全国版2021高考物理一轮复习专题八电场考点2电场能的性质精练含解析

全国版2021高考物理一轮复习专题八电场考点2电场能的性质精练含解析

考点2 电场能的性质 ‎1.[2020江苏二市第一次模拟]如图所示,实线表示电场线,虚线表示带电粒子运动的轨迹,带电粒子只受电场力的作用,运动过程中电势能逐渐减少,它运动到b处时的运动方向与受力方向可能的是(　　)‎ ‎2.[2020四川成都毕业班摸底]如图所示,电荷量分别为Q(Q>0)和-Q的点电荷对称地放置在x轴上原点O的两侧,a点在O与Q之间的x轴上,b点在y轴上.取无穷远处的电势为零.下列说法正确的是(　　)‎ A.O点电势为零,电场强度也为零 B.a点的电场强度一定大于b点的电场强度 C.将负的试探电荷从O点移到a点,必须克服电场力做功 D.将同一正的试探电荷先后从O、b两点移到a点,后者电势能的变化量较大 ‎3.[2020湖北部分重点中学检测]如图所示为某电场中x轴上电势φ随位置x变化的图象,一个带电粒子仅受电场力作用,在x=0处由静止释放沿x轴正向运动,且以一定的速度通过x=x2处,则下列说法正确的是(　　)‎ A.x1和x2处的电场强度均为零 B.x1和x2之间的电场强度方向不变 C.粒子从x=0到x=x2的过程中,电势能先增大后减小 D.粒子从x=0到x=x2的过程中,加速度先减小后增大 ‎4.[2020广东六校第一次联考]如图所示,静电场中的一条电场线上有M、N两点,箭头代表电场的方向,则 (　　)‎ A.M点的电势比N点的低 B.M点的场强大小一定比N点的大 C.正电荷在M点的电势能比在N点的大 D.电子在M点受到的电场力大小一定比在N点的小 ‎5.[2020福建五校第二次联考,多选]一均匀带电的绝缘球球心位于坐标原点O,规定x轴的正方向为电场正方向,则沿x轴的电场强度如图所示,下列说法正确的是(　　)‎ - 5 -‎ A.球体半径大小为x0‎ B.x>x0时,电场方向沿x轴负方向 C.x=x2位置的电势比x=x1位置的低 D.x=-x0位置的电势与x=x0位置的相等 ‎6.[2020江西抚州高三检测]如图所示,矩形区域PQNM内存在平行于PQ的匀强电场,一质量为m=2.0×10-11 kg、电荷量为q=1.0×10-5 C的带正电粒子(重力不计)从a点以v1=1×104 m/s的初速度垂直于PQ进入电场,最终从MN边界的b点以与水平边界MN成30°角斜向右上方的方向射出,射出电场时的速度v2=2×104 m/s,已知MP=20 cm、MN=80 cm,取a点电势为零,如果以a点为坐标原点O,沿PQ方向建立x轴,则粒子从a点运动到b点的过程中,电场的电场强度E、电势φ、粒子的速度v、电势能Ep随x的变化图象正确的是(　　)‎ ‎7.[2019全国Ⅱ,多选]静电场中,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 ‎8.[2020河南示范性高中检测,13分]静电场(匀强电场)方向平行于x轴,其电势φ随x的分布可简化为如图所示的折线,图中φ0和d为已知量.一个带负电的粒子在电场中以x=0为中心、沿x轴方向做周期性运动.已知该粒子质量为m,电荷量为-q,其动能与电势能之和为-A(0x0时,电场强度为正值,说明电场方向沿x轴正方向,选项B错误;球体的表面为等势面,电势相等,所以x=-x0位置的电势与x=x0位置的相等,选项D正确;根据沿电场线方向电势逐渐降低,知x=x2位置的电势比x=-x0位置的高,x=x0位置的电势比x=x1位置的高,又x=-x0位置的电势与x=x0位置的相等,故x=x2位置的电势比x=x1位置的高,选项C错误.