高中物理高二物理上学期精选试卷检测题(Word版含答案)

高中物理高二物理上学期精选试卷检测题（Word 版含答案）

一、第九章静电场及其应用选择题易错题培优（难）

1．如图所示，在圆心为O 、半径为R 的圆周上等间距分布着三个电荷量均为q 的点电荷a 、b 、c ，其中a 、b 带正电，c 带负电。已知静电力常量为k ，下列说法正确的是

（）

A ．a 受到的库仑力大小为2

33kq R

B ．c 受到的库仑力大小为2

33kq

C ．a 、b 在O 3kq

，方向由O 指向c D ．a 、b 、c 在O 点产生的场强为22kq

，方向由O 指向c 【答案】BD 【解析】【分析】【详解】

AB ．根据几何关系得ab 间、bc 间、ac 间的距离

3r R =

根据库仑力的公式得a 、b 、c 间的库仑力大小

223q q F k k r R

a 受到的两个力夹角为120?，所以a 受到的库仑力为

23a q F F k R

c 受到的两个力夹角为60?，所以c 受到的库仑力为

33c kq F F == 选项A 错误，B 正确；

C ．a 、b 在O 点产生的场强大小相等，根据电场强度定义有

q E k

R = a 、b 带正电，故a 在O 点产生的场强方向是由a 指向O ，b 在O 点产生的场强方向是由

b 指向O ，由矢量合成得a 、b 在O 点产生的场强大小

2q E k R

方向由O →c ，选项C 错误；

D ．同理c 在O 点产生的场强大小为

02q

E k R

方向由O →c

运用矢量合成法则得a 、b 、c 在O 点产生的场强

22q

E k R

方向O →c 。选项D 正确。故选BD 。

2．如图所示，a 、b 、c 、d 四个质量均为 m 的带电小球恰好构成“三星拱月”之形，其中 a 、b 、c 三个完全相同的带电小球在光滑绝缘水平面内的同一圆周上绕 O 点做半径为 R 的匀速圆周运动，三小球所在位置恰好将圆周等分。小球 d 位于 O 点正上方 h 处，且在外力 F 作用下恰处于静止状态，已知 a 、b 、c 三小球的电荷量大小均为 q ，小球 d 的电荷量大小为 6q ，h ＝2R 。重力加速度为 g ，静电力常量为 k 。则（）

A ．小球 a 一定带正电

B ．小球 c 的加速度大小为2

33kq mR

C ．小球 b 2R mR

q k

πD ．外力 F 竖直向上，大小等于mg 2

26kq 【答案】BD 【解析】【分析】【详解】

A ．a 、b 、c 三小球所带电荷量相同，要使三个做匀速圆周运动，d 球与a 、b 、c 三小球一定是异种电荷，由于d 球的电性未知，所以a 球不一定带正电，故A 错误。

BC ．设 db 连线与水平方向的夹角为α，则

223cos 3R h α==+ 22

6sin 3

R h α=

+＝

对b 球，根据牛顿第二定律和向心力得：

22222264cos 2cos302cos30()q q q k k mR ma h R R T

πα?-?==+? 解得

23R

T q k

π=

33kq a mR

= 则小球c 的加速度大小为2

33kq mR

，故B 正确，C 错误。 D ．对d 球，由平衡条件得

222

6263sin q q kq F k mg mg h R R

α?=+=++ 故D 正确。故选BD 。

3．如图所示，空间有竖直方向的匀强电场，一带正电的小球质量为m ，在竖直平面内沿与水平方向成30o角的虚线以速度v 0斜向上做匀速运动．当小球经过O 点时突然将电场方向旋转一定的角度，电场强度大小不变，小球仍沿虚线方向做直线运动，选O 点电势为零，重力加速度为g ，则

