1、20212021 年高考高三下学期开学考试物理试题汇编年高考高三下学期开学考试物理试题汇编 专题 17 电场(二) 1 1、(2021(2021河南省新乡市高三下学期开学考试河南省新乡市高三下学期开学考试) )如图甲所示，在真空中，两个带电荷量均为 3 1 10 Cq 的 负点电荷 P、 Q固定于光滑绝缘水平面上， 将该平面上一质量10gm 、 电荷量为 3 1 10 C 的带正电小球(视 为质点)从 a点由静止释放，小球沿两电荷连线的中垂线运动到两电荷连线的中点 O，其从 a 点运动到 O点 的v t图像如图乙中实线所示，其经过 b 点时对应的图线切线斜率最大，如图中虚线所示，则下列分析正
2、确的是( ) A. 在两电荷的连线上，O点的电场强度最小，电势最低 B. b点的电场强度大小为 10V/m C. a、b两点间的电势差为 45V D. 在从 a 点运动到 O 点的过程中，小球受到电荷 P的作用力先增大后减小 【答案】C 【解析】 A点电荷在与其距离为 r处的电场强度大小 2 kQ E r 故两点电荷在 O点的合电场强度为 0，沿电场线方向电势降低，O点的电势最高，选项 A 错误； B在v t图像上的图线的斜率表示加速度，在 b点可得 2 1.3m/s b v a t 根据牛顿第二定律有 bb qEma 解得 15V/ m b E 选项 B错误； D小球从 a 点运动到 b点的
3、过程，根据动能定理有 22 11 22 abba qUmvmv 由图乙可知 3m/s b v 解得 45V ab U 选项 C正确； D在小球从 a点运动到 O点的过程中，小球与电荷 P 间的距离一直减小，所以受到电荷 P的作用力一直 增大，选项 D 错误。 故选 C。 2 2、(2021(2021河北省“五个一名校联盟”高三下学期第二次联考河北省“五个一名校联盟”高三下学期第二次联考) )如图所示，平行板电容器带有等量异种电荷 (上极板带正电)，与静电计相连，静电计金属外壳和电容器下极板都接地，在两极板间有一固定在 P点的 正点电荷，以 E表示两板间的电场强度，U表示两板之间的电势差，Ep表
4、示点电荷在 P点的电势能，表示 静电计指针的偏角。若保持下极板不动将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置，则( ) A. E 不变，Ep不变 B. U 不变，E减小 C. 增大，E 不变 D. 不变，Ep增大 【答案】A 【解析】 AD两板间的电场强度 4UQkQ E dCdS 因此电场强度与板间距无关，即 E 不变，P点到下极板距离不变，则 P点的电势不变，所以点电荷在 P 点 的电势能 Ep不变，故 A正确，D错误； BC电容器没有连接电源，故电容器带电量不变，上极板向下移动，板间距减小，根据 4 S C kd 可知，电容增大，由电容的定义式可得，极板间的电势差减小，故静电计指针偏角 减
5、小，故 BC 错误。 故选 A。 3 3、(2021(2021河北省“五个一名校联盟”高三下学期第二次联考河北省“五个一名校联盟”高三下学期第二次联考) )如图所示，a、b为等量同种点电荷 Q1、Q2 连线的三等分点，重力不计的带电粒子从 a点由静止释放，沿 ab 方向运动。则带电粒子从 a 运动到 b的过 程中，其速度随时间变化的图像可能正确的是( ) A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 因为等量同种电荷的连线中点处场强为零，所以带电粒子从 a 运动到 b的过程中，电场力先减小后增大，并 且对称分布。所以速度图像的斜率先减小后增大，并且图像对称。 故选 B。 4 4、(2021(2
6、021广东省惠州市高三下学期开学考试广东省惠州市高三下学期开学考试) )如图所示，x轴垂直穿过一个均匀分布着正电荷圆环的圆心 O，圆环平面与 x轴垂直，关于 x 轴上的电场强度和电势，下列说法正确的是( ) A. O点的电场强度一定为零 B. O点的电势一定为零 C. 从 O点沿 x轴正方向，电场强度一直减小 D. 从 O点沿 x轴正方向，电势一直降低 【答案】AD 【解析】 A利用微元法及对称性的特点可知，均匀分布着正电荷圆环的圆心 O的电场强度一定为零，A正确； BD由于正电荷圆环的在 x 轴的电场方向是从 O 点沿 x轴正方向或从 O点沿 x 轴负方向，所以从 O 点沿 x 轴正方向，电
