適用于新高考新教材備戰(zhàn)2025屆高考物理一輪總復(fù)習(xí)第9章靜電場(chǎng)第3講專(zhuān)題提升電場(chǎng)中的功能關(guān)系和圖像問(wèn)題

第3講專(zhuān)題提升:電場(chǎng)中的功能關(guān)系和圖像問(wèn)題基礎(chǔ)對(duì)點(diǎn)練題組一電場(chǎng)中的功能問(wèn)題1.(2024廣東茂名一模)人體的細(xì)胞膜由磷脂雙分子層組成,雙分子層之間存在電壓(醫(yī)學(xué)上稱(chēng)為膜電位),雙分子層之間電場(chǎng)可看作勻強(qiáng)電場(chǎng),使得只有帶特定電荷的粒子才能通過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),如圖所示。初速度為零的正一價(jià)鈉離子僅在靜電力的作用下,從細(xì)胞膜外A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到細(xì)胞膜內(nèi)B點(diǎn),則下列說(shuō)法正確的是()A.A點(diǎn)電勢(shì)低于B點(diǎn)電勢(shì)B.鈉離子的電勢(shì)能減小C.鈉離子的加速度變大D.若膜電位上升但細(xì)胞膜厚度不變,鈉離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的速度不變2.(多選)(2024廣東深圳模擬)范德格拉夫靜電加速器結(jié)構(gòu)如圖所示,其工作原理是先通過(guò)傳送帶將正電荷傳送到金屬球殼(電荷在金屬球殼均勻分布),使金屬球與地面間產(chǎn)生幾百萬(wàn)伏的高壓,然后利用高壓給絕緣管中的帶電粒子加速。在加速管頂端A點(diǎn)無(wú)初速度釋放一帶電粒子,粒子經(jīng)過(guò)B、C兩點(diǎn)到達(dá)管底(B為AC中點(diǎn))。不計(jì)粒子重力,僅考慮球殼產(chǎn)生電場(chǎng)的影響,下列說(shuō)法正確的是()A.B點(diǎn)電勢(shì)比C點(diǎn)電勢(shì)高B.粒子從B點(diǎn)到C點(diǎn)的過(guò)程中電勢(shì)能增大C.粒子在B點(diǎn)的加速度大于在C點(diǎn)的加速度D.粒子在AB與BC間的動(dòng)能變化量相同3.如圖所示,A、B是半徑為r的圓上兩點(diǎn),空間存在平行于圓面的勻強(qiáng)電場(chǎng),將質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從圓心處以大小均為v0的初速度向各個(gè)方向射出,結(jié)果粒子到達(dá)A、B兩點(diǎn)時(shí)動(dòng)能均減少了14mv02,已知∠AOB=120°,不計(jì)粒子的重力,A.mv02C.3mv0題組二電場(chǎng)中的圖像問(wèn)題4.(2023上海模擬)空間中有一電場(chǎng),電勢(shì)分布如圖所示,現(xiàn)放入一個(gè)負(fù)點(diǎn)電荷,隨后向右移動(dòng)此電荷,下列點(diǎn)電荷電勢(shì)能隨位置變化的圖像正確的是()5.(多選)如圖甲所示,a、b是點(diǎn)電荷電場(chǎng)中同一電場(chǎng)線(xiàn)上的兩點(diǎn),一個(gè)帶電粒子在a點(diǎn)由靜止釋放,僅在靜電力作用下從a點(diǎn)向b點(diǎn)運(yùn)動(dòng),粒子的動(dòng)能與位移之間的關(guān)系如圖乙所示,則下列說(shuō)法正確的是()A.帶電粒子與場(chǎng)源電荷帶異種電荷B.a點(diǎn)電勢(shì)比b點(diǎn)電勢(shì)高C.a點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度比b點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大D.帶電粒子在a點(diǎn)的電勢(shì)能比在b點(diǎn)的電勢(shì)能大6.(2024浙江溫州一模)兩個(gè)電荷量分別為q1和q2的點(diǎn)電荷固定在x軸上的a、b兩點(diǎn),兩點(diǎn)電荷連線(xiàn)上各點(diǎn)電勢(shì)φ隨x變化的關(guān)系如圖所示,其中c為ab連線(xiàn)上電勢(shì)最低的點(diǎn)。取無(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為0,則下列說(shuō)法正確的是()A.兩點(diǎn)電荷均帶正電,且q1<q2B.a、c兩點(diǎn)間電場(chǎng)方向沿x軸負(fù)方向C.負(fù)電荷從a移到b的過(guò)程中,電勢(shì)能先增大后減小D.a、c兩點(diǎn)間沿x軸正方向的電場(chǎng)強(qiáng)度先增大后減小7.如圖甲所示,以?xún)傻攘空c(diǎn)電荷連線(xiàn)的中點(diǎn)作為原點(diǎn),沿中垂線(xiàn)建立x軸,x軸上各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E隨x變化的圖像如圖乙所示。下列說(shuō)法正確的是()A.x=-1m處電場(chǎng)強(qiáng)度的大小小于x=2m處電場(chǎng)強(qiáng)度的大小B.x=1m處的電勢(shì)低于x=2m處的電勢(shì)C.