A ．原电场方向竖直向下

B ．改变后的电场方向垂直于ON

C ．电场方向改变后，小球的加速度大小为g

D ．电场方向改变后，小球的最大电势能为2

【答案】CD 【解析】【分析】

【详解】

开始时，小球沿虚线做匀速运动，可知小球受向下的重力和向上的电场力平衡Eq=mg ，小球带正电，则电场竖直向上，选项A 错误；改变电场方向后，小球仍沿虚线做直线运动，可知电场力与重力的合力沿着NO 方向，因Eq=mg ，可知电场力与重力关于ON 对称，电场方向与NO 成600，选项B 错误；电场方向改变后，电场力与重力夹角为1200，故合力大小为mg ，小球的加速度大小为g ，选项C 正确；电场方向改变后，小球能沿ON 运动的距离为

202m v x g = ，则克服电场力做功为：22

0011cos 60224

m v W Eq x mg mv g ==?= ，故小球的

电势能最大值为

014

mv ，选项D 正确；故选CD.

4．真空中，在x 轴上的坐标原点O 和x =50cm 处分别固定点电荷A 、B ，在x =10cm 处由静止释放一正点电荷p ，点电荷p 只受电场力作用沿x 轴方向运动，其速度与在x 轴上的位置关系如图所示。下列说法正确的是（）

A ．x =10cm 处的电势比x =20cm 处的电势高

B ．从x =10cm 到x =40cm 的过程中，点电荷p 的电势能一定先增大后减小

C ．点电荷A 、B 所带电荷量的绝对值之比为9：4

D ．从x =10cm 到x =40cm 的过程中，点电荷p 所受的电场力先增大后减小【答案】AC 【解析】【分析】【详解】

A ．点电荷p 从x =10cm 处运动到x =30cm 处，动能增大，电场力对点电荷做正功，则点电荷所受的电场力方向沿+x 轴方向，因此，从x =10cm 到x =30cm 范围内，电场方向沿+x 轴方向，所以，x =10cm 处的电势比x =20cm 处的电势高，故A 正确；

B ．点电荷p 在运动过程中，只有电场力做功，电势能和动能之和保持不变，点电荷的动能先增大后减小，则其电势能先减小后增大，故B 错误；

C ．从x =10cm 到x =30cm 范围内，点电荷p 所受的电场力沿+x 轴方向，从x =30cm 到x =50cm 范围内，点电荷p 所受的电场力沿-x 轴方向，所以，点电荷p 在x =30cm 处所受的电场力为零，则点电荷A 、B 对点电荷p 的静电力大小相等，方向相反，故有

A B

Q q Q q

k k

r r

其中r A=30cm，r B=20cm，所以，Q A：Q B=9：4，故C正确；

D．点电荷x=30cm处所受的电场力为零，由电场力公式F=qE可知：x=30cm处的电场强度为零，所以从x=10cm到x=40cm的过程中，点电荷p所受的电场力一定先减小后增大，故D错误。

故选AC。

5．某老师用图示装置探究库仑力与电荷量的关系。A、B是可视为点电荷的两带电小球，用绝缘细线将A悬挂，实验中在改变电荷量时，移动B并保持A、B连线与细线垂直。用Q和q表示A、B的电荷量，d表示A、B间的距离，θ（θ不是很小）表示细线与竖直方向的夹角，x表示A偏离O点的水平距离，实验中（）

A．d可以改变B．B的位置在同一圆弧上

C．x与电荷量乘积Qq成正比D．tanθ与A、B间库仑力成正比

【答案】BC

【解析】

【分析】

【详解】

A．因实验要探究库仑力与电荷量的关系，故两电荷间距d应保持不变，选项A错误；B．因要保持A、B连线与细线垂直且A、B距离总保持d不变，可知B到O点的距离不变，故B的位置在同一圆弧上，选项B正确；

C．对A球由平衡知识可知

sin

qQ x

k mg mg

d L

可知x与电荷量乘积Qq成正比，选项C正确；

D．因为

tan=

d d

L mgx

θ=

由于x变化，所以不能说tanθ与A、B间库仑力成正比，故D错误。

故选BC。

6．在电场强度为E的匀强电场中固定放置两个小球1和2，它们的质量相等，电荷量分别为1q和2q（12

q q

≠）．球1和球2的连线平行于电场线，如图所示．现同时放开球1和球2，于是它们开始在电场力的作用下运动．如果球1和球2之间的距离可以取任意有限值，则两球刚被放开时，它们的加速度可能是（）．

