2024年高中物理第九章靜電場及其應用測評卷新人教版必修第三冊

第九章靜電場及其應用留意事項1.本試卷滿分100分,考試用時75分鐘。2.無特別說明,本試卷中g取10m/s2。一、單項選擇題(本題共8小題,每小題3分,共24分。每小題只有一個選項符合題目要求)1.由庫侖定律可知,真空中靜止的兩個點電荷,帶電荷量分別為q1和q2,其間距為r時,它們之間的相互作用力大小為F=k(q_1q_2)/r^2,式中k為靜電力常量。若用國際單位制單位表示,k的單位應為()A.N·A2·m3B.N·A-2·m3·s4C.N·m2·C-2D.N·m3·C-22.A為已知電場中的一固定點,在A點放一電荷量為q的點電荷,所受靜電力為F,A點的場強為E,則()A.若在A點換上電荷量為-q的點電荷,A點的場強方向發(fā)生變更B.若在A點換上電荷量為2q的點電荷,A點的場強將變?yōu)?EC.若A點處沒有點電荷,A點的場強變?yōu)榱鉊.A點場強的大小、方向與A點處點電荷的大小、正負、有無均無關3.有電荷存在的地方,四周就有電場存在,電場是看不見、摸不著的,但人們卻可以依據(jù)它所表現(xiàn)出來的性質(zhì)來相識它,探討它。如圖所示,一個帶負電的球體M放在絕緣支架上,把系在絕緣絲線上的帶電小球N先后掛在橫桿上的P1和P2處。在靜電力的作用下,當小球N靜止時,絲線與豎直方向的夾角分別為θ1和θ2(圖中未標出)。則()A.小球N帶正電,θ1<θ2B.小球N帶正電,θ1>θ2C.小球N帶負電,θ1<θ2D.小球N帶負電,θ1>θ24.一金屬球,原來不帶電,現(xiàn)在沿球直徑的延長線上放置一根勻稱帶電的細桿MN,如圖所示。金屬球上感應電荷產(chǎn)生的電場在球內(nèi)直徑上a、b、c三點的場強大小分別為Ea、Eb、Ec,三者相比,則()A.Ea最大B.Eb最大C.Ec最大D.Ea=Eb=Ec5.在一次科學晚會上,一位老師表演了一個“魔術”:如圖所示,一個沒有底的空塑料瓶中固定著一根鋼鋸條和一塊易拉罐(金屬)片,把它們分別跟靜電起電機的兩極相連。在塑料瓶里放一盤點燃的蚊香,很快就望見整個透亮塑料瓶里煙霧繚繞。當把起電機一搖,忽然塑料瓶澄澈透亮,停止搖動,又是煙霧繚繞。起電機搖動時,下列說法正確的是()A.鋸條旁邊電場強度大B.金屬片旁邊電場強度大C.鋸條和金屬片之間為勻強電場D.鋸條和金屬片之間電場強度到處為零6.如圖所示,光滑絕緣的四分之三圓環(huán)豎直放置,甲、乙、丙為三個套在圓環(huán)上可自由滑動的空心帶電小球,已知小球丙位于圓環(huán)最高點,甲、丙連線與豎直方向成60°角,乙、丙連線與豎直方向成30°角,三個小球均處于靜止狀態(tài)且甲、乙與圓環(huán)間無作用力,下列說法正確的是()A.甲、乙、丙小球帶同種電荷B.甲、乙小球帶異種電荷,乙、丙小球帶同種電荷C.甲、乙小球的電荷量比值為√3/6D.甲、乙小球的電荷量比值為√3/97.如圖所示,小球A、B帶電荷量相等,質(zhì)量均為m,都用長為L的絕緣細線掛在絕緣豎直墻上的O點,A球靠墻且其懸線剛好豎直,B球懸線偏離豎直方向θ角而靜止,此時A、B兩球之間的庫侖力為F。由于外部緣由小球B的電荷量減小,兩球再次靜止時它們之間的庫侖力變?yōu)樵瓉淼囊话?則小球A和B之間的距離減小為原來的()A.1B.√2/2C.1/2D.1/48.質(zhì)量為m、電荷量為+Q的帶電小球A固定在絕緣天花板上,質(zhì)量也為m的帶電小球B,在空中水平面內(nèi)繞O點做半徑為R的勻速圓周運動,如圖所示。