高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷专题练习（word 版一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优（难）1．如图，ABD 为竖直平面内的绝缘轨道，其中AB 段是长为 1.25L m =的粗糙水平面，其动摩擦因数为0.1μ=，BD 段为半径R =0.2 m 的半圆，两段轨道相切于B 点,整个轨道处在竖直向下的匀强电场中，电场强度大小3510/E V m =⨯。

一带负电小球，以速度v 0从A 点沿水平轨道向右运动，接着进入半圆轨道后，恰能通过最高点D 点。

已知小球的质量为22.010m kg -=⨯，所带电荷量52.010q C -=⨯，g 取10 m/s 2(水平轨道足够长，小球可视为质点，整个运动过程无电荷转移)，求：（1）带电小球在从D 点飞出后，首次在水平轨道上的落点与B 点的距离； （2）小球的初速度v 0。

【答案】（1）0.4m ；（2）2.5m /s 【解析】 【详解】（1）对小球，在D 点，有：2Dv mg qE m R-=得：1m/s D v =从D 点飞出后，做平抛运动，有：mg qE ma -=得：25.0m/s a =2122R at =得：0.4t s =0.4m D x v t ==（2）对小球，从A 点到D 点，有：22011()2222D mg qE L mg R qE R mv mv μ---⋅+⋅=- 解得：2.5m/sv=2．A、B是两个电荷量都是Q的点电荷，相距l，AB连线中点为O。

现将另一个电荷量为q的点电荷放置在AB连线的中垂线上，距O为x的C处（图甲）。

（1）若此时q所受的静电力为F1，试求F1的大小。

（2）若A的电荷量变为﹣Q，其他条件都不变（图乙），此时q所受的静电力大小为F2，求F2的大小。

（3）为使F2大于F1，l和x的大小应满足什么关系？【答案】223(())2lx+223(())2lx+(3) 2l x>【解析】【详解】（1）设q为正电荷，在C点，A、B两电荷对q产生的电场力大小相同，为：22)4(A BkQqF Flx==+方向分别为由A指向C和由B指向C，如图：故C 处的电场力大小为：F 1=2F A sinθ方向由O 指向C 。

其中：224sin l x θ=+所以：3122224()kQqxF l x =+ （2）若A 的电荷量变为-Q ，其他条件都不变，则C 处q 受到的电场力：F 2=2F A cosθ其中：2224l cos l x θ=+所以：22223(4)kQqlF l x +＝方向由B 指向A 。

（3）为使F 2大于F 1，则：22223(4)kQql F l x +＝＞3122224()kQqxF l x =+ 即：l ＞2x3．如图所示，MPQO 为有界的竖直向下的匀强电场，电场强度为E ，ACB 为光滑固定的半圆形轨道，轨道半径为R ，A 、B 为圆水平直径的两个端点，AC 为14圆弧一个质量为m ，电荷量为+q 的带电小球，从A 点正上方高为H 处由静止释放，并从A 点沿切线进入半圆轨道不计空气阻力及一切能量损失．（1）小球在A 点进入电场时的速度；（2）小球在C 点离开电场前后瞬间对轨道的压力分别为多少； （3）小球从B 点离开圆弧轨道后上升到最高点离B 点的距离． 【答案】（12gH （2）233mgH mg qE R ++、232mgHmg qE R++； （3）qERH mg+． 【解析】 【详解】（1）对从释放到A 点过程，根据动能定理，有：2102A mgH mv =- 解得：2A v gH =（2）对从释放到最低点过程，根据动能定理，有：21()02mg H R qER mv +=-+ ……① 小球在C 点离开电场前瞬间，根据牛顿第二定律，有：21N mg q v E Rm --= ……..②小球在C 点离开电场后瞬间，根据牛顿第二定律，有：22v N mg m R-=……. ③联立①②③解得：1233mgHN mg qER =++2232mgHN mg qER=++根据牛顿第三定律，小球在C点离开电场前后瞬间对轨道的压力分别为1233mgHN mg qER '=++2232mgHN mg qER'=++（3）从释放小球到右侧最高点过程，根据动能定理，有：()00mg H h qER-+=-解得：qERh Hmg=+答：（1）小球在A点进入电场时的速度为2gH；（2）小球在C点离开电场前后瞬间对轨道的压力分别为233mgH mg qER++、2 32mgHmg qER++；（3）小球从B点离开圆弧轨道后上升到最高点离B点的距离为qERH mg+．4．如图所示，充电后的平行板电容器水平放置，电容为C，极板间距离为d，上极板正中有一小孔。