7、势一直降低，O 点的电势最高，B错误；D正确； C利用极限思想无穷远处场强为 0，而且 O点的电场强度为零，所以从 O点沿 x轴正方向，电场强度先增 大后减小，C错误。 故选 AD。 5 5、(2021(2021广东省惠州市高三下学期开学考试广东省惠州市高三下学期开学考试) )利用电场可以使带电粒子的运动方向发生改变。现使一群电 荷量相同、质量不同的带电粒子同时沿同一方向垂直射入同一匀强电场，经相同时间速度的偏转角相同， 不计粒子重力及粒子间的相互作用，则它们在进入电场时一定具有相同的 A. 动能 B. 动量 C. 加速度 D. 速度 【答案】B 【解析】 速度的偏转角 000 tan y q
8、E t v qEt m vvmv ，若偏转角相同，则 mv0相同； A动能，与结论不相符，选项 A 错误； B动量，与结论相符，选项 B 正确； C加速度，与结论不相符，选项 C 错误； D速度，与结论不相符，选项 D 错误； 故选 B. 6 6、(2021(2021广东省惠州市高三下学期开学考试广东省惠州市高三下学期开学考试) )一个带电小球被绝缘轻绳悬挂在匀强电场中，小球的重力为 8N，受到的电场力大小为 4N，当小球保持静止时，轻绳与竖直方向夹角为 ，则( ) A. 030 B. 060 C. 3060 D. 6090 【答案】A 【解析】 如图所示 当电场力 qE与拉力 T 垂直时取得
9、最小值，由平衡条件可得 sin qE mg 代入数据可得=30。当电场力竖直向上且与重力大小相等时，拉力为零，=0，故取值范围应为 030。 故选 A。 7 7、(2021(2021福建省罗源一中高三下学期开学考试福建省罗源一中高三下学期开学考试) )三个带电粒子从同一点 O，以相同的初速度 v射入一电场 中，在某段时间内的运动轨迹如图虚线所示，其中 a 粒子刚好做圆周运动。图中实线为电场线，不计粒子 重力，则下列有关粒子在该段时间内的运动以及相关说法正确的是( ) A. 粒子 a 带负电，c带正电 B. c粒子运动过程中电势能增加 C. 运动过程中，b、c两粒子的速度均增大 D. 运动过程中
10、，a粒子的加速度和动能均不变 【答案】C 【解析】 A 根据曲线运动的特点， 可知 a 粒子的电场力方向与电场方向一致， c粒子的电场力方向与电场方向相反， 因此 a 粒子带正电，c粒子带负电。故 A 错误； B由图可知，电场力对 c粒子做正功，电势能减少。故 B错误； C由图可知，电场力对 b、c粒子做正功，由于只受电场力，则速度增加。故 C正确； D 由于 a粒子刚好做圆周运动， 根据匀速圆周运动的特点， a 粒子的加速度大小和动能均不变。 故 D错误。 故选 C。 8 8、 (2021(2021 安徽省六校教育研究会高三下学期 安徽省六校教育研究会高三下学期2 2月开学联考月开学联考)
11、)质子刀治疗是世界最先进的肿瘤放射治疗技术， 其原理是电场对质子进行加速，当达到一定能量后，用质子束照射肿瘤，杀死肿瘤细胞。近日由中国科学 院合肥物质科学研究院自主研制的最紧凑型超导回旋质子治疗系统加速器研制成功。该回旋加速器中加速 电场场强达到170kV/cm国际最高应用水平，加速器中磁场的磁感应强度达到最高3.0T，引出的质子具有 6 200MeV 1M1 10 （）的能量，实现高能量级超导回旋加速器关键技术突破。已知两 D 形盒间距为 0.01cm，质子电量为 19 1.6 10C ，质子质量约为 27 1.67 10kg 。则下列说法正确的是( ) A. 加速电场为恒定电场 B. 质子
12、在电场中加速的时间约为 21 8.35 10s C. 回旋加速器的 D形盒的内半径最接近0.5m D. 回旋加速器的 D形盒的内半径最接近5m 【答案】C 【解析】 A每次经过电场，电场方向反向，是变化的电场，A 错误； B在电场中做匀加速直线运动，根据 vat 2 1 2 k Emv qE a m 解得 7 1.18 10 st B错误； CD根据 2 v qvBm R 解得 0.7mR D 错误 C正确 故选 C。 9 9、(2021(2021福建省罗源一中高三下学期开学考试福建省罗源一中高三下学期开学考试) )如图所示，长为 l的绝缘细线一端悬于 O 点，另一端系一 质量为 m、电荷量为
