2024届高考物理二轮专题： 静电场中的能量

这是一份2024届高考物理二轮专题： 静电场中的能量，共23页。试卷主要包含了选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
1．（2023高三下·深圳模拟）如图所示，在匀强电场中的O点固定一点电荷+Q，a、b、c、d、e、f为以O点为球心的同一球面上的点，aecf平面与电场线平行，bedf平面与电场线垂直，下列判断中正确的是（ ）
A．a、c两点电势相等
B．b、d两点的电场强度相同
C．将点电荷+q从球面上b点移到e点，电场力做功为零
D．将点电荷+q从球面上a点移到c点，电场力做功为零
2．（2023高考模拟·温州）如图甲所示为粒子直线加速器原理图，它由多个横截面积相同的同轴金属圆筒依次组成，序号为奇数的圆筒与序号为偶数的圆筒分别和交变电源相连，交变电源两极间的电势差的变化规律如图乙所示。在 t=0 时，奇数圆筒比偶数圆筒电势高，此时和偶数圆筒相连的金属圆板（序号为0）的中央有一自由电子由静止开始在各间隙中不断加速。若电子的质量为m，电荷量为e，交变电源的电压为U，周期为T。不考虑电子的重力和相对论效应，忽略电子通过圆筒间隙的时间。下列说法正确的是（ ）
A．电子在圆筒中也做加速直线运动
B．电子离开圆筒1时的速度为 2Uem
C．第n个圆筒的长度应满足 Ln=TnUe2m
D．保持加速器筒长不变，若要加速比荷更大的粒子，则要调大交变电压的周期
3．（2023高三下·汉寿模拟）AB、CD两块正对的平行金属板与水平面成30°角固定，竖直截面如图所示。两板间距10cm，电荷量为1.0×10−8C、质量为3.0×10−4kg的小球用长为5cm的绝缘细线悬挂于A点。闭合开关S，小球静止时，细线与AB板夹角为30°；剪断细线，小球运动到CD板上的M点（未标出），则（ ）
A．MC距离为53cmB．电势能增加了343×10−4J
C．电场强度大小为3×104N/CD．减小R的阻值，MC的距离将变大
4．（2023高三下·浙江模拟）如图所示，不带电，长为l的导体棒水平放置，现将一个电荷量为+q（q>0）的点电荷放在棒的中心轴线上距离棒的左端R处，A、B分别为导体棒左右两端的一点，静电力常量为k。当棒达到静电平衡后，下列说法正确的是（ ）
A．棒的两端都感应出负电荷
B．感应电荷在棒的中心O处产生的电场强度方向水平向右
C．感应电荷在棒的中心O处产生的电场强度大小E=kqR+0.5l
D．若用一根导线将A、B相连，导线上不会产生电流
5．（2023·临海模拟）如图所示的平行板电容器竖直放置，两极板间的距离为d，极板高度AB=CD=ℎ，对该电容器充上一定的电量后，将一带电小球P从非常靠近左极板的上端A处由静止释放，小球沿图中虚线运动打到了右极板的中点，为使小球能够从下方穿过电容器，右极板向右至少移动的距离为（ ）
A．d B．(2−1)dC．ℎ2dD．d2ℎ
6．（2023·深圳模拟）我国科研人员采用全新发电方式——“爆炸发电”，以满足高耗能武器的连续发射需求。其原理如图所示，爆炸将惰性气体转化为高速等离子体，射入磁流体动力学发生器，发生器的前后有两强磁极N和S，使得上下两金属电极之间产生足够高电压，下列说法正确的是（ ）
A．上极板电势比下极板电势低
B．仅使L增大，两金属电极间的电动势会变大
C．仅使d增大，两金属电极间的电动势会变大
D．仅使b增大，两金属电极间的电动势会变大