A．大小不等，方向相同B．大小不等，方向相反

C．大小相等，方向相同D．大小相等，方向相反

【答案】ABC

【解析】

【详解】

AC．当两球的电性相同时，假定都带正电，则两球的加速度分别为：

kq q

由于l可任意取值，故当1

>时，加速度

a、

a方向都是向右，且

a、

a的大小可相等，也可不相等，故AC正确；

B．再分析1a和2a的表达式可知，当1

<时，

a和

a方向相反，大小则一定不相等，故B正确；

D．将小球1和小球2视作为一个整体，由于12

q q

≠，可判断它们在匀强电场中受到的电场力必然是不为零的。由牛顿第二定律可知，它们的合加速度也必然是不为零的，即不可能出现两者的加速度大小相等、方向相反的情况，故D错误。

故选ABC．

7．如图()a所示，光滑绝缘水平面上有甲、乙两个点电荷．0

t=时，甲静止，乙以

6m/s的初速度向甲运动．此后,它们仅在静电力的作用下沿同一直线运动(整个运动过程中没有接触),它们运动的v t-图像分别如图()b中甲、乙两曲线所示．则由图线可知( )

A ．两电荷的电性一定相反

B ．甲、乙两个点电荷的质量之比为2：1

C ．在20t ～时间内，两电荷的静电力先减小后增大

D ．在30t ～时间内，甲的动能一直增大，乙的动能先减小后增大【答案】BD 【解析】【详解】

A ．由图象0-t 1段看出，甲从静止开始与乙同向运动，说明甲受到了乙的排斥力作用，则知两电荷的电性一定相同，故A 错误．

B ．由图示图象可知：v 甲0=0m/s ，v 乙0=6m/s ，v 甲1=v 乙1=2m/s ，两点电荷组成的系统动量守恒，以向左为正方向，由动量守恒定律得：

+=+m v m v m v m v 甲甲0乙乙0甲甲1乙乙1

代入数据解得：

m 甲:m 乙=2:1

故B 正确；

C ．0～t 1时间内两电荷间距离逐渐减小，在t 1～t 2时间内两电荷间距离逐渐增大，由库仑定律得知，两电荷间的相互静电力先增大后减小，故C 错误．

D ．由图象看出，0～t 3时间内，甲的速度一直增大，则其动能也一直增大，乙的速度先沿原方向减小，后反向增大，则其动能先减小后增大，故D 正确．

8．如图所示，竖直墙面与水平地面均光滑且绝缘，两个带有同种电荷的小球A 、B 分别处于竖直墙面和水平地面上，且处于同一竖直平面内，若用图示方向的水平推力F 作用于小球B ，则两球静止于图示位置，如果将小球B 向左推动少许，待两球重新达到平衡时，则两个小球的受力情况与原来相比（）

A ．竖直墙面对小球A 的弹力减小

B ．地面对小球B 的弹力一定不变

C．推力F将增大

D．两个小球之间的距离增大

【答案】ABD

【解析】

【分析】

【详解】

整体法可知地面对小球B的弹力一定不变，B正确；假设A球不动，由于A、B两球间距变小，库仑力增大，A球上升，库仑力与竖直方向夹角变小，而其竖直分量不变，故库仑力变小A、B两球间距变大，D正确；但水平分量减小，竖直墙面对小球A的弹力减小，推力F将减小，故A正确，C错误。

故选ABD。

9．物理学中有些问题的结论不一定必须通过计算才能验证，有时只需通过一定的分析就可以判断结论是否正确．如图所示为两个彼此平行且共轴的半径分别为R1和R2的圆环，两圆环上的电荷量均为q(q>0)，而且电荷均匀分布．两圆环的圆心O1和O2相距为2a，连线的中点为O，轴线上的A点在O点右侧与O点相距为r(r

A．

()

kq a r kq a r

R a r R a r

????

+++-

????

B．

()

kq a r kq a r

R a r R a r

????

+++-

????

C．

()()

kqR kqR

R a r R a r

????

+++-

????

