三年高考2017-2019高考物理真题分项汇编专题09静电场含解析.pdf

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1、第 1 页 共 16 页 1 专题 09 静电场专题 09 静电场 1（2019新课标全国卷）最近，我国为“长征九号”研制的大推力新型火箭发动机联试成功，这标志 着我国重型运载火箭的研发取得突破性进展。若某次实验中该发动机向后喷射的气体速度约为3 km/s， 产生的推力约为4.8106 N，则它在1 s时间内喷射的气体质量约为 A1.6102 kg B1.6103 kg C1.6105 kg D1.6106 kg 【答案】B 【解析】设该发动机在 s 时间内，喷射出的气体质量为，根据动量定理，可知，在 1s 内t m Ftmv 喷射出的气体质量，故本题选 B。 2（2019新课标全国卷）静电场

2、中，一带电粒子仅在电场力的作用下自M点由静止开始运动，N为粒子运 动轨迹上的另外一点，则 A运动过程中，粒子的速度大小可能先增大后减小 B在M、N两点间，粒子的轨迹一定与某条电场线重合 C粒子在M点的电势能不低于其在N点的电势能 D粒子在N点所受电场力的方向一定与粒子轨迹在该点的切线平行 【答案】AC 【解析】A若电场中由同种电荷形成即由A点释放负电荷，则先加速后减速，故 A 正确； B若电场线为曲线，粒子轨迹不与电场线重合，故 B 错误。C由于N点速度大于等于零，故N点动能 大于等于M点动能，由能量守恒可知，N点电势能小于等于M点电势能，故 C 正确 D粒子可能做曲线 运动，故 D 错误；

3、3 （2019新课标全国卷） 如图， 电荷量分别为q和q（q0） 的点电荷固定在正方体的两个顶点上，a、 b 第 2 页 共 16 页 2 是正方体的另外两个顶点。则 Aa点和b点的电势相等 Ba点和b点的电场强度大小相等 Ca点和b点的电场强度方向相同 D将负电荷从a点移到b点，电势能增加 【答案】BC 【解析】由几何关系， 可知b的电势大于a的电势，故 A 错误，把负电荷从a移到b，电势能减少，故 D 错误;由对称性和电场 的叠加原理，可得出a、b的合电场强度大小、方向都相同，故 B、C 正确。 4（2019北京卷）如图所示，a、b两点位于以负点电荷Q（Q0）为球心的球面上，c点在球面外，

4、则 Aa点场强的大小比b点大 Bb点场强的大小比c点小 Ca点电势比b点高 Db点电势比c点低 【答案】D 第 3 页 共 16 页 3 【解析】由点电荷场强公式确定各点的场强大小，由点电荷的等势线是以点电荷为球心的球面 2 Q Ek r 和沿电场线方向电势逐渐降低确定各点的电势的高低。由点电荷的场强公式可知，a、b两点 2 Q Ek r 到场源电荷的距离相等，所以a、b两点的电场强度大小相等，故 A 错误；由于c点到场源电荷的距离 比b点的大，所以b点的场强大小比c点的大，故 B 错误；由于点电荷的等势线是以点电荷为球心的球 面，所以a点与b点电势相等，负电荷的电场线是从无穷远处指向负点电荷

5、，根据沿电场线方向电势逐 渐降低，所以b点电势比c点低，故 D 正确。 5（2019天津卷）如图所示，在水平向右的匀强电场中，质量为的带电小球，以初速度v从点竖 m M 直向上运动，通过点时，速度大小为 2v，方向与电场方向相反，则小球从运动到的过程NMN A动能增加 2 1 2 mv B机械能增加 2 2mv C重力势能增加 2 3 2 mv D电势能增加 2 2mv 【答案】B 【解析】由动能的表达式可知带电小球在 M 点的动能为，在 N 点的动能为 2 k 1 2 Emv ， 所以动能的增量为， 故 A 错误 ； 带电小球在电场中做类平抛运动， 竖 直 方 向 受 重 力 做 匀 减 速