7．（2023·浙江模拟）传感器是一种采集信息的重要器件，图为测定压力的电容式传感器，将电容器、灵敏电电流表、电源连接．施加力的作用使电极发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流计指针偏转．在对膜片开始施加恒定的压力到膜片稳定，灵敏电流表指针的偏转情况为（电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏）
A．向右偏到某一刻度后不动
B．向左偏到某一刻度后不动
C．向右偏到某一刻度后回到零刻度
D．向左偏到某一刻度后回到零刻度
8．（2023·浙江模拟）如图所示为某示波管内一个平面的聚焦电场，实线和虚线分别表示电场线和等差等势线，a、b、c三点分别是电场线与等势线的交点。两个电子分别从a、b两点运动到c点，Wac和Wbc分别表示两电子从a、b两点运动到c点时电场力做的功，下列说法正确的是（ ）
A．Wac=Wbc
B．电子在b点的电势能小于在c点的电势能
C．电子在电场中b点的加速度大于a点的加速度
D．两电子从电场中某点获得瞬间冲量后，不可能沿电场线运动
9．（2023·渭南模拟）在A、B两点放置电荷量分别为+q1和−q2的点电荷，其形成的电场线分布如图所示，C为A、B连线的中点，D是AB连线的中垂线上的另一点。则下列说法正确的是（ ）
A．q1x2区域电场强度沿x轴正方向
D．一带负电试探电荷从O处移到x2处，电势能先减小后增加
25．（2023·重庆市模拟）如图所示，真空中的带负电的两个点电荷位于x轴上的A、B两点，它们相距4L，O点为AB的连线中点。一电子在AB连线间靠近A点的某点从静止释放后，在AB间做往复运动，且经过C点时动能最大，已知两点电荷电量之比Q1：Q2=4：1，则下列说法正确的是（ ）
A．电子经过O点时的加速度为0
B．AC点间距离为83L
C．电子从A向B运动过程中电势能一直减小
D．C点电势比O点电势高
26．（2023·云南模拟）如图，四个等量点电荷分别固定在平面内一菱形的四个顶点上，θ=60°，电性如图中所示，A、B、C、D分别为四条边的中点，下列说法正确的是（ ）
A．A点的场强小于D点的场强
B．B点的电势等于C点的电势
C．电子在A点的电势能小于在O点的电势能
D．质子从B点沿直线BC移动到C点，电势能先增大再减小
27．（2023·云南模拟）如图，圆心为O、半径为R的圆形区域内存在一个平行于该区域的匀强电场，MN为圆的一条直径。质量为m、电荷量为+q的粒子从M点以速度v射入电场，速度方向与MN夹角θ=45°，一段时间后粒子运动到N点，速度大小也为v，不计粒子重力，规定M点电势为0。下列说法正确的是（ ）
A．场强大小为mv22qR
B．粒子电势能的最大值为14mv2
C．仅改变粒子速度大小，粒子离开圆形区域时电势能的最小值为−mv2
D．仅改变粒子速度大小，当粒子离开圆形区域的电势能最小时，粒子射入电场的速度大小为v2
28．（2023·赣州模拟）两个质量相等、电荷量不等的带电粒子甲、乙，以不同的速率从S点沿直径SO方向垂直射入水平向右的匀强电场，它们在圆形区域中运动的时间相同，其运动轨迹如图所示，乙粒子运动轨迹与圆形区域的交点恰好在水平直径AOB最左端的A点。不计粒子的重力，则下列说法中正确的是（ ）
A．甲粒子带负电
B．甲粒子所带的电荷量比乙粒子少
C．在圆形区域运动过程中，甲粒子动量变化小
D．在圆形区域运动过程中，甲粒子电势能变化大
29．（2023·济宁模拟）如图所示，空间中有一正方体abcd—a'b'c'd'，在b点固定点电荷＋Q，在d点固定点电荷－Q，O、O'分别为上下两面的中心点，下列说法正确的是（ ）
A．a点与c'点的电场强度方向相同
B．b'、a'两点间电势差等于O'、d'两点间电势差
C．将某点电荷＋q由a'点沿a'c'移至c'点，该电荷的电场力先变大后变小
D．将某点电荷＋q由a'点沿a'c'移至c'点，该电荷的电势能先变大后变小
