河北省正定县第三中学物理第十章 静电场中的能量精选测试卷一、第十章 静电场中的能量选择题易错题培优（难）1．在真空中有水平放置的两个平行、正对金属平板，板长为l ，两板间距离为d ，在两极板间加一交变电压如图乙，质量为m ，电荷量为e 的电子以速度v 0 （v 0接近光速的1/20）从两极板左端中点沿水平方向连续不断地射入两平行板之间．若电子经过两极板间的时间相比交变电流的周期可忽略不计，不考虑电子间的相互作用和相对论效应，则（ ）A ．当U m ＜222md v el 时，所有电子都能从极板的右端射出 B ．当U m ＞222md v el 时，将没有电子能从极板的右端射出C ．当2222m md v U el =时，有电子从极板右端射出的时间与无电子从极板右端射出的时间之比为1：2D ．当2222m md v U el=时，有电子从极板右端射出的时间与无电子从极板右端射出的时间之比为12【答案】A 【解析】A 、B 、当由电子恰好飞出极板时有：l =v 0t ，2122d at =，m eU a md=由此求出：222m md v U el =，当电压大于该最大值时电子不能飞出，故A 正确，B 错误；C 、当2222m md v U el =，一个周期内有12的时间电压低于临界电压222md v el ，因此有电子从极板右端射出的时间与无电子从极板右端射出的时间之比为1：1，故C 错误,D 、若2222m md v U el=，有电子从极板右端射出的时间与无电子从极板右端射出的时间之比为21121=-，则D 选项错误．故选A ． 【点睛】该题考查了带电粒子的类平抛运动，和平抛运动具有相同规律，因此熟练掌握平抛运动规律是解决这类问题的关键．2．如图所示,虚线AB 和CD 分别为椭圆的长轴和短轴,相交于O 点,两个等量异号点电荷分别位于椭圆的两个焦点M 、N 上.下列说法中正确的是( )A ．O 点的电场强度为零B ．A 、B 两点的电场强度相同C ．将电荷+q 沿曲线CAD 从C 移到D 的过程中,电势能先减少后增加 D ．将电荷+q 沿曲线CBD 从C 移到D 的过程中,电势能先增加后减少 【答案】B 【解析】 【详解】AB.由等量异种电荷的电场线分布情况可知，A 、B 两点的电场强度相同， O 点的电场强度不为零，故A 错误；B 正确；CD. 由等量异种电荷的等势面分布情况可知，A C DB φφφφ>=>正电荷在电势高的地方电势能大，所以将电荷+q 沿曲线CAD 从C 移到D 的过程中,电势能先增大后减少，将电荷+q 沿曲线CBD 从C 移到D 的过程中,电势能先减少后增大，故CD 错误。
3．如图甲所示，a 、b 是一条竖直电场线上的两点，一带正电的粒子从a 运动到b 的速度—时间图象如图乙所示，则下列判断正确的是A ．b 点的电场方向为竖直向下B ．a 点的电场强度比b 点的大C ．粒子从a 到b 的过程中电势能先减小后增大D ．粒子从a 到b 的过程中机械能先增大后减小 【答案】B 【解析】 【详解】A.粒子在a 点时受到的电场力方向向上，大小大于重力，所以电场的方向为竖直向上，故A 错误；B.粒子在b 点时受到的电场力小于重力，所以a 点的电场强度比b 点的大，故B 正确；C.粒子从a 到b 的过程中电场力一直做正功，所以电势能一直减小，故C 错误；D.粒子从a 到b 的过程中，除重力做负功外，只有电场力做正功，则机械能一直增大，故D 错误。
4．如图所示，平行板电容器与直流电源、理想二极管(正向电阻为零可以视为短路，反向电阻无穷大可以视为断路)连接，电源负极接地。
初始电容器不带电，闭合开关稳定后，一带电油滴位于电容器中的P 点且处于静止状态。
下列说法正确的是( )A ．减小极板间的正对面积，带电油滴会向下运动B ．将上极板上移，则P 点的电势升高EC ．将下极板下移，则带电油滴在P 点的电势能增大D ．无论哪个极板上移还是下移，带电油滴都不可能向下运动 【答案】D 【解析】 【分析】由题意可知考查电容器动态分析问题，根据电容、电压、场强、电量相互关系分析可得。
【详解】A ．由4S C kd επ=Q C U= U E d = 三式 联立可得4kQ E S πε= 减小极板间的正对面积，由4SC kd επ=可知电容减小，假设电压不变由Q C U= 可知电量减小，电容器放电，因二极管的单向导电性，可知Q 不变，S 减小，由4kQE Sπε= 可知场强E 增大，电场力增大，带电油滴向上运动，故A 错误；B ．将上极板上移，由4SC kd επ=可知电容减小，假设电压不变由Q C U= 可知电量减小，电容器放电，因二极管的单向导电性，可知Q 不变，由4kQE Sπε= 可知场强E 不变，P 到下极板的距离不变，则P 点的电势不变，故B 错误；C ．将下极板下移，由4SC kd επ=可知电容减小，假设电压不变由Q C U= 可知电量减小，电容器放电，因二极管的单向导电性，可知Q 不变，由4kQE Sπε= 可知场强E 不变，P 到下极板的距离变大，则P 点的电势升高，油滴带负电，所以油滴在P 点的电势能减小，故C 错误。
D ．两极板距离增大时，电容减小，假设电压不变由QC U=可知电量减小，电容器放电，因二极管的单向导电性，电容不变，场强不变，油滴静止，当两板距离减小时，电容增大，场强增大，电场力增大，带电油滴向上运动，故D 正确。
