2025高考物理一轮总复习第9章静电场第23讲电场能的性质提能训练

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题组一 电势高低和电势能大小的判断
1.如图，医用口罩由多层织物材料构成，其中有一层熔喷布经过特殊工艺处理后成为驻极体材料，这层材料表面长期带有正电荷，能有效吸附细小的粉尘，而这些粉尘通常是细菌和病毒传播的载体。则其中即将被吸附的带电粉尘，一定是( C )
A．带正电
B．沿电场线加速靠近熔喷布
C．在靠近熔喷布的过程中电场力做正功
D．在靠近熔喷布的过程中电势能增加
[解析] 由于口罩材料表面长期带有正电荷，则被吸附的带电粉尘，一定是带负电荷，A错误；熔喷布产生的电场线不一定是直线，而只有电场线是直线，带电粒子的初速度为零或初速度方向与电场线方向在同一条直线上时带电粒子的轨迹才与电场线重合，B错误；由选项A可知，被吸附的带电粉尘，一定是带负电荷，则负电荷靠近熔喷布的过程中电场力做正功，电势能减小，C正确，D错误。
2．(2023·广东汕头高三统考期中)如图所示是空气净化器内部结构的简化图，其中的负极针组件产生电晕，释放出大量电子，电子被空气中的氧分子捕捉，从而生成空气负离子。负离子能使空气中烟尘、病菌等微粒带电，进而使其吸附到集尘栅板上，达到净化空气的作用。下列说法正确的是( D )
A．负极针组件产生电晕，利用了静电屏蔽的原理
B．为了更有效率地吸附尘埃，集尘栅板应带负电
C．负极针组件附近的电势较高
D．烟尘吸附到集尘栅板的过程中，电势能减少
[解析] 负极针组件产生电晕，利用了尖端放电的原理，故A错误；负离子能使空气中烟尘、病菌等微粒带电，为了更有效率地吸附尘埃，集尘栅板应带正电，故B错误；电场线由正极指向负极，负极针组件附近的电势较低，故C错误；烟尘吸附到集尘栅板的过程中，电势升高，根据Ep＝qφ，电势能减少，故D正确。故选D。
3．(多选)(2024·广东高三阶段练习)在圆锥体空间的顶点O固定一正点电荷，底面圆周上有三点a、b、c，O′是底面圆心，在该点电荷所产生的电场中，正确的判断是( BC )
A．a、b、c三点的电场强度相同
B．a、b、c三点在同一个等势面上
C．带正电的检验电荷沿直线从a至O′过程中电场力增大
D．带负电的检验电荷沿直线从a至O′过程中电势能增大
[解析] a、b、c三点到O点的距离相等，根据点电荷的场强公式E＝keq \f(Q,r2)，可知三点的电场强度大小相等，但方向不同，故A错误；a、b、c三点到O点的距离相等，在同一等势面上，故B正确；检验电荷沿直线从a至O′过程中，到O点的距离逐渐减小，根据点电荷的场强公式可知电场强度大小逐渐增大，所以带正电的检验电荷沿直线从a至O′过程中电场力增大，故C正确；沿直线从a至O′过程中，电势升高，根据负电荷在电势高的位置电势能小可知，带负电的检验电荷沿直线从a至O′过程中电势能减小，故D错误。
题组二 电场线、等势面与带电粒子运动轨迹
4．(多选)(2021·全国甲卷)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( BD )
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
[解析] 由题图可知φb＝φe，则正电荷从b点运动到e点，电场力不做功，A项错误；由题图可知φa＝3 V，φd＝7 V，根据电场力做功与电势能的变化关系得Wad＝Epa－Epd＝(φa－φd)·(－e)＝4 eV，B项正确；沿电场线方向电势逐渐降低，则b点处的场强方向向左，C项错误；由于电场线与等势面处处垂直，则可画出电场线分布如图所示，由图可看出，b点电场线最密集，则b点处的场强最大，D项正确。
5. (多选)(2023·辽宁卷)在O点处固定一个正点电荷，P点在O点右上方。从P点由静止释放一个带负电的小球，小球仅在重力和该点电荷电场力作用下在竖直面内运动，其一段轨迹如图所示。M、N是轨迹上的两点，OP>OM，OM＝ON，则小球( BC )
A．在运动过程中，电势能先增加后减少
B．在P点的电势能大于在N点的电势能
C．在M点的机械能等于在N点的机械能
D．从M点运动到N点的过程中，电场力始终不做功
[解析] 由题知，OP>OM，OM＝ON，则根据点电荷的电势分布情况可知φM＝φN>φP，则带负电的小球在运动过程中，电势能先减小后增大，且EpP>EpM＝EpN，则小球的电势能与机械能之和守恒，则带负电的小球在M点的机械能等于在N点的机械能，A错误，B、C正确；从M点运动到N点的过程中，电场力先做正功后做负功，D错误。故选BC。
6．如图所示，实线表示某电场的电场线(方向未标出)，虚线是一带负电的粒子只在电场力作用下的运动轨迹，M和N是轨迹上的两点。设M点和N点的电势分别为φM、φN，粒子在M点和N点时加速度大小分别为aM、aN，速度大小分别为vM、vN，电势能分别为EpM、EpN，下列判断正确的是( A )
A.vMaN
C．φM