2021年高考物理真题和模拟题分类汇编专题09静电场【含答案】

专题09 静电场 选择题 1. (浙江卷)某书中有如图所示的图，用来表示横截面是“<”形导体右侧的电场线和等势面，其中a、b是同一条实线上的两点，c是另一条实线上的一点，d是导体尖角右侧表面附近的一点。下列说法正确的是(　　) A. 实线表示电场线 B. 离d点最近的导体表面电荷密度最大 C. “<”形导体右侧表面附近电场强度方向均相同 D. 电荷从a点到c点再到b点电场力做功一定为零 答案 D 解析： 由于a、b在同一等势面上，则电荷从a点到c点再到b点电场力做功一定为零，所以D正确；故选D。 2. (浙江卷)如图所示，在火箭发射塔周围有钢铁制成的四座高塔，高塔的功能最有可能的是(　　) A. 探测发射台周围风力的大小 B. 发射与航天器联系的电磁波 C. 预防雷电击中待发射的火箭 D. 测量火箭发射过程的速度和加速度 答案 C 解析： 在火箭发射塔周围有钢铁制成的四座高塔，因铁制的高塔有避雷作用，其功能是预防雷电击中发射的火箭。故选C。 3. (全国乙卷)四个带电粒子的电荷量和质量分别、、、它们先后以相同的速度从坐标原点沿x轴正方向射入一匀强电场中，电场方向与y轴平行，不计重力，下列描绘这四个粒子运动轨迹的图像中，可能正确的是(　　) A. B. C. D. 答案AD 解析： 带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，加速度为 由类平抛运动规律可知，带电粒子的在电场中运动时间为 离开电场时，带电粒子的偏转角的正切为 因为四个带电的粒子的初速相同，电场强度相同，极板长度相同，所以偏转角只与比荷有关，前面三种带电粒子带正电，第四种带电粒子带负电，所以第四个粒子与前面三个粒子的偏转方向不同；第一种粒子与第三种粒子的比荷相同，所以偏转角相同，轨迹相同，且与第四种粒子的比荷也相同，所以一、三、四粒子偏转角相同，但第四种粒子与前两个粒子的偏转方向相反；第二种粒子的比荷与第一、三种粒子的比荷小，所以第二种粒子比第一、三种粒子的偏转角小，但都还正电，偏转方向相同。 故选AD。 4. (全国乙卷)如图(a)，在一块很大的接地金属平板的上方固定一负电荷。由于静电感应，在金属平板上表面产生感应电荷，金属板上方电场的等势面如图(b)中虚线所示，相邻等势面间的电势差都相等。若将一正试探电荷先后放于M和N处，该试探电荷受到的电场力大小分别为和，相应的电势能分别为和，则(　　) A. B C. D. 答案A 解析： 由图中等势面的疏密程度可知 根据 可知 由题可知图中电场线是由金属板指向负电荷，设将该试探电荷从M点移到N点，可知电场力做正功，电势能减小，即 故选A。 5. (全国甲卷)某电场的等势面如图所示，图中a、b、c、d、e为电场中的5个点，则(　　) A. 一正电荷从b点运动到e点，电场力做正功 B. 一电子从a点运动到d点，电场力做功为4eV C. b点电场强度垂直于该点所在等势面，方向向右 D. a、b、c、d四个点中，b点的电场强度大小最大 答案 BD 解析： 由图象可知φa = 3V，φd = 7V 根据电场力做功与电势能的变化关系有Wad = Epa - Epd = (φa - φd)×( - e) = 4eV B正确； 由于电场线与等势面处处垂直，则可画出电场线分布如下图所示 由上图可看出，b点电场线最密集，则b点处的场强最大，D正确。 故选BD。 6. (湖南卷)如图，圆心为的圆处于匀强电场中，电场方向与圆平面平行，和为该圆直径。将电荷量为的粒子从点移动到点，电场力做功为；若将该粒子从点移动到点，电场力做功为。下列说法正确的是(　　) A. 该匀强电场的场强方向与平行 B. 将该粒子从点移动到点，电场力做功为 C. 