【点睛】二极管具有单向导电性，电容器不能反向放电，则电量不会减小。
由4kQE Sπε=，可以确定电场强度变化，进一步确定电场力、电势能的变化。
同一正电荷放在电势越高处电势能越大，同一负电荷放在电势越高处电势能越小。
5．如右图所示，P 、Q 为两个等量的异种电荷，以靠近P 点的O 点为原点，沿两电荷的连线建立x 轴，沿直线向右为x 轴正方向，一带正电的粒子从O 点由静止开始在电场力作用下运动到A 点，已知A 点与O 点关于PQ 两电荷连线的中点对称，粒子的重力忽略不计，在从O 到A 的运动过程中，下列关于粒子的运动速度v 和加速度a 随时间t 的变化，粒子的动能E k 和运动径迹上电势φ随位移x 的变化图线肯定错误的是（ ）A ．AB ．BC ．CD ．D【答案】ABD 【解析】 【详解】等量异种电荷的电场线如图所示．沿两点电荷连线从O 到A ，电场强度先变小后变大，一带正电的粒子从O 点由静止开始在电场力作用下运动到A 点的过程中，电场力一直做正功，粒子的速度一直在增大．电场力先变小后变大，则加速度先变小后变大．v-t 图象切线的斜率先变小后变大，该图是不可能的，故A 符合题意．根据沿着电场线方向电势逐渐降低，电场强度为E xϕ=，E 先减小后增大，所以φ-x 图象切线的斜率先减小后增大，则B 图不可能，故B 符合题意；加速度先变小后变大，方向不变，C 图是可能的，故C 不符合题意．粒子的动能 E k =qEx ，电场强度先变小后变大，则E k -x 切线的斜率先变小后变大，则D 图不可能．故D 符合题意．则选ABD ． 【点睛】该题要掌握等量异种电荷的电场线的特点，结合物理规律分析图象切线斜率如何变化是解答的关键，不能只定性分析，那样会认为BD 是正确的．6．如图所示，在真空中A 、B 两点分别固定等量异种点电荷-Q 和+Q ，O 是A 、B 连线的中点，acbd 是以O 为中心的正方形，m 、n 、p 分别为ad 、db 、bc 的中点，下列说法正确的是A ．m 、n 两点的电场强度相同B ．电势的高低关系n p ϕϕ=C ．正电荷由a 运动到b ，其电势能增加D ．负电荷由a 运动到c ，电场力做负功 【答案】BC 【解析】 【详解】A ．由等量异种电荷的电场的特点知，m 、n 两点的电场的方向不同，故A 错误；B ．n 、p 两点关于A 、B 连线上下对称，电势相等，故B 正确；C ．正电荷由a 运动到b ，电场力做负功，电势能增大，故C 正确；D ．负电荷由a 运动到c ，电场力做正功，故D 错误。
7．一个电子在电场力作用下做直线运动（不计重力）。
从0时刻起运动依次经历0t 、02t 、03t 时刻。
其运动的v t -图象如图所示。
对此下列判断正确的是（ ）A ．0时刻与02t 时刻电子在同一位置B ．0时刻、0t 时刻、03t 时刻电子所在位置的电势分别为0ϕ、1ϕ、3ϕ，其大小比较有103ϕϕϕ>>C ．0时刻、0t 时刻、03t 时刻电子所在位置的场强大小分别为0E 、1E 、3E ，其大小比较有301E E E <<D ．电子从0时刻运动至0t 时刻，连续运动至03t 时刻，电场力先做正功后做负功 【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】A ．电子只受电场力作用沿直线运动，该直线为一条电场线。
结合其v t -图象知其运动情景如图所示。
则0时刻与02t 时刻电子在同一位置。
所以A 正确；B ．电子受电场力向左，则场强方向向右，沿电场线方向电势逐渐降低，则有103ϕϕϕ<<所以B 错误；C ．v t -图象的斜率为加速度。
由图象知00t →过程加速度增大，003t t →过程加速度减小。
又有qE ma =则有301E E E <<所以C 正确；D ．由图象知00t →过程速度减小，003t t →过程速度增大，则其动能先减小、后增大。
由动能定理知电场力先做负功，后做正功。
所以D 错误。
故选AC 。
8．如图所示，光滑的水平轨道AB与半径为R的光滑的半圆形轨道BCD相切于B点，AB 水平轨道部分存在水平向右的匀强电场，半圆形轨道在竖直平面内，B为最低点，D为最高点。
一质量为m、带正电的小球从距B点x的位置在电场力的作用下由静止开始沿AB 向右运动，恰能通过最高点，则（）A．其他条件不变，R越大，x越大B．其他条件不变，m越大，x越大C．m与R同时增大，电场力做功增大D．R越大，小球经过B点后瞬间对轨道的压力越大【答案】ABC【解析】【详解】AB.小球在BCD部分做圆周运动，在D点，有：mg=m2DvR①从A到D过程，由动能定理有：qEx-2mgR=12mv D2，②由①②得：25qExRmg ，③可知，R越大，x越大。
m越大，x越大，故AB符合题意；C.从A到D过程，由动能定理有：W-2mgR=12mv D2，⑥由①⑥解得：电场力做功W=52mgR，可知m与R同时增大，电场力做功越多，故C符合题意；D.小球由B到D的过程中，由动能定理有：-2mgR=12mv D2-12mv B2，v B5gR在B点有：F N-mg=m2BvR⑤解得：F N=6mg，则知小球经过B点瞬间轨道对小球的支持力与R无关，则小球经过B点后瞬间对轨道的压力也与R无关，故D不符合题意。