已知小球A、B間的距離為2R,重力加速度為g,靜電力常量為k。則()A.B球所受合力始終指向A球B.B球所帶的電荷量為(4mgR^2)/√3kQC.B球轉(zhuǎn)動的角速度為√((√3g)/3R)D.天花板對A球的作用力大小為2mg二、多項選擇題(本題共4小題,每小題4分,共16分。每小題有多個選項符合題目要求。全部選對得4分,選對但不全的得2分,有選錯的得0分)9.從生活走向物理,從物理走向社會,物理和生活休戚相關,把對物理基本概念的相識和理解與生活實際相聯(lián)系,是學好物理的基礎。下列有關電學學問的相關說法,正確的是()A.圖甲中是超高壓帶電作業(yè)的工作人員,為了保證平安,他們必需穿上橡膠制成的絕緣衣服B.圖乙中家用煤氣灶的點火裝置是依據(jù)尖端放電的原理制成的C.圖丙中是避雷針的示意圖,避雷針可以在雷雨天防止建筑物被雷擊D.圖丁為靜電噴漆的示意圖,靜電噴漆時使被噴的金屬件與油漆霧滴帶相同的電荷,這樣使油漆與金屬表面在靜電斥力作用下噴涂更勻稱10.兩個完全相同的金屬小球(視為點電荷),帶電荷量之比為1∶7,相距為r,兩者相互接觸后再放回原來的位置上,則相互作用力可能為原來的()A.4/7B.3/7C.9/7D.16/711.如圖所示,以O為圓心的圓周上有a、b、c、d、e、f六個點,相鄰兩點間圓弧對應的圓心角為60°,帶電荷量相等的正、負點電荷分別放置在a、d兩處時,圓心O處的電場強度大小為2E。現(xiàn)變更正點電荷的位置,關于O點電場強度的變更,下列敘述正確的是()A.移至c處,O處的電場強度大小仍為2EB.移至b處,O處的電場強度大小為√3EC.移至e處,O處的電場強度大小為ED.移至f處,O處的電場強度大小為E12.如圖所示,帶正電的細桿AB被絕緣絲線吊在空中,細桿上的電荷量勻稱分布。電荷量為Q的小球C(可看作點電荷)被懸掛在細桿AB的正上方,C與AB的距離為L,與AB相距為1/2L的P點場強為零,P'點在AB下方與AB相距1/2L,靜電力常量為k,下面說法正確的是()A.小球C帶負電B.細桿AB上的電荷在P點產(chǎn)生的場強為k4Q/L^2C.細桿AB上的電荷在P'點產(chǎn)生的場強為kQ/L^2D.P'點的場強為k40Q/(9L^2)三、非選擇題(本題共6小題,共60分)13.(6分)中學物理的試驗方法主要有等效替代法、微小量放大法、極限法、限制變量法和逐差法等。如圖所示的試驗裝置為庫侖扭秤。細絲的下端懸掛一根絕緣棒,棒的一端是一個帶電的金屬小球A,另一端有一個不帶電的B球,B與A處于靜止狀態(tài);當把另一個帶電的金屬球C插入容器并使它靠近A時,A和C之間的作用力使細絲扭轉(zhuǎn),通過細絲扭轉(zhuǎn)的角度可以比較力的大小,這里用到的試驗方法為。保持電荷量不變,變更A和C的距離,得到相互作用力F和A、C間距離r的關系,這里用到的試驗方法為;依據(jù)該試驗方法,接下來進行的試驗操作是。14.(8分)隨著力傳感器的測量精度的提高,不用“扭秤”而進行試驗探討點電荷間的相互作用力(庫侖力)成為可能。如圖所示是某科技試驗小組設計的探討庫侖力的裝置,在抽成真空的玻璃容器A內(nèi),M、N為完全相同的金屬小球(帶電后可視為點電荷),用絕緣支柱固定帶電小球M,用可調(diào)絲線懸掛原來不帶電的小球N,調(diào)控小球N的位置,通過等距離的背景刻度線0、1、2、3、4可精確確定小球M、N間的距離,相鄰刻度線間距離均為d,通過固定在容器頂部并與絲線上端相連的高靈敏度拉力傳感器B可以顯示絲線上的拉力,限制放電桿可以讓帶電小球完全放電。