‎ ‎6.D　A项,根据匀强电场中场强处处相同,知E-x图象是平行于x轴的直线,A项错误.B项,φ-x图象的斜率等于场强E,粒子从a点运动到b点的过程中,动能增加,电势降低,故φ-x图象是向下倾斜的直线,B项错误.C项,根据动能定理得qEx=‎1‎‎2‎mv2-‎1‎‎2‎mv‎1‎‎2‎,得v=v‎1‎‎2‎‎+‎‎2qExm,可知v-x图象是曲线,C项错误.D项,取a点电势为零,粒子从a点运动到b - 5 -‎ 点的过程中,动能的增加量为ΔEk=‎1‎‎2‎mv‎2‎‎2‎-‎1‎‎2‎mv‎1‎‎2‎,解得ΔEk=3×10-3 J,电势能的减少量为ΔEp=ΔEk=3×10-3 J,所以粒子到达b点时的电势能为-3×10-3 J.竖直方向有MP=v1t,水平方向有x=‎1‎‎2‎v2cos 30°·t,联立解得x=17.32 cm,电势能Ep=-qEx,因此,Ep-x图象是位于第四象限过原点的向下倾斜的直线,故D项正确.‎ ‎7.AC　在两个同种点电荷产生的电场中,一带同种电荷的粒子在两电荷的连线上自M点由静止开始运动,粒子的速度可能先增大后减小,选项A正确.带电粒子仅在电场力作用下运动,若运动到N点的动能为零,则带电粒子在N、M两点的电势能相等;仅在电场力作用下运动,带电粒子的动能和电势能之和保持不变,可知若粒子运动到N点时动能不为零,则粒子在N点的电势能小于在M点的电势能,即粒子在M点的电势能不低于其在N点的电势能,选项C正确.若静电场的电场线不是直线,带电粒子仅在电场力作用下的运动轨迹不会与电场线重合,选项B错误;若粒子运动轨迹为曲线,根据粒子做曲线运动的条件,可知粒子在N点所受电场力的方向一定不与粒子轨迹在该点的切线平行,选项D错误.‎ ‎【易错警示】　本题选项中有限定条件“可能”“一定”,需要考虑各种情况,认真分析.只要题述情境的情况是可以发生的,则“可能”选项正确;只要题述情境的情况有可以不发生的,则“一定”选项错误.‎ ‎8.解析:(1)由题图可知,0与d(或-d)两点间的电势差为φ0,电场强度的大小为E=φ‎0‎d(1分)‎ 粒子所受电场力的大小为F=qE=qφ‎0‎d.(1分)‎ ‎(2)设粒子在[-x0,x0]区间内运动,速度为v,由题意得 ‎1‎‎2‎mv2-qφ=-A　①(1分)‎ 由题图可知φ=φ0(1-‎|x|‎d)　②(1分)‎ 由①②得‎1‎‎2‎mv2=qφ0(1-‎|x|‎d)-A　③(1分)‎ 因动能非负,有qφ0(1-‎|x|‎d)-A≥0(2分)‎ 得|x|≤d(1-Aqφ‎0‎)(1分)‎ 即x0=d(1-Aqφ‎0‎)④(1分)‎ 粒子的运动区间为[-d(1-Aqφ‎0‎),d(1-Aqφ‎0‎)].(1分)‎ ‎(3)粒子从-x0处开始运动的四分之一周期内,根据牛顿第二定律可知,粒子的加速度为a=Fm=qφ‎0‎md　⑤(1分)‎ - 5 -‎ 由匀加速直线运动公式x0=‎1‎‎2‎at2得t=‎2‎x‎0‎a　⑥(1分)‎ 将④⑤代入⑥,得 t=‎2md‎2‎qφ‎0‎‎(1-Aqφ‎0‎)‎=‎dqφ‎0‎‎2m(qφ‎0‎-A)‎ 粒子的运动周期T=4t=‎4dqφ‎0‎‎2m(qφ‎0‎-A)‎.(1分)‎ - 5 -‎