D．

()()1

22222

12kqR kqR E R a r R a r =

????

+++-??

【答案】A 【解析】【分析】

题目要求不通过计算，只需通过一定的分析就可以判断结论，所以根据点电荷场强的公式

E=k

r ，与选项相对比，寻找不同点，再用极限分析问题的思想方法就可以分析出结果．【详解】

与点电荷的场强公式E=k 2Q

，比较可知，C 表达式的单位不是场强的单位，故可以排除C ；

当r=a 时，右侧圆环在A 点产生的场强为零，则A 处场强只由左侧圆环上的电荷产生，即场强表达式只有一项，故可排除选项D ；

左右两个圆环均带正电，则两个圆环在A 点产生的场强应该反向，故可排除B ，综上所述，可知A 正确．故选A ．

10．在雷雨云下沿竖直方向的电场强度为410V/m ，已知一半径为1mm 的雨滴在此电场中不会下落，取重力加速度大小为10m/2s ,水的密度为310kg/3m ．这雨滴携带的电荷量的最小值约为 A ．2?910-C B ．4?910-C

C ．6?910-C

D ．8?910-C

【答案】B 【解析】【详解】

带电雨滴在电场力和重力作用下保持静止，根据平衡条件电场力和重力必然等大反向

mg qE =

m V ρ=

V r π=

解得：

9410q C -?＝

ACD 、与计算不符，ACD 错误； B 、与计算结果相符，B 正确【点睛】

本题关键在于电场力和重力平衡，要求熟悉电场力公式和二力平衡条件；要使雨滴不下落，电场力最小要等于重力．

11．如图所示，小球A 、B 质量均为m ，初始带电荷量均为＋q ，都用长为L 的绝缘细线挂在绝缘的竖直墙上O 点，A 球紧靠绝缘的墙壁且其悬线刚好竖直，球B 悬线偏离竖直方向θ角而静止．如果保持B 球的电荷量不变，使小球A 的电荷量缓慢减小，当两球间距缓慢变为原来的

时，下列判断正确的是( )

A ．小球

B 受到细线的拉力增大 B ．小球B 受到细线的拉力变小

C ．两球之间的库仑力大小不变

D ．小球A 的电荷量减小为原来的

127

【答案】D 【解析】【详解】

AB.小球B 受力如图所示，两绝缘线的长度都是L ，则△OAB 是等腰三角形，如果保持B 球的电量不变，使A 球的电量缓慢减小，当两球间距缓慢变为原来的

时，θ变小，F 减小；线的拉力T 与重力G 相等，G =T ，即小球B 受到细线的拉力不变；对物体A ：

cos()22

A A T G F πθ

=+-

则θ变小，T A 变小；故AB 错误；

CD.小球静止处于平衡状态，当两球间距缓慢变为原来的1/3时，由比例关系可知，库仑力变为原来的1/3，因保持B 球的电量不变，使A 球的电量缓慢减小，由库仑定律

A B

Q Q F k

= 解得：球A 的电量减小为原来的

，故C 错误，D 正确；

12．一均匀带负电的半球壳，球心为O 点，AB 为其对称轴，平面L 垂直AB 把半球壳分为左右两部分，L 与AB 相交于M 点，对称轴AB 上的N 点和M 点关于O 点对称，已知一均匀带电球壳内部任一点的电场强度为零；取无穷远处电势为零，点电荷q 在距离其为r 处的电势为φ=k

（q 的正负对应φ的正负）。假设左侧部分在M 点的电场强度为E 1，电势为φ1；右侧部分在M 点的电场强度为E 2，电势为φ2；整个半球壳在M 点的电场强度为E 3，在N 点的电场强度为E 4．下列说法正确的是（）

A ．若左右两部分的表面积相等，有12E E >，12??>

B ．若左右两部分的表面积相等，有12E E <，12??<

C ．不论左右两部分的表面积是否相等，总有12E E >，34E E =

D ．只有左右两部分的表面积相等，才有12

E E >，34E E = 【答案】C 【解析】【详解】

A 、设想将右侧半球补充完整，右侧半球在M 点的电场强度向右，因完整均匀带电球壳内部任一点的电场强度为零，可推知左侧半球在M 点的电场强度方向向左，根据对称性和矢量叠加原则可知，E 1方向水平向左，E 2方向水平向右，左侧部分在M 点产生的场强比右侧电荷在M 点产生的场强大，E 1＞E 2，根据几何关系可知，分割后的右侧部分各点到M 点的距离均大于左侧部分各点到M 点的距离，根据k q