点电势低于点电势 D. 若只受电场力，从点射入圆形电场区域的所有带电粒子都做曲线运动 答案AB 解析： 由于该电场为匀强电场，可采用矢量分解的的思路，沿cd方向建立x轴，垂直与cd方向建立y轴如下图所示 在x方向有W = Exq2R 在y方向有2W = EyqR + ExqR 经过计算有Ex = ，Ey = ，E = ，tanθ = 由于电场方向与水平方向成60°，则电场与ab平行，且沿a指向b，A正确； 该粒从d点运动到b点，电场力做的功为W′ = Eq = 0.5W B正确；故选AB。 7. (湖南卷)如图，在位置放置电荷量为的正点电荷，在位置放置电荷量为的负点电荷，在距为的某点处放置正点电荷Q，使得点的电场强度为零。则Q的位置及电荷量分别为(　　) A. ， B. ， C. ， D. ， 答案B 解析： 根据点电荷场强公式 两点量异种点电荷在P点的场强大小为 ，方向如图所示 两点量异种点电荷在P点的合场强为 ，方向与+q点电荷与-q点电荷的连线平行如图所示 Q点电荷在p点的场强大小为 三点电荷的合场强为0，则方向如图所示，大小有 解得 由几何关系可知Q的坐标为(0，2a)，故选B。 8. (河北卷)如图，四个电荷量均为的点电荷分别放置于菱形的四个顶点，其坐标分别为、、和，其中x轴上的两个点电荷位置固定，y轴上的两个点电荷可沿y轴对称移动()，下列说法正确的是(　　) A. 除无穷远处之外，菱形外部电场强度处处不为零 B. 当取某值时，可使得菱形内部只存在两个电场强度为零点 C. 当时，将一带负电的试探电荷由点移至点，静电力做正功 D. 当时，将一带负电的试探电荷放置在点处，其所受到的静电力方向与x轴正方向成倾斜向上 答案ACD 解析： 根据场强叠加原理可知，除无穷远处之外，菱形外部电场强度处处不为零，选项A正确；由几何关系可知，坐标为(4l，5l)的A点在第一象限内所在的虚像的垂直平分线的上方；坐标为(0，-3l)的B点在第三象限内所在的虚像的垂直平分线的上方，且到达虚线的距离相等，由电势叠加可知，B点的电势高于A点，则带负电的试探电荷在A点的电势能较大，从A点到B点电势能减小，可知电场力做正功，选项C正确； 若y0=4l，则四个点构成正方形，由对称可知在点(l，l)处的场强一定沿着过该点与原点连线的方向上；在y轴正向和x正向上的点电荷在(l，l)处的合场强 在y轴负向和x负向上的点电荷在(l，l)处的合场强 可知(l，l)点的场强沿着MN方向且与x轴从成45°角的方向向下，将一带负电的试探电荷放置在点处，其所受到的静电力方向与x轴正方向成倾斜向上，选项D正确。故选ACD。 9. (河北卷)铯原子钟是精确的计时仪器，图1中铯原子从O点以的初速度在真空中做平抛运动，到达竖直平面所用时间为；图2中铯原子在真空中从P点做竖直上抛运动，到达最高点Q再返回P点，整个过程所用时间为，O点到竖直平面、P点到Q点的距离均为，重力加速度取，则为(　　) A 100∶1 B. 1∶100 C. 1∶200 D. 200∶1 答案C 解析： 铯原子做平抛运动，水平方向上做匀速直线运动，即 解得 铯原子做竖直上抛运动，抛至最高点用时，逆过程可视为自由落体，即 解得 则 故选C。 10. (2021春·浙江卷)如图所示是某一带电导体周围的电场线与等势面，A、C是同一等势面上的两点，B是另一等势面上的一点。下列说法正确的是(　　) A. 导体内部的场强左端大于右端 B. A、C两点的电势均低于B点的电势 C. B点的电场强度大于A点的电场强度 D. 正电荷从A点沿虚线移到B点的过程中电场力做正功，电势能减小 D A．带电导体处于静电平衡状态，导体内部的场强处处为0，导体表面为等势面，整个导体为一个等势体，A错误； B．沿电场线方向电势降低，所以A、C两点的电势大于B点的电势，B错误； C．