2023北京高三一模物理匯編：靜電場(chǎng)中的能量章節(jié)綜合

第1頁(yè)/共1頁(yè)2023北京高三一模物理匯編?kù)o電場(chǎng)中的能量章節(jié)綜合1．（2023·北京海淀·統(tǒng)考一模）一電子只在靜電力作用下沿+x方向運(yùn)動(dòng)，其所在位置處的電勢(shì)Φ隨位置x變化的圖線如圖中拋物線所示，下列說(shuō)法正確的是（）A．x1與x3，處的電場(chǎng)方向相同B．從x1運(yùn)動(dòng)到x2，電場(chǎng)力對(duì)電子做正功C．電子在x1處的速率小于在x3處的速率D．電子從x2運(yùn)動(dòng)到x3，加速度逐漸減小2．（2023·北京東城·統(tǒng)考一模）如圖所示，真空中有一對(duì)水平放置的平行金屬板，板間有豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)大小為E，質(zhì)量為m，電荷量為的帶電粒子，從M點(diǎn)水平方向以初速度射入板間，并打在下極板上的N點(diǎn)。已知與豎直方向成45°角，粒子的重力可忽略不計(jì)。則（）A．兩點(diǎn)間的距離為B．粒子在兩點(diǎn)間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為C．粒子剛到達(dá)N點(diǎn)時(shí)的速度大小為D．粒子剛到達(dá)N點(diǎn)時(shí)的速度方向與豎直方向的夾角為45°3．（2023·北京延慶·統(tǒng)考一模）如圖所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒原來(lái)不帶電，現(xiàn)將一個(gè)帶正電的點(diǎn)電荷放在導(dǎo)體棒的中心軸線上，且距離導(dǎo)體棒的A端為R，為的中點(diǎn)。當(dāng)導(dǎo)體棒達(dá)到靜電平衡后，下列說(shuō)法正確的是（）A．導(dǎo)體棒A端帶正電，B端帶負(fù)電B．導(dǎo)體棒A端電勢(shì)高，B端電勢(shì)相低C．感應(yīng)電荷在O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向向右D．感應(yīng)電荷在O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小4．（2023·北京延慶·統(tǒng)考一模）如圖所示，A、B為兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷連線上的兩點(diǎn)（其中B為連線中點(diǎn)），C為連線中垂線上的一點(diǎn)．今將一帶正電的試探電荷自A沿直線移到B再沿直線移到C。下列說(shuō)法中正確的是（

）A．A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)比C點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大B．A點(diǎn)的電勢(shì)比C點(diǎn)的電勢(shì)低C．從A點(diǎn)移到B點(diǎn)的過(guò)程中，靜電力對(duì)該試探電荷做負(fù)功D．從B點(diǎn)移到C點(diǎn)的過(guò)程中，該試探電荷的電勢(shì)能減小5．（2023·北京朝陽(yáng)·統(tǒng)考一模）圖示平面內(nèi)固定兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷，M、N兩點(diǎn)關(guān)于兩電荷的連線對(duì)稱，M、P兩點(diǎn)關(guān)于兩電荷連線的中垂線對(duì)稱。下列說(shuō)法正確的是（）A．M、P兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同 B．N、P兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同C．N、P兩點(diǎn)的電勢(shì)相等 D．電子在M點(diǎn)的電勢(shì)能比在N點(diǎn)的大6．（2023·北京西城·統(tǒng)考一模）具有相同質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的原子稱為同位素．讓氫的三種同位素原子核（、和）以相同的速度從帶電平行板間的P點(diǎn)沿垂直于電場(chǎng)的方向射入電場(chǎng)，其中氘核恰好能離開(kāi)電場(chǎng)，軌跡如圖所示．不計(jì)粒子的重力，則（

）A．不能離開(kāi)電場(chǎng)B．在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力最大C．在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最短D．在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中電場(chǎng)力對(duì)做功最少7．（2023·北京平谷·統(tǒng)考一模）如圖是勻強(qiáng)電場(chǎng)遇到空腔導(dǎo)體后的部分電場(chǎng)線分布圖，正方形的對(duì)角線邊正好與圖中豎直向上的直電場(chǎng)線重合，O點(diǎn)是正方形兩對(duì)角線的交點(diǎn)。下列說(shuō)法正確的是（

