2011届高考物理专题突破测试题121

2011走向高考系列物理一轮复习配套练习--电场能的性质一、选择题1．如图所示，在电场中，一个负电荷从C点分别沿直线移到A点和B点，在这两个过程中，均需克服电场力做功，且做功的值相同，有可能满足这种做功情况的电场是()A．正y方向的匀强电场B．正x方向的匀强电场C．在第Ⅰ象限内有负点电荷D．在第Ⅳ象限内有负点电荷[答案]ACD[解析]由于负电荷从C点分别到A点B点，电场力分别做了相同数量的负功，表明A、B 两点必在电场中的同一等势面上，如果电场是沿正y方向的匀强电场，则A、B为同一等势面上的点，故A项正确．如果在AB的中垂线上的上下某处放一负电荷，则点A、B也是同一等势面上的点，同样也可满足题给条件，故选项ACD正确．2．(2009·上海模拟)如图所示，真空中存在范围足够大的匀强电场，A、B为该匀强电场的两个等势面．现有三个完全相同的带等量正电荷的小球a、b、c，从等势面A上的某点同时以相同速率v0向不同方向开始运动，其中a的初速度方向垂直指向等势面B；b的初速度方向平行于等势面；c的初速度方向与a相反．经过一段时间，三个小球先后通过等势面B，已知三个小球始终在该匀强电场中运动，不计重力，则下列判断正确的是()A．等势面A的电势高于等势面B的电势B．a、c两小球通过等势面B时的速度相同C．开始运动后的任一时刻，a、b两小球的动能总是相同D．开始运动后的任一时刻，三个小球电势能总是相等[答案]AB[解析]由a、b、c三球经过一段时间后均通过等势面B，可得：电场方向竖直向下，故A 正确，由动能定理得，三个小球通过等势面B时，电场力做功相等，三球的速度大小相同，但a、c方向相同，均与b方向不同，同一时间，电场力做功不同，因此同一时刻的动能不相同，C错误；三个小球运动后不可能在同一时刻位于同一等势面上，故电势能不可能相等，D错误．3．(2009·海门模拟)在水平方向的电场线AB上(如图所示，电场线方向未标明)，将一受到水平向右恒定拉力的带电粒子(不计重力)在A点由静止释放，带电粒子沿AB方向开始运动，经过B点时的速度恰好为零，则下列结论正确的是()A．粒子的运动不可能是匀速运动，也不可能是匀加速运动B．可能A点的电势高于B点的电势，也可能A点的电势低于B点的电势C．A处的场强可能大于B处的场强D．粒子在A、B两点间移动时，恒力做功的数值大于粒子在A、B两点间的电势能之差的绝对值[答案]AB[解析]由题中叙述可知，带电粒子由A点运动到B点，速度先增大后减小，故粒子的运动不可能为匀速运动，也不可能为匀加速运动，A正确；由动能定理得，拉力做正功，电场力一定做负功，电势能增大，且恒力的功等于电势能的增加量，故D错误；但因粒子的电性未知，故电场方向也无法确定，因此B 正确；电场力的方向由B 指向A ，开始向右加速，F>EAq ，后来粒子减速，F<EBq ，故C 错误．4．光滑水平面上有一边长为l 的正方形区域处在场强为E 的匀强电场中，电场方向与正方形一边平行，一质量为m 、带电荷量为q 的小球由某一边的中点，以垂直于该边的水平初速v0进入该正方形区域．当小球再次运动到该正方形区域的边缘时，具有的动能可能为( )A ．0B.12mv20＋12qElC.12mv20D.12mv20＋23qEl [答案] ABC[解析] 如图所示，如果电场方向是AB 方向则电场力可以做正功，也可以做负功，做负功时有可能使其动能变为零，故选项A 正确．如果电场的方向是AC 方向，带电小球到达AB 或CD 时，电场力做功为qEl/2，故选项B 可能是正确的，如果带电小球回到同一个边界上，即回到等势面上，电场力不做功，故选项C 可能是正确的．D 是无论如何也是不可能的．5．在场强大小为E 的匀强电场中，一质量为m 、带电荷量为＋q 的物体以某一初速沿电场反方向做匀减速直线运动，其加速度大小为0.8qE/m ，物体运动s 距离时速度变为零，则( )A ．物体克服电场力做功qEsB ．物体的电势能减少了0.8qEsC ．