?=，且球面带负电，q 为负，得：φ1＜φ2，故AB 错误；

C 、E 1＞E 2与左右两个部分的表面积是否相等无关，完整的均匀带电球壳内部任一点的电场强度为零，根据对称性可知，左右半球壳在M 、N 点的电场强度大小都相等，故左半球壳在M 、N 点的电场强度大小相等，方向相同，故C 正确，

D 错误。

二、第十章静电场中的能量选择题易错题培优（难）

13．一带电粒子在电场中仅受静电力作用，做初速度为零的直线运动，取该直线为x 轴，起始点O 为坐标原点，其电势能p E 与位移x 的关系如图所示，下列图象中合理的是( )

A ．

B ．

C ．

D ．

【答案】D 【解析】【分析】【详解】

粒子仅受电场力作用，做初速度为零的加速直线运动，电场力做功等于电势能的减小量，故：

E F x

? 即p E x -图象上某点的切线的斜率表示电场力；

A.p E x - 图象上某点的切线的斜率表示电场力，故电场力逐渐减小，根据

F E q

故电场强度也逐渐减小，故A 错误； B.根据动能定理，有：

k F x E ??=?

故k E x -图线上某点切线的斜率表示电场力；由于电场力逐渐减小，与B 图矛盾，故B 错误；

C.按照C 图，速度随着位移均匀增加，根据公式

02v v ax -=

匀变速直线运动的2x v ﹣图象是直线，题图v x -图象是直线；相同位移速度增加量相等，又是加速运动，故增加相等的速度需要的时间逐渐减小，故加速度逐渐增加；而电场力减小导致加速度减小；故矛盾，故C 错误； D.粒子做加速度减小的加速运动，故D 正确．

14．如图所示，真空中有一个边长为L 的正方体，正方体的两个顶点M 、N 处分别放置电荷量都为q 的正、负点电荷．图中的a 、b 、c 、d 是其他的四个顶点，k 为静电力常量．下列表述正确是（）

A ．a 、b 两点电场强度大小相等，方向不同

B ．a 点电势高于b 点电势

C ．把点电荷+Q 从c 移到d ，电势能增加

D ．同一个试探电荷从c 移到b 和从b 移到d ，电场力做功相同【答案】D 【解析】

A 、根据电场线分布知，a 、b 两点的电场强度大小相等，方向相同，则电场强度相同．故A 错误．

B 、ab 两点处于等量异种电荷的垂直平分面上，该面是一等势面，所以a 、b 的电势相等．故B 错误．

C 、根据等量异种电荷电场线的特点，因为沿着电场线方向电势逐渐降低，则c 点的电势大于d 点的电势．把点电荷+Q 从c 移到d ，电场力做正功，电势能减小，故C 错误．

D 、因cb bd U U 可知同一电荷移动，电场力做功相等，则D 正确．故选D ．

【点睛】解决本题的关键知道等量异种电荷周围电场线的分布，知道垂直平分线为等势线，沿着电场线方向电势逐渐降低．

15．空间某一静电场的电势φ在x 轴上分布如图所示，x 轴上两点B 、C 点电场强度在x 方向上的分量分别是E Bx 、E cx ，下列说法中正确的有

A ．

B 、

C 两点的电场强度大小E Bx ＜E cx B ．E Bx 的方向沿x 轴正方向

C ．电荷在O 点受到的电场力在x 方向上的分量最大

D ．负电荷沿x 轴从B 移到C 的过程中，电场力先做正功，后做负功【答案】D 【解析】【分析】

本题的入手点在于如何判断E Bx 和E Cx 的大小，由图象可知在x 轴上各点的电场强度在x 方向的分量不相同，如果在x 方向上取极小的一段，可以把此段看做是匀强电场，用匀强电场的处理方法思考，从而得到结论，此方法为微元法．【详解】