）A．將一正電荷由A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電荷的電勢(shì)能增加B．O點(diǎn)電勢(shì)與C點(diǎn)電勢(shì)相等C．DO間的電勢(shì)差等于OB間的電勢(shì)差D．在O點(diǎn)放置一負(fù)點(diǎn)電荷，該電荷所受電場(chǎng)力的方向豎直向下8．（2023·北京豐臺(tái)·統(tǒng)考一模）靜電場(chǎng)中某一電場(chǎng)線與x軸重合，電場(chǎng)線上各點(diǎn)的電勢(shì)φ在x軸上的分布如圖所示，圖中曲線關(guān)于坐標(biāo)原點(diǎn)O對(duì)稱。在x軸上取A、B、C、D四點(diǎn)，A和D、B和C分別關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱。下列說(shuō)法正確的是（）A．C點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向與x軸正方向相反B．C、D兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度C．試探電荷＋q從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，靜電力做正功D．同一試探電荷在B點(diǎn)和C點(diǎn)具有的電勢(shì)能相等9．（2023·北京平谷·統(tǒng)考一模）用如圖甲所示電路觀察電容器的充、放電現(xiàn)象。先使開(kāi)關(guān)S接1，電容器充電完畢后將開(kāi)關(guān)擲向2，可視為理想電流表的電流傳感器將電流信息傳入計(jì)算機(jī)，屏幕上顯示出電流隨時(shí)間變化的曲線，如圖乙所示。定值電阻R已知，且從圖中可讀出最大放電電流，以及圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積S。根據(jù)題目所給的信息，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．由圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積S可得到電容器放出的總電荷量B．不改變電路其他參數(shù)，只減小電阻R的阻值，則圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積S將減小C．由最大放電電流和定值電阻R的阻值可得到R兩端的最大電壓D．若電容器放出的總電荷量為Q，R兩端的最大電壓為，則電容器的電容為10．（2023·北京海淀·統(tǒng)考一模）電容是物理學(xué)中重要的物理量。如圖1所示，空氣中水平放置的平行板電容器A充滿電后，僅改變電容器A兩極板間的距離。電容器A的電容也隨之變化。多次實(shí)驗(yàn)后，作出一條斜率為的直線，如圖2所示。不考慮邊緣效應(yīng)。（1）回答下列問(wèn)題。a．若開(kāi)關(guān)保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)，分析當(dāng)板間距變化時(shí)，兩極板間電場(chǎng)強(qiáng)度的大小如何變化。b．根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度的定義、電場(chǎng)強(qiáng)度可疊加的性質(zhì)，證明當(dāng)電容器A所帶電荷量為時(shí)，下極板對(duì)上極板電場(chǎng)力的大小。（2）用電容器A制成靜電天平，其原理如圖3所示：空氣中，平行板電容器的下極板固定不動(dòng)，上極板接到等臂天平的左端。當(dāng)電容器不帶電時(shí)，天平恰好保持水平平衡，兩極板間的距離為。當(dāng)天平右端放一個(gè)質(zhì)量為的砝碼時(shí)，需要在電容器的兩極板間加上電壓，使天平重新水平平衡。某同學(xué)提出若用電壓表（可視為理想表）讀出上述電壓，則可推知所加砝碼的質(zhì)量。因此，他準(zhǔn)備將圖4中該電壓表表盤（示意圖）上的電壓值改換為相應(yīng)的質(zhì)量值。他已經(jīng)完成了部分測(cè)量，請(qǐng)?jiān)趫D4的表盤上標(biāo)上2V和3V對(duì)應(yīng)的質(zhì)量值，并給出一種擴(kuò)大該靜電天平量程的方法。（3）如圖5所示，將電容器A的下極板同定不動(dòng)，上極板由一勁度系數(shù)為的輕質(zhì)絕緣彈簧懸掛住。當(dāng)兩極板均不帶電時(shí)，極板間的距離為。保持兩極板始終水平正對(duì)且不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)兩極板間所加電壓為時(shí)，討論上極板平衡位置的個(gè)數(shù)的情況。