
(2)为使电子能射到荧光屏的所有位置,上、下两板间所加电压的取值范围。

迁移创新
11.(2023福建三明一中月考)光刻机是半导体行业中重中之重的利器。电子束光刻技术原理简化如图所示,电子枪发射的电子经过成型孔后形成电子束,通过束偏移器后对光刻胶进行曝光。某型号光刻机的束偏移器长L=0.04 m,间距也为L,两极间有扫描电压,其轴线垂直晶圆上某芯片表面并过中心O点,芯片到束偏移器下端的距离为L2。若进入束偏移器时电子束形成的电流大小为I=2×10-8 A,单个电子的初动能为Ek0=1.6×10-14 J,不计电子重力及电子间的相互作用力,忽略其他因素的影响,电子到达芯片即被吸收。
(1)若扫描电压为零,电子束在束偏移器中做何种运动?电子束到达芯片时的落点位置在哪?
(2)若扫描电压为零,且It=Ne(N为电子个数),求O点每秒接收的能量E。(e=1.6×10-19 C)
(3)若某时刻扫描电压为15 kV,则电子束到达芯片时的位置离O点的距离为多少?


答案与分层梯度式解析
综合拔高练
五年高考练
1.D
2.A
3.C
4.A
5.C
6.AB
7.BD
8.AD
9.A
10.D
11.AD
12.C
13.A
14.A
15.C
16.BD
17.AB

1.D　由场的叠加及对称性可知,B、D两点处电荷在O点处产生的场强相互抵消,初始状态下A、C两点处电荷在O点处产生的场强也等值反向,在A处电荷移动过程中,O点电场强度从0开始逐渐增大,A错误。B、D两点处电荷对C处电荷的作用力合力方向沿OC方向、大小不变,而A处电荷在移动过程中对C点处电荷斥力逐渐减小,故C点处电荷所受静电力变小,B错误。同理可知A处电荷所受静电力方向由O指向A,故远离过程中静电力对其做正功,C错误。当A处电荷移动至无穷远处时,O、A间电场由B、C、D三处电荷产生,由等量正电荷中垂线上的电场分布可知,B、D两处电荷在OA上各点产生的电场方向均是由O指向A,再叠加C处电荷产生的电场可知O、A间各点的电场方向均是由O指向A,而沿电场线方向电势降低,故D正确。
2.A　三根棒在O点产生的电场强度叠加情况如图所示,b、d两棒产生的电场强度等大反向,合电场强度为c棒产生的电场强度,应垂直指向a。电势是标量,长棒均带正电,有四根带电长棒时O点的电势一定大于有三根在时的电势,所以电势减小,A正确。

3.C　等量异种点电荷电场线的分布如图所示,M点和P点关于两电荷连线的中垂线对称,M点和N点关于两电荷连线对称,所以三个点所在位置电场线的疏密程度相同,由此可得三个点的场强大小相等,选项A错误;M点和N点处于同一等势面上,电势相等,选项B错误;N点和P点的场强相同,选项C正确;如果把电子从M点向P点移动,电场力将做负功,电势能将增加,所以电子在P点的电势能大于在M点的电势能,选项D错误。

4.A　球面完整时内部场强处处为零,根据对称性可知,右半球电荷的电场线均与AB平行且水平指向左,均与CO垂直,即CO是等势线,O、C两点的电势相等,选项A正确;球面完整时内部场强处处为零,右半球在A点产生的合场强E右A水平向左,左半球在A点产生的合场强E左A水平向右,E右A=E左A,同理右半球在B点产生的合场强E右B水平向左,左半球在B点产生的合场强E左B水平向右,E右B=E左B,根据对称性可知E左A=E右B,即E右B=E右A,选项B错误;由对称性可知电场线方向B→A,因沿电场线方向电势逐渐降低,所以从A到B电势逐渐升高,选项C错误;由于A点场强等于B点的场强,所以沿直线从A到B电场强度逐渐增大是不可能的,选项D错误。
规律总结　两种不同方向上场强的特点

5.C　根据电场线与等势线特点,并结合题意可知,电场线由小孔内向外辐射,故a点所在线为电场线,A错误;由于b点处电场线分布比c点处电场线稀疏,故b点的电场强度比c点小,B错误;由等势线分布可知,|Ubc|=|Uba|+|Uac|,故|Ubc|>|Uac|,C正确;由于电场力做功与路径无关,故电荷从d→e→f→g移动时,电场力做功W=qUdg≠0,所以D错误。
6.AB　如图1所示,设正方形四个顶点分别为A、B、C、D,两个负点电荷在L点产生的合场强沿L→D,两个正点电荷在L点产生的场强的矢量和也沿L→D,故EL方向沿L→D
　
如图2所示,两个正点电荷在N点产生的合场强沿N→A,两个负点电荷在N点产生的合场强也沿N→A,故EN沿N→A,则EL⊥EN,A正确。
如图3所示,C、D两点处的点电荷在M点产生的合场强水平向左,A、B两点处的点电荷在M点产生的合场强水平向右,由E=kqr2可以看出,向左的合场强大于向右的合场强,故EM方向水平向左,B正确。
　
如图4所示,由对称性可得,CD边的中垂线MM'为等势面,故从M点向O点移动点电荷时,电场力做功为零,C错误。
由以上判断可知,LO上各点的场强方向均由O指向L点,NO上各点的场强方向均由N指向O点,沿电场线方向电势越来越低,故ULN