將電子沿x軸從x=1m處移動(dòng)到x=-1m處的過(guò)程中,電子的電勢(shì)能先減小后增大D.將電子沿x軸從x=1m處移動(dòng)到x=-1m處的過(guò)程中,電子所受靜電力先減小后增大8.(2024廣東模擬)如圖甲所示,A、B是某電場(chǎng)中的一條電場(chǎng)線(xiàn)上的兩點(diǎn),一帶負(fù)電的粒子從A點(diǎn)由靜止釋放,僅在靜電力的作用下從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),其運(yùn)動(dòng)的v-t圖像如圖乙所示。取A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),且規(guī)定φA=0,AB方向?yàn)檎较蚪軸,作出了AB所在直線(xiàn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小E、電勢(shì)φ、粒子的電勢(shì)能Ep隨位移x變化的E-x圖像、φ-x圖像、Ep-x圖像,其中可能正確的是()綜合提升練9.(2024廣東揭陽(yáng)期末)一學(xué)習(xí)小組對(duì)電鰻進(jìn)行研究,如圖甲所示,以電鰻頭部上某點(diǎn)O為原點(diǎn),以指向其尾部的方向?yàn)閤軸正方向建立x軸,該小組測(cè)得x軸上的電勢(shì)φ在x軸上的分布如圖乙所示。已知該靜電場(chǎng)可視為由x軸上兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷產(chǎn)生,x2處的電勢(shì)為0。取無(wú)窮遠(yuǎn)處的電勢(shì)為0,下列說(shuō)法正確的是()A.兩個(gè)點(diǎn)電荷可能為同種點(diǎn)電荷B.x2處電場(chǎng)強(qiáng)度為0C.x2、x3處電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同D.一負(fù)的試探電荷在x2處的電勢(shì)能大于其在x3處的電勢(shì)能10.(2024江蘇南通模擬)如圖所示,兩個(gè)電荷量均為+Q的點(diǎn)電荷位置固定不動(dòng),電荷量分別為+q和-q的兩個(gè)點(diǎn)電荷用絕緣輕桿連接構(gòu)成電偶極子,輕桿的長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于兩個(gè)+Q之間的距離,電偶極子位于兩個(gè)+Q中垂線(xiàn)上的O點(diǎn),以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn),向上為正方向建立x軸。在電偶極子上施加沿x軸的外力F(F方向向上為正),使其沿著中垂線(xiàn)緩慢向上移動(dòng),Ep表示電偶極子在移動(dòng)過(guò)程中的電勢(shì)能(忽略+q與-q的相互作用,不考慮重力)。下列F和Ep隨輕桿中點(diǎn)的坐標(biāo)x變化的圖像正確的是()A.①和③ B.②和③C.①和④ D.②和④參考答案第3講專(zhuān)題提升:電場(chǎng)中的功能關(guān)系和圖像問(wèn)題1.B解析初速度為零的正一價(jià)鈉離子僅在靜電力的作用下,從細(xì)胞膜外A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到細(xì)胞膜內(nèi)B點(diǎn),說(shuō)明靜電力向下,則電場(chǎng)線(xiàn)方向向下,根據(jù)沿著電場(chǎng)線(xiàn)電勢(shì)降低可知,A點(diǎn)電勢(shì)高于B點(diǎn)電勢(shì),故A錯(cuò)誤;靜電力做正功,動(dòng)能增大,電勢(shì)能減小,故B正確;膜內(nèi)的電場(chǎng)可看作勻強(qiáng)電場(chǎng),所以加速度不變,故C錯(cuò)誤;根據(jù)動(dòng)能定理得qU=12mv2,若膜電位上升但細(xì)胞膜厚度不變,鈉離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的速度變大,故D2.AC解析根據(jù)題意可知,電場(chǎng)方向由A→C,沿電場(chǎng)線(xiàn)方向電勢(shì)降低,則B點(diǎn)電勢(shì)比C點(diǎn)電勢(shì)高,故A正確;粒子從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),靜電力做正功,則電勢(shì)能減小,故B錯(cuò)誤;根據(jù)題意可知,B點(diǎn)附近的電場(chǎng)強(qiáng)度大于C點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,則粒子在B點(diǎn)的加速度大于在C點(diǎn)的加速度,故C正確;根據(jù)題意可知,在A、B間電場(chǎng)強(qiáng)度的平均值大于B、C間電場(chǎng)強(qiáng)度的平均值,由動(dòng)能定理可知,粒子在AB間的動(dòng)能變化量比BC間的動(dòng)能變化量大,故D錯(cuò)誤。