11．（2023·北京延慶·統(tǒng)考一模）如圖所示，豎直放置的A、B與水平放置的C、D為兩對(duì)正對(duì)的平行金屬板，A、B兩板間電勢(shì)差為U，C、D兩板分別帶正電和負(fù)電，兩板間場(chǎng)強(qiáng)為E，C、D兩極板長(zhǎng)均為L(zhǎng)。一質(zhì)量為m，電荷量為的帶電粒子（不計(jì)重力）由靜止開(kāi)始經(jīng)A、B加速后穿過(guò)C、D并發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最后打在熒光屏上。求：（1）粒子離開(kāi)B板時(shí)速度大小v；（2）粒子剛穿過(guò)C、D時(shí)的豎直偏轉(zhuǎn)位移y；（3）粒子打在熒光屏上時(shí)的動(dòng)能。12．（2023·北京豐臺(tái)·統(tǒng)考一模）能量守恒定律是普遍、和諧、可靠的自然規(guī)律之一。根據(jù)能量守恒定律，物理學(xué)發(fā)現(xiàn)和解釋了很多科學(xué)現(xiàn)象。（1）經(jīng)典力學(xué)中的勢(shì)阱是指物體在場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，勢(shì)能函數(shù)曲線在空間某一有限范圍內(nèi)勢(shì)能最小，當(dāng)物體處于勢(shì)能最小值時(shí)，就好像處在井里，很難跑出來(lái)。如圖所示，設(shè)井深為H，若質(zhì)量為m的物體要從井底至井口，已知重力加速度為g，求外力做功的最小值W。（2）金屬內(nèi)部的電子處于比其在外部時(shí)更低的能級(jí)，電勢(shì)能變化也存在勢(shì)阱，勢(shì)阱內(nèi)的電子處于不同能級(jí)，最高能級(jí)的電子離開(kāi)金屬所需外力做功最小，該最小值稱為金屬的逸出功。如圖所示，溫度相同的A、B兩種不同金屬逸出功存在差異，處于最高能級(jí)的電子電勢(shì)能不同，A、B金屬接觸后電子轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致界面處積累正負(fù)電荷，穩(wěn)定后形成接觸電勢(shì)差。已知A金屬逸出功為，B金屬逸出功為，且，電子電荷量為－e。a.請(qǐng)判斷界面處A、B金屬電性正負(fù)；b.求接觸電勢(shì)差。（3）同種金屬兩端由于溫度差異也會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，可認(rèn)為金屬內(nèi)部電子在高溫處動(dòng)能大，等效成電子受到非靜電力作用往低溫處擴(kuò)散。如圖有一橢球形金屬，M端溫度為，N端溫度為，沿虛線方向到M端距離為L(zhǎng)的金屬內(nèi)部單個(gè)電子所受非靜電力大小F滿足：，非靜電力F沿虛線方向，比例系數(shù)μ為常數(shù)，與垂直于溫度變化方向的金屬橫截面積大小有關(guān)，電子電荷量為－e，求金屬兩端的電勢(shì)差。

參考答案1．C【詳解】A．根據(jù)電勢(shì)變化可知，x1的電場(chǎng)方向沿x軸正方向，x3處的電場(chǎng)方向沿x軸負(fù)方向，A錯(cuò)誤；B．從x1運(yùn)動(dòng)到x2，電勢(shì)降低，電子電勢(shì)能增大，故電場(chǎng)力對(duì)電子做負(fù)功，B錯(cuò)誤；C．電子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中僅電場(chǎng)力做功，故電子電勢(shì)能與動(dòng)能的總和不變，電子在x1處的電勢(shì)能大于在x3處的電勢(shì)能，故電子在x1處的速率小于在x3處的速率，C正確；D．由圖像的斜率變化可知，電子從x2運(yùn)動(dòng)到x3，加速度逐漸增大，D錯(cuò)誤。故選C。2．A【詳解】AB．由題意可知粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)，在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在豎直方向上做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則有又因?yàn)榕c豎直方向成45°角，所以有聯(lián)立解得則兩點(diǎn)間的距離為故A正確，B錯(cuò)誤；CD．粒子在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在豎直方向上做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則有則粒子剛到達(dá)N點(diǎn)時(shí)的速度大小為粒子剛到達(dá)N點(diǎn)時(shí)的速度方向與豎直方向的夾角為故C、D錯(cuò)誤。故選A。3．D【詳解】A．點(diǎn)電荷帶正電，則當(dāng)導(dǎo)體棒達(dá)到靜電平衡后，導(dǎo)體棒端為近端，帶負(fù)電，端為遠(yuǎn)端，帶正電，故A錯(cuò)誤；B．