試驗小組完成了以下操作:①在球N不帶電時讀出傳感器示數(shù)F0;②讓球N與球M接觸后,調(diào)整球N到位置1,讀出并記錄傳感器示數(shù)F1;③接著調(diào)整球N分別到位置2、3、4,依次讀出并記錄傳感器示數(shù)F2、F3、F4;④用放電桿使球N完全放電,再讓球N與球M接觸后,放回到位置1,讀出并記錄傳感器示數(shù)F5;⑤重復④的操作,依次讀出并記錄傳感器示數(shù)F6、F7。(1)小球N第一次與小球M接觸后調(diào)整球N到位置1,此時小球M、N間的庫侖力大小為。(2)對于上述操作,下列說法正確的是。A.本試驗主要采納的試驗方法是等效替代法B.依據(jù)①②③的操作,可探討庫侖力跟點電荷距離間的關系C.依據(jù)②④⑤的操作,可探討庫侖力跟小球帶電荷量間的關系D.要測定靜電力常量k,還須精確測出小球M帶的電荷量(3)試驗中運用兩個完全相同的金屬小球,其作用是。15.(9分)電場對放入其中的電荷有力的作用。如圖所示,帶電球C置于鐵架臺旁,把系在絲線上的帶電小球A掛在鐵架臺的P點。小球A靜止時與帶電球C處于同一水平線上,絲線偏離豎直方向的角度為α。已知A球的質(zhì)量為m,電荷量為+q,重力加速度為g,靜電力常量為k,兩球可視為點電荷。(1)畫出小球A靜止時的受力圖,并求帶電球C對小球A的靜電力F的大小;(2)寫出電場強度的定義式,并據(jù)此求出帶電球C在小球A所在處產(chǎn)生的電場的場強EA的大小和方向;(3)若已知小球A靜止時與帶電球C的距離為r,求帶電球C所帶的電荷量Q。16.(11分)如圖所示,兩個帶正電的點電荷放在A、B兩處,B處點電荷的電荷量為+q,P與A、B兩點的連線與AB間的夾角分別為θ=30°、α=60°。一電子僅在靜電力的作用下過P點做勻速圓周運動,軌跡平面與AB垂直。已知電子質(zhì)量為m,電荷量為e,軌道半徑為r,電子所受重力可忽視。則:(1)A處電荷的電荷量為多少?(2)電子運動的線速度大小為多少?17.(13分)虛線MN位于豎直平面內(nèi),已知MN與水平方向成45°角,在MN的右側有電場強度大小為E、方向豎直向下的勻強電場,在MN的左側有電場強度大小為E'、方向豎直向上的勻強電場(E'為未知量),圖中均未畫出。一質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的粒子以速度v0從M點水平向右射入,粒子的重力可以忽視。(1)求粒子到達M、N連線上的某點時所用的時間;(2)粒子在MN左側再經(jīng)過相同的時間重新到達M、N連線上的另一點,求E'。18.(13分)如圖所示,均可視為質(zhì)點的三個物體A、B、C在傾角為30°的光滑絕緣斜面上,A絕緣,A與B緊靠在一起,C緊靠在固定擋板上,質(zhì)量分別為mA=0.43kg,mB=0.20kg,mC=0.50kg,其中A不帶電,B、C的電荷量分別為qB=+2×10-5C、qC=+7×10-5C且保持不變,起先時三個物體均能保持靜止?，F(xiàn)給A施加一平行于斜面對上的力F,使A做加速度a=2.0m/s2的勻加速直線運動,經(jīng)過時間t,力F變?yōu)楹懔ΑＲ阎o電力常量k=9.0×109N·m2/C2。求:(1)起先時B、C間的距離L;(2)F從變力到恒力須要的時間t。(結果保留兩位有效數(shù)字)附加題(15分)類比是一種重要的科學思想方法。