3.A解析根據(jù)題意可知,A、B兩點(diǎn)等電勢(shì),電場(chǎng)線(xiàn)垂直于A、B連線(xiàn),則電場(chǎng)強(qiáng)度垂直于A、B連線(xiàn),由于粒子在A、B的動(dòng)能小于在O點(diǎn)的動(dòng)能,因此粒子在A、B的電勢(shì)能比在O點(diǎn)的電勢(shì)能大,由于粒子帶正電,因此A、B電勢(shì)比O點(diǎn)電勢(shì)高,粒子從O點(diǎn)到A、B兩點(diǎn),由動(dòng)能定理可得-qU=0-14mv02,O到AB連線(xiàn)的距離為d=rsin30°,由勻強(qiáng)電場(chǎng)的電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系可知,勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E=Ud=m4.C解析由電勢(shì)能的表達(dá)式Ep=qφ可知負(fù)點(diǎn)電荷向右移動(dòng)此電荷,電勢(shì)能為負(fù)值并且逐漸增大,故選C。5.CD解析粒子從a點(diǎn)向b點(diǎn)運(yùn)動(dòng),Ek-x圖像的切線(xiàn)斜率減小,根據(jù)動(dòng)能定理,有qEx=Ek,電場(chǎng)強(qiáng)度減小,因此a點(diǎn)更靠近場(chǎng)源電荷,則a點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度比b點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大,若場(chǎng)源電荷是正電荷,則粒子帶正電,若場(chǎng)源電荷是負(fù)電荷,則粒子帶負(fù)電,它們帶同種電荷,故A錯(cuò)誤,C正確;由于不能確定場(chǎng)源電荷的電性,所以也不能確定電場(chǎng)線(xiàn)的方向,不能確定a點(diǎn)電勢(shì)與b點(diǎn)電勢(shì)的高低,故B錯(cuò)誤;帶電粒子僅在靜電力作用下從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn),靜電力做正功,電勢(shì)能減小,所以帶電粒子在a點(diǎn)的電勢(shì)能大于在b點(diǎn)的電勢(shì)能,故D正確。6.C解析φ-x圖像斜率代表電場(chǎng)強(qiáng)度,根據(jù)圖像可知,所有電勢(shì)均為正值,所以?xún)牲c(diǎn)電荷均帶正電,根據(jù)電場(chǎng)疊加原理可知,兩點(diǎn)電荷在c點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度等大反向,結(jié)合E=kqr2可知q1>q2,故A錯(cuò)誤;沿電場(chǎng)線(xiàn)方向電勢(shì)降低,所以a、c兩點(diǎn)間電場(chǎng)方向沿x軸正方向,故B錯(cuò)誤;負(fù)電荷從a移到b的過(guò)程中,電勢(shì)先減小再增大,由Ep=qφ可知,電勢(shì)能先增大后減小,故C正確;a、c兩點(diǎn)間沿x軸正方向圖像斜率一直減小,電場(chǎng)強(qiáng)度一直減小,故7.C解析由圖乙知,x=-1m處電場(chǎng)強(qiáng)度的大小大于x=2m處電場(chǎng)強(qiáng)度的大小,故A錯(cuò)誤;沿著電場(chǎng)線(xiàn)方向電勢(shì)降低,則x=1m處的電勢(shì)高于x=2m處的電勢(shì),故B錯(cuò)誤;將電子沿x軸從x=1m處移動(dòng)到x=-1m處的過(guò)程中,電子先做正功后做負(fù)功,電勢(shì)能先減小后增大,故C正確;將電子沿x軸從x=1m處移動(dòng)到x=-1m處的過(guò)程中,電場(chǎng)強(qiáng)度大小先增大再減小,然后再增大,再減小,電子所受靜電力先增大再減小,然后再增大,再減小,故D錯(cuò)誤。8.C解析根據(jù)v-t圖像可知,粒子的加速度在逐漸減小,粒子所受靜電力在逐漸減小,電場(chǎng)強(qiáng)度E隨位移x在逐漸減小,A、B錯(cuò)誤;粒子帶負(fù)電,靜電力方向從A指向B,電場(chǎng)強(qiáng)度方向從B指向A,故從A到B電勢(shì)逐漸升高,由于電場(chǎng)強(qiáng)度逐漸減小,故φ-x圖像的斜率逐漸減小,C正確;從A到B電勢(shì)能逐漸減小,又靜電力減小,Ep-x圖像的斜率逐漸減小,D錯(cuò)誤。9.C解析由圖乙可知左側(cè)的點(diǎn)電荷為正電荷,右側(cè)的點(diǎn)電荷為負(fù)電荷,故A錯(cuò)誤;φ-x圖像的斜率大小表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小,可知x2處電場(chǎng)強(qiáng)度不為0,故B錯(cuò)誤;φ-x圖像的斜率正負(fù)表示電場(chǎng)強(qiáng)度的方向,x2、x3處電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同,故C正確;根據(jù)電勢(shì)能公式W=φ·(-q)=-φq,可知一負(fù)的試探電荷在x2處的電勢(shì)能小于其在x3處的電勢(shì)能,故D錯(cuò)誤。10.B解析根據(jù)平行四邊形定則,開(kāi)始時(shí)電偶極子受到的靜電力的合力向上,沿著中垂線(xiàn)緩慢向上移動(dòng),根據(jù)平衡條件,力F方向向下,隨著電偶極子向上