處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體棒是一個(gè)等勢(shì)體，即端和端電勢(shì)相等，故B錯(cuò)誤；CD．處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，感應(yīng)電荷在點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與點(diǎn)電荷在點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小相等、方向相反，點(diǎn)電荷在點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)向右，則感應(yīng)電荷在點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)向左，大小為故C錯(cuò)誤，D正確。故選D。4．A【詳解】等量異種電荷的電場(chǎng)線和等勢(shì)面分布如圖所示A．等量異種點(diǎn)電荷的連線上B點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度最小，中垂線上B點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度最大，所以A點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大于C點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)，A正確；B．沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，A點(diǎn)電勢(shì)高于B點(diǎn)電勢(shì)，等量異種點(diǎn)電荷連線的中垂線是等勢(shì)面，C點(diǎn)電勢(shì)等于B點(diǎn)電勢(shì)，所以A點(diǎn)的電勢(shì)比C點(diǎn)的電勢(shì)高，B錯(cuò)誤；C．正電荷受到的電場(chǎng)力與電場(chǎng)線方向相同，所以將帶正電的試探電荷從A移到B，電場(chǎng)力做正功，C錯(cuò)誤；D．等量異種點(diǎn)電荷連線的中垂線是等勢(shì)面，將帶正電的試探電荷從B點(diǎn)移到C點(diǎn)的過(guò)程中，該試探電荷的電勢(shì)能不變，D錯(cuò)誤。故選A。5．B【詳解】AB．根據(jù)等量異種電荷周圍電場(chǎng)分布規(guī)律以及對(duì)稱性可知M、P兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相同、方向不同，N、P兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同，A錯(cuò)誤，B正確；C．M點(diǎn)和N點(diǎn)到正負(fù)電荷的距離都相同，它們位于同一個(gè)等勢(shì)面上，電勢(shì)相同，根據(jù)沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低可知M點(diǎn)電勢(shì)高于P點(diǎn)電勢(shì)，故N點(diǎn)電勢(shì)高于P點(diǎn)電勢(shì)，C錯(cuò)誤；D．由于電子在M點(diǎn)和N點(diǎn)電勢(shì)相同，故在M點(diǎn)的電勢(shì)能與在N點(diǎn)的一樣大大，D錯(cuò)誤。故選B。6．A【詳解】A.三種粒子在電場(chǎng)中均做類平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)金屬板的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，P點(diǎn)距底板的距離為h，則由平拋運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)可得，聯(lián)立解得分析可知，能否離開(kāi)電場(chǎng)與比荷有關(guān)，氘核恰好能離開(kāi)電場(chǎng)，則可知不能離開(kāi)電場(chǎng)，故A正確；B.電場(chǎng)力同一電場(chǎng)，所帶電荷量相同，故三種粒子在電場(chǎng)中所受電場(chǎng)力大小相等，故B錯(cuò)誤；C.三種粒子的初速度相同，不能離開(kāi)電場(chǎng)，故可知在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最短，和都能離開(kāi)電場(chǎng)，則在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相同，故C錯(cuò)誤；D.