在物理學史上,法拉第通過類比不行壓縮流體中的流速線模擬用電場線來描述電場。(1)靜電場的分布可以用電場線來形象描述,已知靜電力常量為k。①真空中有一電荷量為Q的正點電荷,其四周電場的電場線分布如圖甲所示。距離點電荷r處有一點P,請依據(jù)庫侖定律和電場強度的定義,推導出P點場強大小E的表達式;②如圖乙所示,若在A、B兩點放置的是電荷量分別為+q1和-q2的點電荷,已知A、B間的距離為2a,C為A、B連線的中點,求C點的電場強度的大小EC的表達式,并依據(jù)電場線的分布狀況比較q1和q2的大小關系,說明緣由。(2)有一足夠大的靜止水域,在水面下足夠深的地方放置一大小可以忽視的球形噴頭,其向各方向勻稱噴射水流。穩(wěn)定后水在空間各處流淌速度大小和方向是不同的,為了形象地描述空間中水的速度的分布,可引入水的“流速線”。水不行壓縮,該情景下水的“流速線”的形態(tài)與圖乙中的電場線相像,箭頭方向為速度方向,“流速線”分布的疏密反映水流速的大小。已知噴頭單位時間噴出水的體積為Q,推導噴頭單獨存在時,距離噴頭為r處水流速大小v的表達式。

答案全解全析第九章靜電場及其應用1.C依據(jù)F=kq1q2r2可得k=Fr2q1q2,力的單位是N,距離的單位是m,電荷量的單位是2.D電場強度由電場自身的因素確定,其方向與大小不會因摸索電荷的正負、電荷量多少和有無而變更,D正確。3.D由圖可知,兩球相斥,則N帶負電;小球N受到的庫侖力F=mgtanθ,距離越遠,則斥力越小,θ角越小,可知θ1>θ2,故選D。4.C處于靜電平衡狀態(tài)的金屬球內(nèi)部合場強到處為零,金屬球上感應電荷產(chǎn)生的場強與帶電的細桿MN產(chǎn)生的場強大小相等,方向相反。c點離帶電的細桿MN最近,帶電的細桿MN在c點處產(chǎn)生的場強最大,則金屬球上感應電荷在c點處產(chǎn)生的場強最大,有Ec>Eb>Ea,選C。5.A起電機搖動時,鋸條和金屬片接上電極,尖端旁邊的電場線密集,所以在鋸條旁邊的場強大于金屬片旁邊的場強,鋸條和金屬片之間不是勻強電場,A正確。6.D對丙小球受力分析可知,甲、乙小球必需帶同種電荷丙小球才可能平衡;對乙小球受力分析可知,乙、丙小球帶異種電荷相互吸引,乙小球才能平衡,A、B錯誤;對丙小球,沿水平方向受力分析,得kq甲q丙r甲丙2sin60°=kq乙q丙r乙丙2sin30°,又r甲丙∶r乙丙=1∶3,解得7.C對B球進行受力分析,如圖所示,拉力、重力、庫侖力組成的力的三角形和三角形OAB相像,可得mgL=TL=Fx,由于mg不變,繩長L不變,所以Fx不變,假如庫侖力F變?yōu)樵瓉淼囊话?則小球A和B之間的距離x減小為原來的8.C小球B在水平面內(nèi)做勻速圓周運動,所受合力供應向心力,合力指向圓心O,A錯誤;小球B豎直方向受力平衡,有kqQ(2R)2·(2R)2-R22R=mg,解得q=8mgR23kQ,B錯誤;對小球B分析,在水平方向上,依據(jù)牛頓其次定律得mgR(9.BC圖甲中超高壓帶電作業(yè)的工作人員,為了保證平安,他們必需穿上金屬絲制成的衣服,以起到靜電屏蔽的作用,A錯誤;圖乙中家用煤氣灶的點火裝置是依據(jù)尖端放電的原理制成的,B正確;高大的建筑物頂端安放的避雷針是在屋頂插入一根尖銳的導體棒,通過引線與接地裝置連接把靜電導走,防止建筑物被雷擊,C正確;靜電噴漆時使被噴的金屬件與油漆霧滴帶相反的電荷,使油漆與金屬表面在靜電引力作用下噴涂更勻稱,D錯誤。10.CD由庫侖定律可知,兩金屬小球最初的庫侖力為F=k7q·qr2。