第十章 静电场中的能量质量检测-2022-2023学年高二物理上学期同步学案+典例+练习（人教版2019必修第三册）

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第十章 静电场中的能量质量检测 时间：90分钟 满分：100分 一、单项选择题：共8小题，每小题4分，共32分。 1．如图所示的电场中，虚线为三个等势面，相邻等势面之间的电势差相等，即，一带负电的质点仅在电场力的作用下通过该区域时的运动轨迹如实线所示，是这条轨迹上的两点，由此可知（　　） A．三个等势面中，a的电势最高 B．带电质点在P点的动能比在Q点大 C．带电质点在P点的电势能比在Q点小 D．带电质点在P点时的加速度比在Q点小 2．如图所示为处于等边三角形顶点的两个正点电荷与一个负点电荷所形成的电场的等势面，相邻等势面之间的电势差相等。已知三个点电荷的电荷量大小相等，O点为两个正点电荷连线的中点，A、O、B及两点电荷在同一直线上，且A、B两点关于O点对称，以无穷远处为零势能面，A、B、C分别在对应的等势面上，电势已在图中标注。下列说法正确的是（　　） A．O点电场强度为零，电势不为零 B．A、B两点的电场强度大小相等，方向相反 C．A、C之间的电势差为4V D．一电子仅受电场力作用由B点运动到C点，其动能减少8eV 3．关于静电场，下列说法正确的是（　　） A．电场中某点电场强度的方向，与电荷在该点所受的电场力方向相同 B．电场强度公式表明，电场强度的大小与试探电荷的电荷量q成反比，若q减半，则该处的电场强度变为原来的2倍 C．电场中电势为零的位置，电场强度一定为零 D．带电粒子（只受电场力）在电场中运动，某一点的加速度方向一定和该点的电场力方向相同 4．传感器在生活中有很多应用，电容式加速度传感器在安全气囊、手机移动设备方面应用广泛，其原理如图所示，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，质里块可带动电介质相对于外框无摩擦左右移动，但不能上下移动。下列关于该传感器的说法正确的是（　　） A．当电路中没有电流时，电容器所带电荷量一定都相等 B．当电路没有电流时，传感器一定处于平衡状态 C．当电路中有顺时针方向的电流时，电容器电容一定减小 D．当电路中有顺时针方向的电流时，传感器可能向左也可能向右运动 5．为了减少污染，工业废气需用静电除尘器除尘，某除尘装置如图所示，其收尘极为金属圆筒，电晕极位于圆筒中心。当两极接上高压电源时，电晕极附近会形成很强的电场使空气电离，废气中的尘埃吸附离子后在电场力的作用下向收尘极运动并沉积，以达到除尘目的。假设尘埃向收尘极运动过程中所带电量不变，下列判断正确的是（　　） A．金属圆筒内存在匀强电场 B．金属圆筒内越靠近收尘极电势越高 C．带电尘埃向收尘极运动过程中加速度越来越大 D．带电尘埃向收尘极运动过程中受到的电场力越来越小 6．如图所示，匀强电场与在同一平面内，，。将一电荷量为的点电荷从电场中的点移到点，静电力做了的功，再从点移到点，静电力做了的功，以下说法正确的是（　　） A．该电荷在点的电势能比点的电势能高 B．、两点的电势差 C．将点电荷从点沿移到点，电场力做功 D．该匀强电场的电场强度 7．如图所示的坐标系中，x轴上固定一个点电荷Q，y轴上固定一根光滑绝缘细杆（细杆的下端刚好在坐标原点O处）．将一个套在杆上重力不计的带电圆环（视为质点）从杆上P处由静止释放，圆环从O处离开细杆后恰好绕点电荷Q做圆周运动．下列说法正确的是 A．圆环沿细杆从P运动到O的过程中，加速度一直增大 B．圆环沿细杆从P运动到O的过程中，速度先增大后减小 C．增大圆环所带的电荷量，其他条件不变，圆环离开细杆后仍然能绕点电荷做圆周运动 D．将圆环从杆上P的上方由静止释放，其他条件不变，圆环离开细杆后仍然能绕点电荷做圆周运动 8．如图所示，半径为R、圆心为O的内壁光滑的绝缘圆形轨道竖直固定放置，C点为轨道的最高点，B点为与O点等高的点，在O点固定一电荷量为+q的点电荷。一个电荷量为-q的小球（可视为质点）静止在圆弧轨道的最低点A，对轨道的压力刚好为零。现给小球一个初速度让其在竖直平面内做完整的圆周运动。已知静电力常量为k，重力加速度大小为g，不计空气阻力大小，下列说法正确的是（　　） A．小球在竖直平面内做完整的圆周运动时，机械能不守恒 B．在最低点给小球的速度大小至少为，小球才能做完整的圆周运动 C．当小球恰好做完整的圆周运动时，其在B点的向心加速度大小为5g D．