6、 运 动 ， 水 平 方 向 受 电 场 力 做 匀 加 速 运 动 ， 由 运 动 学 公 式 有 ，可得，竖直方向的位移，水平方向的位移2qEmg 2 v ht ，因此有，对小球由动能定理有，联立上式可解得2xh ， 因此电场力做正功， 机械能增加， 故机械能增加， 电势能减少， 2 2qExmv 2 2mv 2 2mv 故 B 正确 D 错误，重力做负功重力势能增加量为，故 C 错误。 2 1 2 mv 第 4 页 共 16 页 4 6（2019江苏卷）一匀强电场的方向竖直向上，t=0时刻，一带电粒子以一定初速度水平射入该电场， 电场力对粒子做功的功率为P，不计粒子重力，则P-t关系图象

7、是 【答案】A 【解析】由于带电粒子在电场中类平抛运动，在电场力方向上做匀加速直线运动，加速度为 ，经过 qE m 时间 ，电场力方向速度为，功率为，所以P与t成正比，故 A 正确。t qE t m 7（2019江苏卷）如图所示，ABC为等边三角形，电荷量为+q的点电荷固定在A点先将一电荷量也为+q 的点电荷Q1从无穷远处（电势为0）移到C点，此过程中，电场力做功为-W再将Q1从C点沿CB移到B点并 固定最后将一电荷量为-2q的点电荷Q2从无穷远处移到C点下列说法正确的有 AQ1移入之前，C点的电势为 W q BQ1从C点移到B点的过程中，所受电场力做的功为0 CQ2从无穷远处移到C点的过程中

8、，所受电场力做的功为2W DQ2在移到C点后的电势能为-4W 【答案】ABD 【解析】由题意可知，C点的电势为，故 A 正确 ； 由于B、C两点到A点()的距离相等， q 所以B、C两点的电势相等，所以从C点移到B点的过程中，电场力做功为 0，故 B 正确；由于B、C 1 Q 两点的电势相等，所以当在 B 点固定后，C点的电势为，所以从无穷远移到C点过程中，电 1 Q 2W q 2 Q 第 5 页 共 16 页 5 场力做功为：故 C 错误；由于C点的电势为，所以电势能为 2W q ，故 D 正确。 p 4EW 8（2019浙江选考）等量异种电荷的电场线如图所示，下列表述正确的是 Aa点的电势

9、低于 b点的电势 Ba点的场强大于b点的场强，方向相同 C将一负电荷从a点移到b点电场力做负功 D负电荷在a点的电势能大于在b点的电势能 【答案】C 【解析】沿电场线方向电势降低，故a点电势高于b点电势，A 错误；电场线的疏密程度表示电场强度 大小， 电场线越密， 电场强度越大， 故a点的场强大于b点的场强， 电场线的切线方向为场强方向， 故ab 两点的电场强度方向不同，B 错误；负电荷在低电势处电势能大，所以从 a 点（高电势）移动到 b 点 （低电势），电势能增大，电场力做负功，C 正确 D 错误 9（2019浙江选考）电荷量为 4106 C 的小球绝缘固定在A点，质量为 0.2 kg、电

10、荷量为5106 C 的小球用绝缘细线悬挂，静止于B点。A、B间距离为 30 cm，AB连线与竖直方向夹角为 60。静电力 常量为 9.0109 Nm2/C2，小球可视为点电荷。下列图示正确的是 AB CD 第 6 页 共 16 页 6 【答案】B 【解析】两球之间的库仑力为，小球B受到的重力 大小为，且F与竖直方向夹角为 60，故小球 B 受到的库仑力，重力以及细线的拉2 B GN B FG 力，组成的矢量三角形为等边三角形，所以细线与竖直方向的夹角为 60，B 正确 【点睛】当三力平衡时，能组成一个封闭的矢量三角形，再结合一个角为 60的等腰三角形为等边三角 形即可求解。 10（2018江苏