A 、在

B 点和

C 点附近分别取很小的一段d ，由题图得，B 点段对应的电势差大于C 点段对应的电势差，将电场看做匀强电场，有E d

，可见E Bx >E Cx ，A 项错误．C 、同理可知O 点的斜率最小，即场强最小，电荷在该点受到的电场力最小，C 项错误．B 、沿电场线方向电势降低，在O 点左侧，E Bx 的方向沿x 轴负方向，在O 点右侧，E Cx 的方向沿x 轴正方向，B 项错误．D 、负电荷沿x 轴从B 移到C 的过程中，电场力先向右后向左，电场力先做正功，后做负功，D 项正确．故选D ．【点睛】挖掘出x φ-

图象两大重要性质：图象的斜率反映电场强度的大小，图象中?降低的方向

反映场强沿x 轴的方向．

16．如图甲所示，平行金属板A 、B 正对竖直放置，C 、D 为两板中线上的两点。A 、B 板间不加电压时，一带电小球从C 点无初速释放，经时间T 到达D 点，此时速度为v 0；在A 、B 两板间加上如图乙所示的交变电压，t =0带电小球仍从C 点无初速释放，小球运动过程中未接触极板，则t =T 时，小球（）

A ．在D 点上方

B ．恰好到达D 点

C ．速度大于v

D ．速度小于v

【答案】B 【解析】【分析】【详解】

小球仅受重力作用时从C 到D 做自由落体运动，由速度公式得0v gT =，现加水平方向的周期性变化的电场，由运动的独立性知竖直方向还是做匀加速直线运动，水平方向0~4

沿电场力方向做匀加速直线运动，

~42

T T

做匀减速直线运动刚好水平速度减为零，3~24

T T 做反向的匀加速直线运动，3~4T

T 做反向的匀减速直线运动水平速度由对称性减

为零，故t =T 时合速度为v 0，水平位移为零，则刚好到达D 点，故选B 。【点睛】

平行板电容器两极板带电后形成匀强电场，带电离子在电场中受到电场力和重力的作用，根据牛顿第二定律求出加速度，根据分运动和合运动的关系分析即可求解。

17．如右图所示，P 、Q 为两个等量的异种电荷，以靠近P 点的O 点为原点，沿两电荷的连线建立x 轴，沿直线向右为x 轴正方向，一带正电的粒子从O 点由静止开始在电场力作用下运动到A 点，已知A 点与O 点关于PQ 两电荷连线的中点对称，粒子的重力忽略不计，在从O 到A 的运动过程中，下列关于粒子的运动速度v 和加速度a 随时间t 的变化，粒子的动能E k 和运动径迹上电势φ随位移x 的变化图线肯定错误的是（）

A ．A

B ．B

C ．C

D ．D

【答案】ABD 【解析】【详解】

等量异种电荷的电场线如图所示．

沿两点电荷连线从O 到A ，电场强度先变小后变大，一带正电的粒子从O 点由静止开始在电场力作用下运动到A 点的过程中，电场力一直做正功，粒子的速度一直在增大．电场力先变小后变大，则加速度先变小后变大．v-t 图象切线的斜率先变小后变大，该图是不可能的，故A 符合题意．根据沿着电场线方向电势逐渐降低，电场强度为E x

，E 先减小

后增大，所以φ-x 图象切线的斜率先减小后增大，则B 图不可能，故B 符合题意；加速度先变小后变大，方向不变，C 图是可能的，故C 不符合题意．粒子的动能 E k =qEx ，电场强度先变小后变大，则E k -x 切线的斜率先变小后变大，则D 图不可能．故D 符合题意．则选ABD ．【点睛】

该题要掌握等量异种电荷的电场线的特点，结合物理规律分析图象切线斜率如何变化是解答的关键，不能只定性分析，那样会认为BD 是正确的．

18．如图，竖直向上的匀强电场中，绝缘轻质弹簧竖直立于水平地面上，上面放一质量为m 的带正电小球，小球与弹簧不连接，施加外力F 将小球向下压至某位置静止．现撤去

F ，使小球沿竖直方向运动，在小球由静止到离开弹簧的过程中，重力、电场力对小球所做的功分别为W 1和W 2，小球离开弹簧时的速度为v ，不计空气阻力，则上述过程中