物体的电势能增加了qEsD ．物体的动能减少了0.8qEs[答案] ACD[解析] 根据物体在匀强电场中运动时，机械能与电势能的转化关系可知ACD 正确．6．(2009·安徽师大附中一模)如图所示，a 、b 是一个点电荷形成的电场中同一等势面上的两点，c 、d 是另一等势面上的两点．实线acb 和adb 分别是甲、乙两带电粒子的运动轨迹．已知两粒子在a 点具有相同的动能，下列判断中正确的是( )A ．甲粒子经过c 点时与乙粒子经过d 点时具有相同的动能B ．甲、乙两个粒子带异种电荷C ．若取无穷远处为零电势，则甲粒子经过c 点时的电势能小于乙粒子经过d 点时的电势能D ．两粒子经过b 点时具有相同的电势能[答案] BC[解析] 从运动轨迹可见，甲、乙两粒子都是经过相同的等势面，电场力所做功的大小一样；但甲粒子受引力，乙粒子受斥力，故甲、乙两个粒子带异种电荷，B 正确；甲粒子从a 到c 电场力做正功，电势能减少，动能增加；乙粒子从a 到d 电场力做负功，电势能增加，动能减少，A 错，C 正确；两粒子所带的电荷的性质不同，所以电势能在同一点b 一定不同，D 错．7．(2010·江苏省盐城市调研)x 轴上有两点电荷Q1和Q2，Q1和Q2之间各点对应的电势高低如图中曲线所示，从图中可看出( )A ．Q1一定大于Q2B ．Q1和Q2一定是同种电荷，但不一定是正电荷C ．电势最低处P 点的电场强度为0D ．Q1和Q2之间各点的电场方向都指向P 点[答案] ACD[解析] 从图象看到，从Q1到Q2电势是先减小后增大，可以判断Q1和Q2为同种正电荷，若P 点位于中点，两点电荷的电荷量相同，但是P 点离Q2近点，说明Q1一定大于Q2，AD 项正确；根据电场的叠加原理可以判断P 点电场强度为0，从图象看电势随距离的变化率也可以得出C 项正确．8．(2009·皖南八校一模)电荷量分别为＋q 、＋q 和－q 的三个带电小球，固定在边长为a 的绝缘三角形框架的三个顶点处，并置于场强为E 的匀强电场中，如图所示．若此三角形绕穿过其中心O 垂直于三角形所在平面的轴顺时针转过120°，则在此过程中电场力做功的大小为( )A ．0B ．qEaC ．2qEaD ．πqEa[答案] C[解析] 三角形转动120°时，三个带电小球均须克服电场力做功，其中两个带正电小球在电场中沿电场线移动a 2，带负电小球沿电场线移动a ，则转动过程中克服电场力总共做功为：W ＝qEa ＋2qE a 2＝2qEa. 二、非选择题9．如图所示，实线表示某电场中的三条电场线，虚线表示带电粒子只在电场力作用下的运动轨迹，试判断：(1)粒子带________电．(2)粒子在________点加速度大．(3)A 、B 两点电势较高的点是________．[答案] (1)正 (2)B (3)B[解析] 粒子只受电场力作用，由粒子运动轨迹知粒子应带正电．由B 处电场线较密知B 点场强较大，且粒子在B 点受力方向与该处的场强方向相同，则粒子在B 点加速度较大．由电场线性质可知B 点电势较高．即φB>φA.10．如图所示，地面上某区域存在着匀强电场，其等势面与地面平行等间距．一个质量为m 、电荷量为q 的带电小球以水平方向的初速度v0由等势线上的O 点进入电场区域，经过时间t ，小球由O 点到达同一竖直平面上的另一等势线上的P 点．已知连线OP 与水平方向成45°夹角，重力加速度为g ，则OP 两点的电势差为________．[答案] 2mv20－mgv0t q[解析] 因为vy ＝2v0，由动能定理可得：12m(v2y ＋v20)－12mv20＝mgv0t ＋qUOP ，所以UOP ＝2mv20－mgv0t q，带电粒子在电场与重力场的复合场中运动，可利用合运动与分运动的关系，把曲线转化为直线运动，简化运动过程．11．一长为L 的细线，上端固定，下端拴一质量为m 、带电荷量为q 的小球，处于如图所示的水平向右的匀强电场中．开始时，将细线与小球拉成水平，小球静止在A 点，释放后小球由静止开始向下摆动，当细线转过60°角时，小球到达B 点速度恰好为零．