11、卷）如图所示，水平金属板A、B分别与电源两极相连，带电油滴处于静止状态现将B 板右端向下移动一小段距离，两金属板表面仍均为等势面，则该油滴 A仍然保持静止 B竖直向下运动 C向左下方运动 D向右下方运动 【答案】D 【解析】本题考查平行板电容器的电场及电荷受力运动的问题，意在考查考生分析问题的能力。两极 板平行时带电粒子处于平衡状态，则重力等于电场力，当下极板旋转时，板间距离增大场强减小，电 场力小于重力；由于电场线垂直于金属板表面，所以电荷处的电场线如图所示，所以重力与电场力的 合力偏向右下方，故粒子向右下方运动，选项 D 正确。 11（2018北京卷）研究与平行板电容器电容有关因素的实验装

12、置如图所示，下列说法正确的是 第 7 页 共 16 页 7 A实验前，只用带电玻璃棒与电容器a板接触，能使电容器带电 B实验中，只将电容器b板向上平移，静电计指针的张角变小 C实验中，只在极板间插入有机玻璃板，静电计指针的张角变大 D实验中，只增加极板带电量，静电计指针的张角变大，表明电容增大 【答案】A 【解析】当用带电玻璃棒与电容器a板接触，由于静电感应，从而在b板感应出等量的异种电荷，从 而使电容器带电，故选项 A 正确；根据电容器的决定式：，将电容器b板向上平移，即正对 4 S C kd 面积S减小， 则电容C减小， 根据可知， 电量Q不变， 则电压U增大， 则静电计指针的张角变大，

13、Q C U 故选项 B 错误；根据电容器的决定式：，只在极板间插入有机玻璃板，则介电系数 增大， 4 S C kd 则电容C增大，根据可知，电量Q不变，则电压U减小，则静电计指针的张角减小，故选项 C Q C U 错误；根据可知，电量Q增大，则电压U也会增大，则电容C不变，故选项 D 错误。 12（2018天津卷）如图所示，实线表示某电场的电场线（方向未标出），虚线是一带负电的粒子只在 电场力作用下的运动轨迹，设M点和N点的电势分别为，粒子在M和N时加速度大小分别为 MN 、 ，速度大小分别为，电势能分别为。下列判断正确的是 MN aa、 MN vv、 PPMN EE、 A B C 第 8 页

14、 共 16 页 8 D 【答案】D 【解析】将粒子的运动分情况讨论：从M运动到N；从N运动到M，根据电场的性质依次判断；电场线 越密，电场强度越大，同一个粒子受到的电场力越大，根据牛顿第二定律可知其加速度越大，故有 ；若粒子从M运动到N点，则根据带电粒子所受电场力指向轨迹弯曲的内侧，可知在某点的 MN aa 电场力方向和速度方向如图所示，故电场力做负功，电势能增大，动能减小，即， 负电荷在低电势处电势能大，故； MN 若粒子从N运动到M，则根据带电粒子所受电场力指向轨迹弯曲的内侧，可知在某点的电场力方向和速 度方向如图所示，故电场力做正功，电势能减小，动能增大，即，负电荷在低电 势处电势能大，

15、故；综上所述，D 正确。 MN 【点睛】考查了带电粒子在非匀强电场中的运动；本题的突破口是根据粒子做曲线运动时受到的合力 指向轨迹的内侧，从而判断出电场力方向与速度方向的夹角关系，进而判断出电场力做功情况 13 （2018新课标 I 卷） 如图， 三个固定的带电小球a、b和c， 相互间的距离分别为ab=5cm，bc=3cm，ca=4 cm。 小球c所受库仑力的合力的方向平衡于a、b的连线。 设小球a、b所带电荷量的比值的绝对值为k， 则 第 9 页 共 16 页 9 Aa、b的电荷同号， 16 9 k Ba、b的电荷异号， 16 9 k Ca、b的电荷同号， 64 27 k Da、b的电荷异号