13、 q 的小球(可视为质点)。现将此装置放在水平的匀强电场中，小球静止在 A 点，此时 细线与竖直方向成37角。 已知电场的范围足够大， 空气阻力可忽略不计， 重力加速度为 g，sin370.6， cos370.8。 (1)请判断电场强度的方向，并求电场强度 E 的大小； (2)求AO两点间的电势差AO U； (3)若在 A点对小球施加一个拉力，将小球从 A点沿圆弧缓慢向左拉起至与 O点处于同一水平高度且该过程 中细线始终张紧，则所施拉力至少要做多少功。 【答案】(1)水平向右， 3 4 mg E q ；(2) 9 20 mgl q ；(3)0.5mgl 【解析】 (1)带负电小球静止时电场力水
14、平向左，与场强方向相反，所以电场强度方向水平向右 小球受重力、电场力和细线的拉力，根据平衡条件有 tan37 Eq mg 解得 tan373 = 4 mgmg E qq (2)根据匀强电场中电势与场强的关系可得 UAO=Elsin37= 9 20 mgl q (3)小球从 A 点沿圆弧缓慢向左拉起至与 O点处于同一水平高度的过程，由动能定理有 cos37 +(1 sin37 )0 F WmglEql 解得 0.5 F Wmgl 1010、(2021(2021湖北省孝感高级中学高三下学期开学考试湖北省孝感高级中学高三下学期开学考试) )如图所示匀强电场水平向右，在电场中的 O点固定 一轻细线，细
15、线的另一端系一质量为 m 带电量为 q的小球，小球平衡时细线与竖直方向成37角。 (sin370.6，cos370.8) (1)求电场强度； (2)将小球拉至右侧与 O等高，细线水平伸直，然后将小球静止释放，求小球运动到最低点时线的张力； 【答案】(1) 3 4 mg q ；(2) 3 2 mg 【解析】 (1) 小球平衡，所以有 3 tan 4 qEmgmg 由式解得 3 4 mg E q (2)由动能定理得 2 1 2 mgLqELmv 最低点时，由向心力公式得 2 v Fmgm L 由解得 3 2 Fmg 11、 (2021(2021 江苏省名校联盟高三下学期开学考试江苏省名校联盟高三下
16、学期开学考试) )如图所示， 水平面上有一条长直固定轨道， P 为轨道上 一个标记点，竖直线 PQ表示一个与长直轨道垂直的竖直平面，PQ 的右边区域内可根据需要增加一个方向 与轨道平行的水平匀强电场。在轨道上，一辆平板小车以速度 v=4m/s 沿轨道从左向右匀速运动，当车长一 半通过 PQ平面时，一质量为 m=1kg 的绝缘金属小滑块(可视为质点)被轻放到小车的中点上，已知小滑块 带电荷量为+2C且始终不变，滑块与小车上表面间的动摩擦因数为 =0.2，整个过程中小车速度保持不变， g=10m/s2，求： (1)若 PQ右侧没有电场，小车足够长，在滑块与小车恰好共速时小滑块相对 P 点水平位移和
17、摩擦力对小车 做的功； (2)若 PQ右侧加一个向右的匀强电场，且小车长 L=2m，为确保小滑块不从小车左端掉下来，电场强度大小 应满足什么条件？ (3)在(2)的情况下，PQ右侧电场强度取最小值时，为保证小滑块不从车上掉下，则电场存在的时间满足什 么条件？ 【答案】(1)4m，16J(2)3V/mE (3)0.5s1.08st 【解析】 (1)小滑块放上小车后向右做匀加速运动，根据牛顿第二定律得 1 mgma 解得 2 1 2m/sa 设加速到共速时用时为 t1，则 1 1 vat，解得 1 2st 此过程中小滑块相对于 P点移动的距离为 2 11 1 2 sat，此过程中小车相对于 P点移
18、动的距离为 21 svt，可 得 12 4m8mss， 摩擦力对小车做的功 f2 Wmgs 解得 f 16JW (2)当加有向右的匀强电场时，小滑块的加速度为 2 qEmg a m 小滑块恰好运动到小车左端共速，用时2 2 v t a ，根据两物体的位移关系可得 2 22 2 1 22 L vta t 联立解得 2 0.5s3V/mtE， 所以电场强度 E应满足 E3V/m； (3)满足第二问的条件，当 E=3V/m时，小滑块运动到小车最左端后，会向右做匀加速运动，设时间为 t3后 撤去电场，之后滑块做减速运动，经过时间 t4，小滑块与小车在小车右端共速，恰好没掉下来。小滑块向右 加速时有 3 qEmgma 解得 2 3 s4m/a 加速的末速度为 13 3 vva t，减速过程中 11 4 vvat，加速过程中的位移为 22 10 3 3 2 vv s a 减速过程中的位移为 22 1 4 1 2() vv s a 则 3434 ()ssv ttL 解得 3 3 s0.58s 3 t 所以，电场存在总时间 23 1.08sttt 故电场存在的时间满足关系式 0.5s1.08st