质量为m、电荷量为+q的小球从小孔正上方高h处由静止开始下落，穿过小孔到达下极板处速度恰为零（不计空气阻力，极板间电场可视为匀强电场，重力加速度为g）。

求：（1）极板间电场强度大小和电容器所带电荷量；（2）小球从开始下落运动到下极板的时间.【答案】（1）()mg h dEqd+=，()mgC h dQq+=（2）2h d hth g+=【解析】【详解】(1)对从释放到到达下极板处过程的整个过程，由动能定理得：()0mg h d qEd+-=解得：()mg h d E qd+=电容器两极板间的电压为：()mg h d U Ed q +==故电容器的带电量为：()mgC h d Q CU q +==(2)小球到达小孔前是自由落体运动，则有:2112h gt =得:12h t g=根据速度位移关系公式，有： v 2=2gh得:2v gh =取竖直向下为正方向，根据动量定理对减速过程有：2()0mg qE t mv -=-小球从开始下落运动到下极板的时间t =t 1+t 2 联立解得：2h d h t h g+=．5．如图所示，一条长为l 的细线,上端固定,下端拴一质量为m 的带电小球．将它置于一匀强电场中,电场强度大小为E ，方向水平向右.已知当细线离开竖直位置的偏角为α时,小球处于平衡状态．（1)小球带何种电荷并求出小球所带电荷量；（2)若将小球拉到水平位置后放开手，求小球从水平位置摆到悬点正下方位置的过程中，电场力对小球所做的功．【答案】(1)正，tan /mg E α （2）tan mgl α 【解析】 【详解】（1）小球所受电场力的方向与场强方向一致，则带正电荷；由平衡可知：Eq =mgtanα得：mgtan q Eα=（2）小球从水平位置摆到悬点正下方位置的过程中，电场力做负功，大小为W =Eql = mgltanα6．如图所示，将带正电的中心穿孔小球A 套在倾角为θ的固定光滑绝缘杆上某处，在小球A 的正下方固定着另外一只带电小球B ，此时小球A 恰好静止，且与绝缘杆无挤压．若A 的电荷量为q ，质量为m ；A 与B 的距离为h ；重力加速度为g ，静电力常量为k ；A 与B 均可视为质点．(1)试确定小球B 的带电性质； (2)求小球B 的电荷量；(3)若出于某种原因，小球B 在某时刻突然不带电，求小球A 下滑到与小球B 在同一水平线的杆上某处时，重力对小球做功的功率．【答案】(1)带正电 (2)2B mgh q kq= (3)sin 2P mg gh =【解析】 【分析】（1）由题意A 静止且与杆无摩擦，说明A 只受重力和库仑力，故AB 之相互排斥，A 的受力才能平衡，可知B 的电性（2）由库仑定律可得AB 间的库仑力，在对A 列平衡方程可得B 的电量（3）B 不带电后A 只受重力，故由机械能守恒，可得A 的速度，进而得到重力功率 【详解】(1)根据题意：小球A 受到B 的库仑力必与A 受到的重力平衡，即A 、B 之间相互排斥，所以B 带正电．(2)由库仑定律，B 对A 的库仑力为F ＝2Bkqq h， 由平衡条件有mg ＝2Bkqq h 解得q B ＝2mgh kq.(3)B 不带电后，小球A 受到重力、支持力作用沿杆向下做匀加速直线运动，设到达题中所述位置时速度为v ，由机械能守恒定律有mgh ＝12mv 2， 解得v ＝2gh所以重力的瞬时功率为P ＝mgv sin θ＝mg sin θ2gh .二、必修第3册 静电场中的能量解答题易错题培优（难）7．如图甲所示，真空中的电极被连续不断均匀地发出电子（设电子的初速度为零），经加速电场加速，由小孔穿出，沿两个彼此绝缘且靠近的水平金属板A 、B 间的中线射入偏转电场，A 、B 两板距离为d 、A 、B 板长为L ，AB 两板间加周期性变化的电场，ABU 如图乙所示，周期为T ，加速电压为2122mL U eT=，其中m 为电子质量、e 为电子电量，L 为A 、B 板长，T 为偏转电场的周期，不计电子的重力，不计电子间的相互作用力，且所有电子都能离开偏转电场，求：(1)电子从加速电场1U 飞出后的水平速度0v 大小？(2)0t =时刻射入偏转电场的电子离开偏转电场时距A 、B 间中线的距离y ；(3)在足够长的时间内从中线上方离开偏转电场的电子占离开偏转电场电子总数的百分比。

【答案】(1) 02L v T =；(2) 208eU T md；(3) 31.7%【解析】 【分析】 【详解】(1)加速电场加速。

由动能定理得21012qU mv =解得02L v T=(2)电子在偏转电场里水平方向匀速运动，水平方向有0L v t =所以运动时间2T t = 则0t =时刻射入偏转电场的电子，在竖直方向匀加速运动，竖直方向有222001812()22eU eU T T md y at md=⨯⨯== (3)由上问可知电子在电场中的运动时间均为2Tt =，设电子在0U 时加速度大小为1a ，03U 时加速度大小为2a ，由牛顿第二定律得：01U e ma d ⋅=，023Ue ma d⋅= 在02T时间内，设1t 时刻射入电场中的电子偏转位移刚好为0，则： 221111121112222T T a t a t t a t ⎡⎤⎛⎫⎛⎫=---⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦解得14Tt =在02T时间内，04T时间内射入电场中的电子均可从中垂线上方飞出。

2T T 这段时间内，设能够从中垂线上方飞出粒子的时间间隔为2t ，2t T t =-时刻射入的电子刚好偏转位移为0，则有222222212112222T T a t a t t a t ⎡⎤⎛⎫⎛⎫=---⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦解得2t =所以1234t t t T ⎛⎫∆=+= ⎪ ⎪⎝⎭所以从中线上方离开偏转电场的电子占离开偏转电场电子总数的百分比3100%31.7%4t T η∆-==≈8．电容器作为储能器件，在生产生活中有广泛的应用。