16、， 64 27 k 【答案】D 【解析】对小球c所受库仑力分析，画出a对c的库仑力和b对c的库仑力，若a对c的库仑力为排 斥力，ac的电荷同号，则b对c的库仑力为吸引力，bc电荷为异号，ab的电荷为异号；若a对c的库 仑力为引力，ac的电荷异号，则b对c的库仑力为斥力，bc电荷为同号，ab的电荷为异号，所以ab 的电荷为异号。 设ac与bc的夹角为， 利用平行四边形定则和几何关系、 库仑定律可得，Fac=k，F 2 4 ac q q bc=k ，tan=3/4，tan=Fbc/Fac，ab电荷量的比值k=，联立解得：k=64/27，选项 D 正确。 2 3 cb q q a b q q 【点睛

17、】此题将库仑定律、受力分析、平行四边形定则有机融合，难度不大。 14（2018全国 II 卷）如图，同一平面内的a、b、c、d四点处于匀强电场中，电场方向与此平面平行，M 为a、c连线的中点，N为b、d连线的中点。一电荷量为q（q0）的粒子从a点移动到b点，其电势 能减小W1；若该粒子从c点移动到d点，其电势能减小W2，下列说法正确的是 A此匀强电场的场强方向一定与a、b两点连线平行 B若该粒子从M点移动到N点，则电场力做功一定为 12 2 WW C若c、d之间的距离为L，则该电场的场强大小一定为 2 W qL D若W1=W2，则a、M两点之间的电势差一定等于b、N两点之间的电势差 【答案】B

18、D 【解析】利用电场力做功，可以找到两点之间电势差的关系，要知道中点电势和两端点电势WqU 第 10 页 共 16 页 10 之间的关系。选项根据题意无法判断，故 A 项错误。由于电场为匀强磁场，M为a、c连线的中点，N 为b、d连线的中点，所以，若该粒子从M 点移动到N点，则电场力做功一定为 ，故 B 正确；因为不知道 匀 强 电 场 方 向 ， 所 以 场 强 大 小 不 一 定 是， 故 C 错 误 ； 若W1=W2， 说 明， 2 W qL cdab UU ，由因为； ， 解得：，故 D 正确。 15（2018全国 III 卷）如图，一平行板电容器连接在直流电源上，电容器的极板水平，两

19、微粒a、b所 带电荷量大小相等、符号相反，使它们分别静止于电容器的上、下极板附近，与极板距离相等。现同 时释放a、b，它们由静止开始运动，在随后的某时刻t，a、b经过电容器两极板间下半区域的同一水 平面，a、b间的相互作用和重力可忽略。下列说法正确的是 Aa的质量比b的大 B在t时刻，a的动能比b的大 C在t时刻，a和b的电势能相等 D在t时刻，a和b的动量大小相等 【答案】BD 【解析】根据题述可知，微粒a向下加速运动，微粒b向上加速运动，根据a、b经过电容器两极板间 下半区域的同一水平面，可知a的加速度大小大于b的加速度大小，即aaab。对微粒a，由牛顿第二 定律，qE=maaa，对微粒b

20、，由牛顿第二定律，qE=mbab，联立解得：，由此式可以得出a的质 a qE m b qE m 量比b小，选项 A 错误；在a、b两微粒运动过程中，a微粒所受合外力大于b微粒，a微粒的位移大 于b微粒，根据动能定理，在t时刻，a的动能比b大，选项 B 正确；由于在t时刻两微粒经过同一水 平面，电势相等，电荷量大小相等，符号相反，所以在t时刻，a和b的电势能不等，选项 C 错误；由 于a微粒受到的电场力（合外力）等于b微粒受到的电场力（合外力），根据动量定理，在t时刻，a 第 11 页 共 16 页 11 微粒的动量等于b微粒，选项 D 正确。 16（2018新课标 I 卷）图中虚线a、b、c、