假如兩金屬球帶同種電荷,兩者相互接觸后再放回原來的位置上,庫侖力為F1=k4q·4qr2,解得F1F=167,D正確;假如兩金屬球帶異種電荷,11.BC由題可知,正、負點電荷分別在a、d兩處時,它們在O處的電場強度大小均為E,方向水平向右。當正點電荷移至c處或e處時,兩點電荷在O處的電場強度方向夾角均為120°,O處的合電場強度大小為E,A錯誤,C正確;正點電荷移至b處或f處時,兩點電荷在O處的電場強度方向夾角均為60°,O處的合電場強度大小為2×Ecos30°=3E,B正確,D錯誤。12.BD細桿AB在P點產(chǎn)生的場強豎直向上,P點處的場強為零,可知球C在P點產(chǎn)生的場強與細桿AB在P點產(chǎn)生的場強等大反向,小球C帶正電,細桿AB在P點產(chǎn)生的電場的場強大小為EAB=kQL22=k4QL2,A錯誤,B正確;P點和P'點關于細桿對稱,因此細桿AB在P'點產(chǎn)生的場強大小也是k4QL2,C錯誤,依據(jù)電場疊加原理,P'點處的合電場強度為E13.答案微小量放大法(2分)限制變量法(2分)保持A和C的距離不變,變更金屬球C(或A)帶的電荷量q,得到相互作用力F和電荷量q的關系(2分)解析把微弱的庫侖力放大成可以看得到的扭轉(zhuǎn)角度,并通過扭轉(zhuǎn)角度的大小找出力和距離的關系,這利用了微小量放大法;保持電荷量不變,變更A和C的距離可得到F和r的關系,這利用了限制變量法;接下來限制另一個變量不變,即保持A和C的距離不變,變更金屬球C(或A)帶的電荷量q,可得到相互作用力F和電荷量q的關系。14.答案(1)F0-F1(3分)(2)BD(3分)(3)使小球N與帶電小球M接觸時將M所帶的電荷量平分(2分)解析(1)在球N不帶電時,傳感器示數(shù)等于球N的重力,可知G=F0;小球N第一次與小球M接觸后調(diào)整球N到位置1,此時傳感器示數(shù)等于重力與庫侖力之差,即G-F庫=F1,則小球M、N間的庫侖力大小為F庫=F0-F1。(2)本試驗主要采納的試驗方法是限制變量法,A錯誤;依據(jù)①②③的操作,通過傳感器的讀數(shù)可知兩球之間的庫侖力,因各個位置的距離已知,則可探討庫侖力跟點電荷距離間的關系,B正確;由①②兩步操作可得球N在位置1時小球M、N間的庫侖力大小為F0-F1,操作④⑤,保持小球間距離不變,每次小球N放電后再與M接觸,由于兩球完全相同,使小球所帶電荷量依次減小到前次的一半,庫侖力的大小等于操作①中的示數(shù)F0與每次記錄的傳感器的示數(shù)的差值,所以要探討庫侖力跟小球帶電荷量間的關系,①②④⑤操作能夠完成,C錯誤;要測定靜電力常量k,還須精確測出小球M帶的電荷量,D正確。(3)試驗中運用兩個完全相同的金屬小球,其作用是使小球N與帶電小球M接觸時將M所帶的電荷量平分。15.答案(1)受力圖見解析mgtanα(2)見解析(3)mg解析(1)小球A受力如圖所示(2分)依據(jù)平衡條件可知F=mgtanα(2分)(2)電場強度的定義式E=Fq(1分帶電球C在小球A所在處產(chǎn)生的電場的場強EA=Fq=mgtanαq,(3)依據(jù)庫侖定律F=kQqr2Q=mgr2tan16.答案(1)3q(2)3解析(1)當電子做勻速圓周運動時,水平方向滿意FAcosθ=FBcosα(2分)即kqAe(2r解得qA=3q(2分)(2)當電子做勻速圓周運動時,所受合外力供應向心力,有F合=mv2r(1又因為向心力指向圓心,