電場(chǎng)力做功電荷量相同，電場(chǎng)強(qiáng)度相同，分析可知和在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的豎直位移相等，而在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的豎直位移較小，因此在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中電場(chǎng)力對(duì)做功最少，故D錯(cuò)誤。故選A。7．D【詳解】A．將一正電荷由A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場(chǎng)力做正功，電荷的電勢(shì)能減小，故A錯(cuò)誤；B．AC所在平面與BD垂直，與其它電場(chǎng)線不垂直，AC所在平面不是等勢(shì)面，O點(diǎn)電勢(shì)與C點(diǎn)電勢(shì)不相等，故B錯(cuò)誤；C．根據(jù)電場(chǎng)線的疏密程度可知DO間的電場(chǎng)強(qiáng)度大于OB間的電場(chǎng)強(qiáng)度，由可知DO間的電勢(shì)差大于OB間的電勢(shì)差，故C錯(cuò)誤；D．在O點(diǎn)放置一負(fù)點(diǎn)電荷，該電荷所受電場(chǎng)力的方向與該點(diǎn)電場(chǎng)方向相反，豎直向下，故D正確。故選D。8．C【詳解】A．沿電場(chǎng)線電勢(shì)逐漸降低，因從A到D電勢(shì)一直降低，可知場(chǎng)強(qiáng)方向沿x軸正向，即C點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向與x軸正方向相同，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B．因φ-x圖像的斜率等于場(chǎng)強(qiáng)大小，則C、D兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．因電場(chǎng)強(qiáng)度方向沿x軸正向，可知試探電荷＋q從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，靜電力做正功，選項(xiàng)C正確；D．因B點(diǎn)的電勢(shì)高于C點(diǎn)，可知同一試探電荷在B點(diǎn)和C點(diǎn)具有的電勢(shì)能不相等，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選C。9．B【詳解】A．根據(jù)可知圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積S為電容器的總電荷量，選項(xiàng)A正確；B．圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積S為電容器的總電荷量，不改變電路其他參數(shù)，只減小電阻R的阻值，則電源電壓U不變，電容器電容C不變，根據(jù)可知電容器的總電荷量不變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．根據(jù)可知由最大放電電流和定值電阻R的阻值可得到R兩端的最大電壓選項(xiàng)C正確；D．電容器放出的總電荷量Q即為電容器充滿電時(shí)的電荷量，R兩端的最大電壓即為電容器充滿電時(shí)的電壓，根據(jù)可知電容器的電容為選項(xiàng)D正確；本題選錯(cuò)誤的，故選B。10．（1）a．電場(chǎng)強(qiáng)度的大小保持不變，b．見(jiàn)解析；（2）見(jiàn)解析；（3）見(jiàn)解析【詳解】（1）a．由圖2可得又，聯(lián)立可得若開(kāi)關(guān)保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)，可知電容器電荷量保持不變，當(dāng)板間距變化時(shí)，兩極板間電場(chǎng)強(qiáng)度的大小保持不變；b．當(dāng)電容器A所帶電荷量為時(shí)，可得每個(gè)極板產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為下極板對(duì)上極板電場(chǎng)力的大小為（2）根據(jù)題意有又，，聯(lián)立可得可知2V對(duì)應(yīng)的質(zhì)量值滿足解得3V對(duì)應(yīng)的質(zhì)量值滿足解得如圖所示根據(jù)為了擴(kuò)大該靜電天平量程，可減小天平平衡時(shí)板間距離。（3）當(dāng)兩極板間所加電壓為時(shí)，設(shè)上極板所受彈簧彈力的變化量為，所受下極板的電場(chǎng)力為；穩(wěn)定時(shí)，根據(jù)受力平衡可得根據(jù)胡克定律可得根據(jù)（1）b結(jié)論可得聯(lián)立可得可知該方程是關(guān)于的三次方程，可通過(guò)圖像法確定其解的個(gè)數(shù)，如圖所示在坐標(biāo)中分別作出方程左端的圖像（圖中直線、和）和右端的圖像（圖中曲線），兩個(gè)圖像的交點(diǎn)的個(gè)數(shù)反映了方程解的個(gè)數(shù)，即上極板平