21、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面，已知平面b 上的电势为 2 V。一电子经过a时的动能为 10 eV，从a到d的过程中克服电场力所做的功为 6 eV。下 列说法正确的是 A平面c上的电势为零 B该电子可能到达不了平面f C该电子经过平面d时，其电势能为 4 eV D该电子经过平面b时的速率是经过d时的 2 倍 【答案】AB 【解析】根据题述，匀强电场中等势面间距相等，相邻等势面之间的电势差相等。设相邻等势面之间 的电势差为U， 根据电子从a到d的过程中克服电场力所做功为Wab=6 eV， 电场方向水平向右。 由Wab =3 eV，联立解得：U=2 V。已知b的电势为 2 V，则平面c上

22、的电势为零，选项 A 正确；由于af之间的 电势差为 4U=8 V，一电子经过a时的动能为 10 eV，由于题述没有指出电子速度方向，若该电子速度方 向指向左或指向上或下，则该电子就到达不了平面 f，选项 B 正确；由于题述没有指出电子速度方向， 选项 CD 错误。 17 （2017江苏卷） 如图所示， 三块平行放置的带电金属薄板、中央各有一小孔， 小孔分别位于ABC 、点由点静止释放的电子恰好能运动到点现将板向右平移到点，则由点静OMPOPCPO 止释放的电子 （A）运动到点返回P （B）运动到和点之间返回PP （C）运动到点返回P （D）穿过点P 【答案】A 第 12 页 共 16 页 1

23、2 【解析】设A、B板间的电势差为U1，B、C板间的电势差为U2，板间距为d，电场强度为E，第一次由O 点静止释放的电子恰好能运动到P点，根据动能定理得：qU1=qU2=qEd，将C板向右移动，B、C板间的 电场强度，E不变，所以电子还是运动到P点速度减小为零，然后返回，故 A 正确；BCD 错误 【名师点睛】本题是带电粒子在电场中的运动，主要考察匀变速直线运动的规律及动能定理，重点是 电容器的动态分析，在电荷量Q不变的时候，板间的电场强度与板间距无关 18（2017天津卷）如图所示，在点电荷Q产生的电场中，实线MN是一条方向未标出的电场线，虚线AB 是一个电子只在静电力作用下的运动轨迹。设电

24、子在A、B两点的加速度大小分别为aA、aB，电势能分 别为EpA、EpB。下列说法正确的是 A电子一定从A向B运动 B若aAaB，则Q靠近M端且为正电荷 C无论Q为正电荷还是负电荷一定有EpAaB，说明电子在M点受到的电场 力较大，M点的电场强度较大，根据点电荷的电场分布可知，靠 近M端为场源电荷的位置，应带正电，故B正确；无论Q为正电荷还是负电荷，一定有电势，电 子电 势能， BA p Ee 电势能是标量， 所以一定有EpAEpB，故 C 正确，D 错误。 【名师点睛】本题考查的知识点较多，应从曲线运动的特点和规律出发判断出电子的受力方向，再利 用相关电场和带电粒子在电场中的运动规律解决问题

25、。 19（2017江苏卷）在x轴上有两个点电荷q1、q2，其静电场的电势在x轴上分布如图所示下列说 法正确有 EF 第 13 页 共 16 页 13 （A）q1和q2带有异种电荷 （B）x1处的电场强度为零 （C）负电荷从x1移到x2，电势能减小 （D）负电荷从x1移到x2，受到的电场力增大 【答案】AC 【解析】由图知x1处的电势等于零，所以q1和q2带有异种电荷，A 正确，图象的斜率描述该处的电场 强度，故x1处场强不为零，B 错误；负电荷从x1移到x2，由低电势向高电势移动，电场力做正功，电 势能减小，故 C 正确；由图知，负电荷从x1移到x2，电场强度越来越小，故电荷受到的电场力减小，