30．（2023·山东模拟）如图，圆心为O、半径为r的圆处在一匀强电场中，电场强度方向与圆平面平行，ab为圆的直径，c为圆周上另外一点，ab与ac的夹角为α=60°。电荷量为q（q>0）的同种带电粒子从O点先后以相同的动能Ek、不同的速度方向发射，发现从圆周上的c点射出的粒子动能最大，最大值为3Ek，粒子仅受电场力作用。下列说法正确的是（ ）
A．该匀强电场的方向与ac平行
B．该匀强电场的场强大小为2Ekqr
C．O、a两点间的电势差为Ek2q
D．把一电荷量为q的负电荷从b点移到c点，电场力做的功为−3Ek
31．（2023·湖南模拟）如图所示为某汽车上的加速度电容传感器的俯视图。质量块左、右侧分别连接电介质、轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，质量块可带动电介质相对于外框无摩擦左右移动，电容器与供电电源连接，并串联计算机的信号采集器。下列关于该传感器的说法正确的是（ ）
A．电介质插入极板间越深，则电容器电容越大
B．在汽车向右匀加速直线运动过程中电路中有电流
C．在汽车向左匀速直线运动过程中电路中有电流
D．在汽车向右做加速度增大的加速运动过程中，电路中有顺时针方向的充电电流
三、非选择题
32．（2023高三下·杭州模拟） 如图，为某一粒子分离收集装置，间距d=3cm的PQ两平行绝缘板之间为初始粒子通道，O′O为中轴线，工作时会有大量带电粒子或仅沿着中轴线通过该通道，或平行于中轴线通过整个通道。如果需要，整个通道还可以绕O点在纸面内转动，其右侧分布着垂直于纸面向外的单边界水平磁场，磁感应强度为B=0.1T，磁场区域在竖直方向和右边足够大，O点为通道中轴线与磁场左边界的交点，初始中轴线垂直于边界。在左边界放置足够大单向滤网板，带电粒子可以从左向右无影响的穿过滤网板，但是从右向左带电粒子无法穿越，从右向左遇到单向滤网板会被滤网板挡住且收集，可以视为收集板。PQ平行板的右端与磁场左边界有足够距离，以O点为坐标原点，沿边界竖直向上为y轴正方向，水平向右为x轴正方向，建立坐标系。现有大量速度都为v=105m/s的11H、12H粒子，从左端进入通道，实施试验。已知11H的质量为m=1.6×10−27kg，12H的质量为2m，它们的带电量都为e=1.6×10−19C，不计粒子在通道内的运动时间，粒子离开通道后可以继续匀速直线前进，直至进入磁场。不计粒子重力和粒子间的相互影响。
（1）第一次试验，通道不转动，带电粒子仅沿着中轴线通过通道，求11H在收集板上的落点位置（用y坐标表示）；
（2）第二次试验，整个通道绕O点在纸面内缓慢转动，转动范围为中轴线与水平方向的夹角为θ（θ≤90°）的上下对称区域，带电粒子始终沿着中轴线通过通道，为了使11H、12H粒子在收集板上不重叠，求转动角θ的最大值；
（3）第三次试验，通道在上下对称区域内缓慢转动，最大转动角θ=60°，带电粒子始终平行于中轴线通过整个通道，求11H、12H粒子在收集板上的重叠区间。
33．（2023高三下·深圳模拟）离子约束技术对实现可控核聚变有着决定性作用。某离子束实验装置的基本原理如图甲所示，在半径为R的圆柱体底面建立空间直角坐标系，坐标原点与圆柱底面圆心重合。圆柱体区域内存在沿z轴负方向、电场强度为E的匀强电场，圆柱区域正上方存在沿x轴负方向、磁感应强度为B0的匀强磁场。如图乙所示，从离子源不断飘出（不计初速度）电荷量为q、质量为m的正离子，经电场加速后从圆柱边界正上方沿y轴负方向进入磁场，恰好在圆柱顶面圆心处与y轴正方向成θ=45°角斜向下射出磁场，进入圆柱区域内的电场中，最后落在圆柱底面上坐标为(0，R，0)的D点（图中未画出），不计离子重力。
