人教版高中物理必修第三册同步讲义第十章 静电场中的能量（2份，原卷版+解析版）

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第十章 静电场中的能量 章末检测题一、单选题1．如图所示，在正四面体的A、B两点固定两等量异种点电荷，其中E、F、G分别为AB、BC、CD的中点，则关于C、D、E、F、G五点的场强和电势说法正确的是（    ）A．C、D两点的电势相等，场强大小相等，方向不同B．D、G两点的电势相等，场强大小不等，方向相同C．E、G两点的电势不等，场强大小不等，方向相同D．E、F两点的电势不等，场强大小相等，方向不同2．如图所示，真空中有两个点电荷C和C。分别固定在x坐标轴的和的位置上。以下说法正确的是（　　）  A．两个点电荷间某点的电场强度为零B．（6cm，12cm）区域内电场强度的方向沿x轴正方向C．电子在两个点电荷之间向右运动时，电势能先增大后减小D．电子从位置向右运动时，电势能先减小后增大3．某电场等势面分布情况如图所示，A、B分别为场中两点，一带电粒子在此电场中的轨迹如虚线所示，下列判断正确的是（　　）A．带电粒子带负电B．带电粒子在B点的加速度大于在A点的加速度C．带电粒子运动到B点的速度大于在A点的速度D．负的点电荷在B点由静止释放，只在电场力的作用下电荷将沿着等势面e运动4．避雷针是利用尖端放电原理保护建筑物避免雷击的一种设施。雷雨天当带有负电的乌云飘过一栋建筑物上空时，避雷针的顶端通过静电感应会带上大量电荷，在避雷针周围形成电场。图中虚线为避雷针周围的等势线，相邻两等势线间的电势差相等。则（　　）A．避雷针附近的电场是匀强电场B．避雷针的顶端带负电C．a、b、c、d四个等势面中，a的电势最低D．一带负电的雨滴从乌云中落下，电场力做负功5．如图所示，将一个半径为r的不带电的金属球放在绝缘支架上，金属球的右侧放置一个电荷量为Q的带正电的点电荷，点电荷到金属球表面的最近距离也为r。由于静电感应在金属球上产生感应电荷。设静电力常量为k。则关于金属球内的电场以及感应电荷的分布情况，以下说法中正确的是（　　）  A．金属球的球心处电场强度大小为B．感应电荷在金属球球心处激发的电场场强，方向向右C．感应电荷全部分布在金属球的表面上D．金属球右侧表面的电势高于左侧表面6．沿着x轴的一电场的图像如图甲所示，沿着x轴的另一电场的图像如图乙所示，下列说法不正确的是（　　）A．甲图中，至电场的方向沿着x轴的负方向B．甲图中，O至电场强度的大小为C．乙图中，O至电场的方向沿着x轴的负方向，至电场的方向沿着x轴的正方向D．乙图中，坐标原点O处与处之间的电势差为7．如图所示，在匀强电场中有直角三角形BOC，电场方向与三角形所在平面平行，若三角形三顶点处的电势分别为φ0=4.5V、φB=0V、φC=9V，且边长，，则下列说法中正确的是（　　）  A．电场强度的大小为B．一个电子在O点由静止释放后会做曲线运动C．电场强度的大小为100V/mD．一个电子在O点由静止释放后会沿直线OB运动8．如图所示的闭合电路中，A，B为竖直放置平行正对金属板，两板间距为d，D为理想二极管，R为滑动变阻器，A，B两板间有一轻绳悬挂质量为m，电荷量为的带电小球，闭合开关S，待电路稳定后，细绳与竖直方向的夹角，已知重力加速度为g。小球始终不会碰到极板，下列说法正确的是（　　）  A．两极板间的电压为B．若仅将A板向左移动，带电小球静止时角大于C．若仅将R的滑片右移，带电小球静止时角仍为D．若将开关断开，带电小球静止时角仍为二、多选题9．关于等量异种电荷和等量同种电荷的等差等势面，下图可能正确的是（　　）A． B．C． D．10．如图所示，正六棱柱上下底面的中心为O和，A、D两点分别固定等量异号的点电荷，下列说法正确的是（    ）  A．点与点的电场强度大小相等B．点与点的电场强度方向相同C．点与点的电势差小于点与点的电势差D．将试探电荷由F点沿直线移动到O点，其电势能先增大后减小11．已知两点电荷M、N固定在x轴上的-3x、3x处，其中A、B、C为x轴上的三点，坐标值为-2x、x、2x，B点的切线水平，已知点电荷在空间某点的电势为，Q为场源电荷的电荷量，r为某点到场源电荷的间距，A点的电势为φ0。则下列说法正确的是（　　）  A．M、N为异种电荷 B．C．B点的电势为 D．12．如图所示的两个平行板电容器水平放置，A板用导线与板相连，B板和板都接地。已知A板带正电，在右边电容器间有一个带电油滴N处于静止状态。AB间电容为，电压为，带电量为；间电容为，电压为，带电量为，若将左边电容器间的绝缘介质抽出，则（　　）  A．减小，增大B．减小，增大C．减小，增大D．N原来所在位置处的电势升高且N向上运动三、实验题13．在“用传感器观察电容器的充放电过程”实验中，按图1所示连接电路。电源电压恒为6.0V，单刀双掷开关S先跟2相接，某时刻开关改接1，一段时间后，把开关再改接2。