26、 所以 D 错误 【名师点睛】本题的核心是对x图象的认识，要能利用图象大致分析出电场的方向及电场线的疏 密变化情况，依据沿电场线的方向电势降低，还有就是图象的斜率描述电场的强弱电场强度 20（2017新课标卷卷）在一静止点电荷的电场中，任一点的电势与该点到点电荷的距离r的关系 如图所示。电场中四个点a、b、c和d的电场强度大小分别Ea、Eb、Ec和Ed。点a到点电荷的距离ra 与点a的电势 a已在图中用坐标 （ra，a） 标出， 其余类推。 现将一带正电的试探电荷由a点依次经b、c 点移动到d点，在相邻两点间移动的过程中，电场力所做的功分别为Wab、Wbc和Wcd。下列选项正确的 是 AEa：

27、Eb=4:1 BEc：Ed=2:1 CWab:Wbc=3:1 第 14 页 共 16 页 14 DWbc:Wcd=1:3 【答案】AC 【解析】 由题图可知，a、b、c、d到点电荷的距离分别为 1 m、 2 m、 3 m、 6 m， 根据点电荷的场强公式 2 r Q kE 可知，故 A 正确，B 错误 ； 电场力做功，a与b、b与c、cqUW 与d之间的电势差分别为 3 V、1 V、1 V，所以，故 C 正确，D 错误。 3 1 ab bc W W 1 1 cd bc W W 【名师点睛】本题主要考查学生的识图能力，点电荷场强及电场力做功的计算。 21（2017新课标卷）一匀强电场的方向平行于

28、xOy平面，平面内a、b、c三点的位置如图所示，三 点的电势分别为 10 V、17 V、26 V。下列说法正确的是 A电场强度的大小为 2.5 V/cm B坐标原点处的电势为 1 V C电子在a点的电势能比在b点的低 7 eV D电子从b点运动到c点，电场力做功为 9 eV 【答案】ABD 【解析】 如图所示， 设a、c之间的d点电势与b点相同， 则，d点坐标为(3.5 cm， 6 c m)，过c点作cfbd于f， 由几何关系可得cf=3.6 cm，则电场强度 ，A 正确；因为四边形Oacb是矩形，所以有 acOb UU，解得坐 标原点O处的电势为 1 V，B 正确 ；a点电势比b点电势低 7

29、 V，电子带负电，所以电子在a点的电势能 比在b点的高 7 eV， C 错误 ；b点电势比c点电势低 9 V， 电子从b点运动到c点， 电场力做功为 9 eV， D 正确。 第 15 页 共 16 页 15 【名师点睛】在匀强电场中沿同一方向线段的长度与线段两端的电势差成正比；在匀强电场中电场线 平行且均匀分布，故等势面平行且均匀分布。以上两点是解决此类题目的关键。电势与电势能之间的 关系，也是常考的问题，要知道负电荷在电势高处电势能低。 22（2017北京卷）如图所示，长l=1 m 的轻质细绳上端固定，下端连接一个可视为质点的带电小球，小 球静止在水平向右的匀强电场中，绳与竖直方向的夹角=3

30、7。已知小球所带电荷量q=1.0106 C， 匀强电场的场强E=3.0103 N/C，取重力加速度g=10 m/s2，sin 37=0.6，cos 37=0.8。求： （1）小球所受电场力F的大小。 （2）小球的质量m。 （3）将电场撤去，小球回到最低点时速度v的大小。 【答案】（1）3.0103 N （2）4.0104 kg （3）2.0 m/s 【解析】（1）根据电场强度定义式可知，小球所受电场力大小为 F=qE=1.01063.0103 N=3.0103 N （2）小球受mg、绳的拉力T和电场力F作用处于平衡状态，如图所示 第 16 页 共 16 页 16 根据几何关系有，得m=4.0104 kg （3）撤去电场后，小球将绕悬点摆动，根据动能定理有 得 【名师点睛】本题力电综合问题，但电场力与对小球施加水平向右的恒力F作用效果相同，因此可以 用相关的力学知识来解答。