（1）求加速装置的电压U；
（2）若已知E=2qB02Rm，求圆柱体区域的高度h；
（3）若将圆柱体区域（含边界）的电场，换成一个沿z轴负方向的匀强磁场，且知圆柱区域高度为ℎ=3πR。为使离子都能到达圆柱底面，并在O点“聚焦”，则磁感应强度B应为多大？
34．（2023高考模拟·温州）如图所示，足够大的光滑水平地面上有一水平直角坐标系，第一、二和四象限存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为 B0 ， AO 和 OC 为光滑挡板，A点坐标为 (−l，0) ，足够长的 OC 挡板与x轴夹角为 30° 。第三象限内一个电荷量为q、质量为m的可视为质点的带正电小球，以某一速度沿直线运动通过相互垂直的电场和磁场后，从A点垂直x轴进入第二象限，小球与 AO 挡板的碰撞为弹性碰撞；小球与 OC 挡板碰撞后反弹，垂直挡板方向的速度大小减为碰前的二分之一，平行挡板方向的速度不变，碰撞过程中小球电荷量保持不变。已知第三象限内的电场强度与磁感应强度的比值为 B0ql3m 。求
（1）小球从A点进入磁场到第一次撞击 OC 挡板所用的时间及第一次撞击点坐标；
（2）小球打在 OC 挡板上离坐标原点的最远距离 dm ；
（3）当小球打在 OC 挡板上离坐标原点最远位置时，将 B0 方向反向（大小不变），同时加一个沿y轴负方向的匀强电场E，此后小球沿y轴负方向运动的最大距离h（用m，E， B0 ，q表示）。
35．（2023·深圳模拟）某肿瘤治疗新技术是通过电子撞击目标靶，使目标靶放出X射线，对肿瘤进行准确定位，再进行治疗，其原理如图所示。圆形区域内充满垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度为B。水平放置的目标靶长为2l，靶左端M与磁场圆心O的水平距离为l、竖直距离为3l。从电子枪逸出的电子（质量为m、电荷量为e，初速度可以忽略）经匀强电场加速时间t后，以速度v0沿PO方向射入磁场，（PO与水平方向夹角为60°），恰好击中M点，求：
（1）匀强电场场强的大小；
（2）匀强磁场的方向及电子在磁场中运动的时间；
（3）为保证电子击中目标靶MN，匀强电场场强的大小范围（匀强电场极板间距不变）。
36．（2023·广东模拟）如图甲是一种利用磁场约束离子运动的装置原理图，内、外半径分别为R和3R的圆筒共轴放置，轴线OO′水平，在轴线正下方是一对平行金属板，上板正中间的小孔a与外筒正中间的小孔b在通过轴线的同一竖直线上，a、b间距离为d、两筒之间分布着以轴为圆心的同心磁场，各处磁感应强度大小近似相等，磁感应强度为B，从右往左看截面如图乙所示。在平行板下板中央的一个质量为m、电量为e的氢离子（11H）从静止加速经小孔a从小孔b进入磁场，在磁场中的轨迹恰好与内筒下边缘相切；一段时间后调节板间电压为原来的2倍，并让一个氘核（12H）在下极板同一位置从静止加速也进入磁场。已知离子与筒壁正碰后均原速反弹且碰撞时间极短，离子与筒壁接触其电荷量不变，筒壁光滑，忽略离子间的相互作用和它们在平行板间加速的时间。
（1）求加速氢离子时平行板间的电压U多大；
（2）分析氘核是否与内筒壁碰撞，如果与内筒壁碰撞，求它与内筒壁第一次碰撞的点P（未在图中画出）与小孔b的水平距离s的大小；
（3）若氢离子第一次与筒左侧壁垂直碰撞后沿直线返回，运动到P点时与氘核相遇，筒长L=20R，求氢、氘核释放的时间间隔。
37．（2023高三下·潮州模拟）如图所示，直角坐标系xOy所在竖直平面内，第一、二象限中分布着沿x轴负方向的匀强电场E1，第三、四象限中分布着沿y轴正方向的匀强电场E2；第三、四象限还分布着匀强磁场（图中未画出）．一质量为m、带电量为q的正电小球自坐标为(0，L)的A点由静止出发，进入第三象限后恰能作匀速圆周运动并垂直于y轴射入第四象限，已知E1=mgq，重力加速度为g．求：