试求：(1)A 、B 两点的电势差UAB ；(2)匀强电场的场强大小；(3)小球到达B 点时，细线对小球的拉力大小．[答案] (1)3mgL/2q (2)3mg/q (3)3mg[解析] (1)小球由A→B 过程中，由动能定理：mgLsin60°－qUAB ＝0，所以UAB ＝3mgL/(2q)．(2)E ＝UAB L －Lcos60°＝3mg/q. (3)小球在AB 间摆动，由对称性知，B 处细线拉力与A 处细线拉力相等，而在A 处，由水平方向平衡有TA ＝Eq ＝3mg ，所以TB ＝TA ＝3mg ，或在B 处，沿细线方向合力为零，有TB ＝Eqcos60°＋mgcos30°＝3mg.12．如图所示，A 、B 是位于竖直平面内、半径R ＝0.5m 的14圆弧形的光滑绝缘轨道，其下端点B 与水平绝缘轨道平滑连接，整个轨道处在水平向左的匀强电场中，电场强度E ＝5×103N/C.今有一质量为m ＝0.1kg 、带电荷量＋q ＝8×10－5C 的小滑块(可视为质点)从A 点由静止释放．若已知滑块与水平轨道间的动摩擦因数μ＝0.05，取g ＝10m/s2，求：(1)小滑块第一次经过圆弧形轨道最低点B 时对B 点的压力．(2)小滑块在水平轨道上通过的总路程．[答案] (1)2.2N (2)6m[解析] (1)设小滑块第一次到达B 点时的速度为vB ，对圆弧轨道最低点B 的压力为F ，则：mgR －qER ＝12mv2B F －mg ＝m v2B R故F ＝3mg －2qE ＝2.2N(2)由题意知小滑块最终将停在B 点由动能定理得－Ff·S ＝0－12mv2B 结合Ff ＝μmg 可得小滑块在水平轨道上通过的总路程S ＝6m.13．如图所示，在水平方向的匀强电场中有一表面光滑、与水平面成45°角的绝缘直杆AC ，其下端(C 端)距地面高度h ＝0.8m.有一质量500g 的带电小环套在直杆上，正以某一速度，沿杆匀速下滑，小环离开杆后正好通过C 端的正下方P 点处．(g 取10m/s2)求：(1)小环离开直杆后运动的加速度大小和方向．(2)小环在直杆上匀速运动速度的大小v0.(3)小环运动到P 点动能．[答案] (1)14.1m/s2 垂直于杆斜向右下方 (2)2m/s (3)5J[解析] (1)小环在直杆上的受力情况如图所示由平衡条件得：mgsin45°＝Eqcos45°，得mg ＝Eq ，离开直杆后，只受mg 、Eq 作用，则F 合＝2mg ＝ma ，a ＝2g ＝102m/s2＝14.1m/s2方向与杆垂直斜向右下方．(2)设小环在直杆上运动的速度为v0，离杆后经t 秒到P 点，则竖直方向：h ＝v0sin45°·t ＋12gt2， 水平方向：v0cos45°·t －12 qE mt2＝0 解得：v0＝gh 2＝2m/s (3)由动能定理得：EkP －12mv20＝mgh 可得：EkP ＝12mv20＋mgh ＝5J. 14．(2009·淮南一模)如图所示，两块竖直放置的平行金属板A 、B ，两板相距d ，两板间电压为U ，一质量为m 的带电小球从两板间的M 点开始以竖直向上的初速度v0运动，当它到达电场中的N 点时速度变为水平方向，大小变为2v0，求M 、N 两点间的电势差和电场力对带电小球所做的功(不计带电小球对金属板上电荷均匀分布的影响，设重力加速度为g)．[答案] Uv20dg2mv20 [解析] 带电小球从M 运动到N 的过程中，在竖直方向上小球仅受重力作用，从初速度v0匀减速到零．水平方向上小球仅受电场力作用，速度从零匀加速到2v0.竖直位移：h ＝v202g ，水平位移：x ＝2v02·t 又h ＝v02·t ，所以：x ＝2h ＝v20g所以M 、N 两点间的电势差UMN ＝U d ·x ＝Uv20dg从M 运动到N 的过程，由动能定理得：W 电＋WG ＝12m(2v0)2－12mv20 又WG ＝－mgh ＝－12mv20 所以W 电＝2mv20.。