小球做完整的圆周运动，A、C两点对其弹力的大小之差恒为 二、多项选择题：共3小题，每小题4分，共12分。全部选对得4分，部分选对得2分，有选错得得0分。 9．很多以煤做燃料的电厂、电站每天排出的烟气带走大量的煤粉，如图甲所示，这不仅浪费燃料，而且严重地污染环境，为了消除烟气中的煤粉，可利用静电除尘，如图丙，m、n为金属管内两点。在P、Q两点加高电压时，金属管内空气电离。电离出来的电子在电场力的作用下，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电，导致煤粉被吸附到管壁上，排出的烟就清洁了。就此示意图，下列说法正确的是（　　） A．Q接电源的正极 B．电场强度 C．金属圆筒内越靠近Q极电势越高 D．某时刻分别处于m、n两点的两煤粉颗粒的电势能 10．如图所示，在匀强电场中有边长为5cm的等边三角形ABC，三角形所在平面与匀强电场的电场线平行。O点为该三角形的中心，D、E、F分别为AB、BC和AC边的中点。三角形各顶点的电势分别为、、，下列说法正确的是（　　） A．O点电势为10V B．匀强电场的场强大小为160V/m，方向由C指向A C．将电子由E点移到C点，电子的电势能减少了2eV D．在三角形ABC内切圆的圆周上，D点电势最低 11．电子眼系统路面下埋设的感应线可感知汽车的压力。感应线是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大电压越大，压电薄膜与电容器C、电阻R组成图甲所示的回路。红灯亮时，如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中产生两脉冲电流（如图乙所示），电子眼会拍照，即视为“闯红灯”，则红灯亮时（　　） A．车轮停在感应线上时，电阻R上有恒定电流 B．某车轮经过感应线的过程中，电容器先充电后放电 C．某车轮经过感应线的过程中，通过电阻R上的电流大小不变 D．汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，仍会被电子眼拍照 三、实验题：共2小题，共18分。 12.（6分）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）； 13.（12分）在测定电容器电容的实验中，将电容器、电压传感器、阻值为3kΩ的电阻R、电源、单刀双掷开关S按图甲所示电路图进行连接。先使开关S与1相连，电源给电容器充电，充电完毕后把开关S掷向2，电容器放电，直至放电完毕，实验得到的与电压传感器相连接的计算机所记录的电压随时间变化的图线如图乙所示，图丙为由计算机对图乙进行数据处理后记录了“峰值”及图线与时间轴所围“面积”的图像。 (1)根据图甲所示的电路，观察图乙可知：充电电流与放电电流方向___________（填“相同”或“ 相反”），大小都随时间___________（填“增大”或“ 减小”）。 (2)该电容器的电容为___________F（结果保留两位有效数字）。 (3)某同学认为：仍利用上述装置，将电压传感器从电阻两端改接在电容器的两端，也可以测出电容器的电容值，请你分析并说明该同学的说法是否正确___________。 (4)电容器充电后就储存了能量，为了研究电容器储存的能量E与电容器的电容C、电荷量Q及电容器两极间电压U之间的关系。从等效的思想出发，认为电容器储存的能量等于把电荷从一个极板搬运到另一个极板过程中克服电场力所做的功。在图丁中画出电容器的U-q关系___________，并说明图线与横轴所围面积的意义___________。 四、计算题：共2小题：38分。 14.（18分）已知电子电量为e、质量为m，经U1=1500V的加速电压加速后，在两平行板正中央处进入平行板间的匀强电场U2，入射方向与极板平行，如图所示。若两板间距d＝2.0cm，板长l=5.0cm，求： （1）电子经过加速电场后获得多大的速度？（答案直接用符号表示即可，无需带数据） （2）要使电子能从平行板间飞出，两个极板间最多能加多大电压？ 15（20分）如图所示，竖直面内固定有一由斜面和半圆轨道组成的光滑轨道，处平滑连接，斜面高度和半圆直径均为，斜面和水平面的夹角为。空间有平行纸面的匀强电场。一质量为，带电量为的正电小球从斜面顶端A，以大小为的速度抛出。重力加速度。 （1）若小球水平抛出，电场方向竖直向下，要让小球落在斜面上，求电场强度的最小值。 （2）若小球速度方向未知，电场强度的取值范围为，且和方向的夹角不小于。求小球抛出后落在半圆轨道上的速度最大值。（结果可用根号表示）