电场线的疏密程度表示电场强度的弱强，所以B点的电场强度小于A点的电场强度，C错误； D．根据可知，正电荷从高电势A点沿虚线移动到低电势B点，电势能减小，电场力做正功，D正确。 故选D。 11. (广东卷)图是某种静电推进装置的原理图，发射极与吸极接在高压电源两端，两极间产生强电场，虚线为等势面，在强电场作用下，一带电液滴从发射极加速飞向吸极，a、b是其路径上的两点，不计液滴重力，下列说法正确的是(　　) A. a点的电势比b点的低 B. a点的电场强度比b点的小 C. 液滴在a点的加速度比在b点的小 D. 液滴在a点的电势能比在b点的大 答案D 解析： 液滴在电场力作用下向右加速，则电场力做正功，动能增大，电势能减少，即 故D正确；故选D。 12. (北京通州一模)如图甲所示，有一固定的负点电荷N，其右侧距离为L处竖直放置一内壁光滑的绝缘圆筒，圆筒内有一带电小球。将小球从H0高处由静止释放，至小球下落到与N同一水平面的过程中，其动能Ek随高度H(设小球与点电荷N的竖直高度差为H)的变化曲线如图乙所示。下列说法正确的是 (　　) A. 小球可能带负电，也可能带正电 B. 在高度H1～H2之间的某点，库仑力在竖直方向上的分力最大 C. 该过程中，小球所受合力先增大后减小再增大 D. 该过程中，小球的机械能先增大后减小 B 若小球带正电，由于N处的点电荷带负电，则在带电小球在下落的过程中，重力做正功，库仑力也做正功，则小球的动能会一直增加的，而由乙图看出，图线的最下端对应的是小球处于最高点时，释放后，小球的动能先增大，后来又有一段是减小的，然后再增大，这与小球的动能一直增大的判断不符合，故选项A错误，小球应该带负电； 对于乙图的动能与高度的变化图线来看，因为Fx=△Ek，故动能Ek与高度H的图线斜率代表合外力，H1与H2两处的斜率均为0，即此时库仑力的竖直方向的分力等于重力，合外力为0，而在高度H1～H2之间的某点，库仑力在竖直方向上的分力最大，选项B正确； 由乙图可知，小球受到的合力先减小，后增大，然后再减小，再增大，选项C错误； 由于下落的过程中，电场力一直做负功，故小球的机械能一直减小，选项D错误。 13. (北京通州一模)把电容器、电流传感器、电阻、电源、单刀双掷开关按图甲所示连接。先使开关S与1端相连，电源向电容器充电；然后把开关S掷向2端，电容器放电。电流传感器中的电流i随时间t变化的关系如图乙所示。下列说法正确的是(　　) A. 在t1 ～ t2时间内，电容器两极板间电压逐渐减小 B. 在t3 ～ t4时间内，电容器的电容逐渐减小 C. 曲线1与横轴所围面积等于曲线2与横轴所围面积 D. S接1端，只要时间足够长，电容器两极板间的电压就能大于电源电动势E C 由于是先使开关S与1端相连，故在t1 ～ t2时间内，电容器是充电的过程，两极板间电压逐渐增大，选项A错误； 在t3 ～ t4时间内，电容器是放电的过程，但是它的电容是不变的，其两端电压逐渐减小，选项B错误； 曲线1与横轴所围面积就是充满电时电容器所带的电荷量，曲线2与横轴所围面积就是放电时电容器所放出的电荷量，二者是相等的，故它们的面积相等，选项C正确； S接1端，电容器充电，当电容器两极板间的电压等于电源电动势E时，电路就没有了电流，充电停止，所以不会出现极板间电压大于电源电动势的情况，选项D错误。 14. (北京通州一模)如图所示，将不带电的枕形导体AB，放在一个点电荷的电场中，点电荷的电荷量为-Q，与导体AB的中心O的距离为R。由于静电感应，在导体AB的两端感应出异种电荷。当达到静电平衡时，下列说法正确的是(　　) A. 导体A端带正电 B. 导体AB带上正电 C. 导体A端的电势低于B端的电势 D. 导体AB的感应电荷在O点产生的电场强度大小为，方向向左 D