（1）小球第一次通过x轴时的速度；
（2）匀强电场场强E2和匀强磁场磁感应强度B大小的比值；
（3）小球从第四象限穿出后，经过一段时间会再次到达x轴上的N点（图中未标出），求小球从出发运动至N的时间tAN．
38．（2023·山西模拟）在足够大空间存在竖直向下的匀强电场E，一质量为m、电量为q的带电粒子从某点以速度v0平抛，若匀强电场空间足够大，粒子所受重力忽略。
（1）求粒子在运动过程中速度方向与位移方向夹角正弦的最大值。
（2）如图，斜面倾角为45°，带电粒子在斜面底端正上方h处，若粒子水平初速度大小可变化，求粒子落在斜面上动能的最小值。
39．（2023·东阳模拟）如图甲所示，真空中存在一间距为d=0.02m的水平平行板电容器，板长L=0.04m，板间电压为U、板间匀强电场方向向上，MN为一垂直上极板PQ的足能长的光屏，其下端N与极板右端Q重合，在MN所在竖直线右侧空间存在匀强磁场。在下极板左端有一个粒子源A，可以紧贴极板水平向右连续发射带正电的粒子，粒子比荷为qm=1×108C/kg，初速度v0=1×105m/s。已知粒子打到极板或光屏时会被吸收，粒子之间的作用力不计，粒子的重力不计。
（1）为使粒子能够从极板间射出，求电压U的最大值；
（2）若匀强磁场方向垂直纸面向里（如图甲），大小为B1=0.05T，电压U可任意调节，则求粒子击中光屏形成痕迹的长度ΔL；
（3）若匀强磁场方向改成水平向右，大小变为B2=320T，电压U可任意调节，在极板右侧放置另一块与MN平行的足够大的光屏CD，CD在磁场中能左右移动，则求粒子打在光屏CD上留下所有痕迹的面积S；
（4）在满足第（3）问的条件下，同时在电容器的右侧与光屏之间加一水平向右的匀强电场，其场强大小E=33π×104N/C，在光屏上以D点原点（D点为光屏与FG直线的交点），垂直纸面向内为x轴，竖直向上为y轴，水平向右的方向为z轴，建立如图乙所示的三维直角坐标系xyz。光屏位置到G点的距离用K表示，现将光屏CD沿FG直线从G点开始从近到远依次放在不同位置上，光屏CD始终平行MN，当光屏距G点为K1与K2这两个位置时打在光屏上所有粒子的点迹首次先后出现如图丙、丁所示的两条直线（顺着匀强电场E，水平向右看光屏），其中图丙为距离K1时的图样，图丁为距离K2时的图样，则K1与K2这两位置相距多少距离？
40．（2023·安徽模拟）如图甲所示，长为L的平行金属板M、N上加有如图乙所示的交变电压，图乙中U0、T均已知，在过两板右端的虚线右侧有垂直于纸面向里足够大的匀强磁场，在两板中线左端有一粒子源，可以不断地从粒子源内沿两板间中线向右射出质量为m，电荷量为q的带正电的粒子，粒子射出的速度大小为LT，从t=0时刻射人的粒子恰好从N板右端附近射出，此粒子经磁场偏转后又恰好不能再进入两板间电场，不计粒子的重力和粒子间的相互作用，求：
（1）M、N板间的距离；
（2）匀强磁场的磁感应强度大小；
（3）匀强磁场中所有粒子通过的区域的面积大小。
41．（2023·安徽模拟）如图所示，坐标系xOy的第一象限存在匀强磁场，磁场方向垂直于xOy平面向外；第四象限内有沿x轴负方向的匀强电场。质量为m、带电量为q(q>0)的粒子以速率v从y轴的点A(0，3L)射入磁场，经x轴上的点C(L，0)沿y轴负方向进入电场，然后从y轴负半轴D点以与y轴负方向成60°角离开电场，不计粒子重力，求：
（1）粒子在A点时速度方向与y轴正方向的夹角θ；
（2）匀强电场的电场强度大小；
（3）粒子在电场和磁场中运动的总时间t。