实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况。  （1）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曲线。曲线与两坐标轴围成的面积代表电容器的______；A．电压    B．电容    C．电量（2）开关S先跟2相接，若由实验得到的数据，在图2中描出了12个点（用“×”表示），可以估算出当电容器两端电压为6.0V时该电容器所带的电荷量约为______C，从而算出该电容器的电容约为______F；（结果均保留2位有效数字）（3）在下列四个图像中，表示充放电实验过程中通过传感器的电流随时间变化的图像和两极板间的电压随时间变化的图像，其中正确的有______。  14．电容储能已经在电动汽车，风、光发电、脉冲电源等方而得到广泛应用。某同学设计图甲所示电路，探究不同电压下电容器的充、放电过程，器材如下：  电容器C（额定电压，电容标识不清）；电源E（电动势，内阻不计）；电阻箱（阻值）；滑动变阻器（最大阻值，额定电流）；电压表V（量程，内阻很大）；发光二极管，开关，电流传感器，计算机，导线若干。  回答以下问题：（1）按照图甲连接电路，闭合开关，若要升高电容器充电电压，滑动变阻器滑片应向___________端滑动（填“a”或“b”）。（2）调节滑动变阻器滑片位置，电压表表盘如图乙所示，示数为___________V（保留1位小数）。（3）继续调节滑动变阻器滑片位置，电压表示数为时，开关掷向1，得到电容器充电过程的图像，如图丙所示。借鉴“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中估算油膜面积的方法，根据图像可估算出充电结束后，电容器存储的电荷量为___________C（结果保留2位有效数字）。（4）本电路中所使用电容器的电容约为___________F（结果保留2位有效数字）。（5）电容器充电后，将开关掷向2，发光二极管___________（填“”或“”）闪光。四、解答题15．如图所示，在平面直角坐标系中，有方向平行于坐标平面的匀强电场，坐标系内有A、B两点，其中A点坐标为（6cm，0），B点坐标为（0，cm），坐标原点O处的电势为0，A点的电势为8 V，B点的电势为4 V。求：（1）图中C处（3cm，0）的电势；（2）匀强电场的场强大小。  16．如图所示，三个可视为质点的物块A、B、C置于绝缘水平面上，A与B靠在一起，C靠在固定绝缘挡板上，A始终不带电，B、C的电荷量分别为、且保持不变，A、B质量分别为。开始时A、B恰好保持静止，B、C间的距离为。现给A施加一水平向右的拉力F（F为未知量），使A向右做加速度大小为的匀加速直线运动，经过一段时间，拉力F由变力变为恒力。已知静电力常量为，重力加速度大小为，A、B与水平面之间的动摩擦因数相同，最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力大小。求（1）A、B与水平面之间的动摩擦因数；（2）拉力由变力变为恒力需要的时间；（3）若在时间内电场力对B做的功为，则此过程中拉力F对A做的功。  17．如图所示，倾角为60°的光滑斜面通过C处一小段可忽略的圆弧与半径为r，圆心为O的光滑半圆管相连接，C为圆管的最低点，D为最高点，在空间CD左侧存在大小未知方向水平向左的匀强电场，现将一质量为m电荷量为的绝缘小球从斜面顶端A点由静止开始下滑，运动到斜面底端C点进入细管内（圆管内径略大于小球的直径），经竖直半圆管最高点D后落到斜面的某点H，已知小球在C点时对圆管的压力为5mg，斜面AC的长度，重力加速度为g，则：（1）小球到达D点时的速度大小（2）场强E的大小（3）小球从D点到H点的时间18．如图甲所示，某装置由金属圆板（序号为0）、八个横截面积相同的金属圆筒、平行金属板和荧光屏构成，八个圆筒依次排列，长度照一定的规律依次增加，则筒的中心轴线，平行金属板的中心线和荧光屏的中心Q在同一直线上，序号为奇数的圆筒和下金属板与交变电源的一个极相连，序号为偶数的圆筒和上金属板与该电源的另一个极相连。交变电源两极间电势差的变化规律如图乙所示，电压的绝对值为，周期为T。时，位于和偶数圆筒相连的金属圆板中央的一个电子，在圆板和圆筒1之间的电场中由静止开始加速，沿中心轴线冲进圆筒1，电子到达圆筒各个间隙的时刻，恰好是该间隙的电场强度变为向左的时刻，电子通过间隙的时间可以忽略不计。电子离开金属圆筒8后立即进入两平行金属板之间，离开平行金属板之间的电场，做匀速直线运动，直至打到荧光屏上某位置。已知电子的质量为m、电荷量为e，不计重力两平行金属板之间的距离为d，忽略边缘效应。求：（1）第六个金属圆筒的长度；（2）电子在整个运动过程中最大速度的大小；（3）电子打在荧光屏上的位置到O点的距离。