A ．小球的重力势能增加－W 1

B ．弹簧对小球做的功为

12mv 2

-W 2-W 1 C ．小球的机械能增加W 1＋

mv 2 D ．小球与弹簧组成的系统机械能守恒【答案】AB 【解析】

A 、重力对小球做功为W 1，重力势能增加-W 1；故A 正确．

B 、电场力做了W 2的正功，则电势能减小W 2；故B 正确．

C 、根据动能定理得，2

121=

W W W mv ++弹，因为除重力以外其它力做功等于小球机械能的增量，则机械能的增量为2

211=

W W mv W +-弹；故C 错误．D 、对小球和弹簧组成的系统，由于有电场力做功，则系统机械能不守恒．故D 错误．故选AB ．

【点睛】解决本题的关键掌握功能关系，知道重力做功等于重力势能的减小量，电场力做功等于电势能的减小量，除重力以外其它力做功等于机械能的增量．

19．在竖直平面内有水平向右、电场强度为E =1×104 N/C 的匀强电场，在场中有一个半径为R =2 m 的光滑圆环，环内有两根光滑的弦AB 和AC ，A 点所在的半径与竖直直径BC 成

37?角，质量为0.04 kg 的带电小球由静止从A 点释放，沿弦AB 和AC 到达圆周的时间相

同．现去掉弦AB 和AC ，给小球一个初速度让小球恰能在竖直平面沿环内做圆周运动，取小球圆周运动的最低点为电势能和重力势能的零点，（cos370.8?=，g =10 m/s 2）下列说法正确的是（）

A ．小球所带电量为q =3.6×10－5 C

B．小球做圆周过程中动能最小值是0.5 J

C．小球做圆周运动从B到A的过程中机械能逐渐减小

D．小球做圆周运动的过程中对环的最大压力是3.0N

【答案】BCD

【解析】

【分析】

【详解】

解法一：

A．如图所示，令弦AC与直径BC的夹角为∠1，弦AB与水面夹角为∠2，由几何知识可得，

1=18.5

∠=?，21=18.5

∠=∠?

对沿弦AB带电小球进行受力分析，小球沿着弦AB向上运动，则小球电场力向右，故小球带正电，小球受到水平向右电场力，竖直向下的重力，垂直弦AB向上的支持力，则沿弦AB上有：

cos18.5sin18.5

qE mg ma

?-?=…………①

同理对沿弦AC的小球受力分析，沿弦AB方向有：

sin18.5cos18.5

qE mg ma

?+?=…………②

设小球从A点释放，沿弦AB和AC到达圆周的时间为t,则：

2sin18.5

R a t

?=…………③

2cos18.5

R a t

?=…………④

由③/④可得，

sin18.5

cos18.5

?…………⑤

联立①②⑤可得，

cos18.5sin18.5sin18.5

sin18.5cos18.5cos18.5

qE mg

?-??

?+??

…………⑥

化简可得，

(cos18.5sin18.5)2sin18.5cos18.5

qE mg

?-?=??…………⑦

即cos37sin 37qE mg ?=?…………⑧ 则54

tan 370.04100.75

C 310C 110

mg q E -???=

==??…………⑨ 故A 错误．

B ．小球恰能在竖直平面沿环内做圆周运动，小球受到水平方向的电场力，竖直向下的重力和沿半径指向圆心的支持力，电场力和重力的合力为：

()()

10.5N F qE mg =

+=，方向与竖直方向夹角为37°…………⑩

延长半径AO 交圆与D 点．小球在A 点可以不受轨道的弹力，重力和电场力的合力提供向心力，此时小球速度最小：

min 1mv F R

=…………? 可得小球的最小动能

2k min 111

0.5J 22

E mv

F R =

== …………? 故B 正确．

C ．小球从做圆周运动从B 到A 的过程中电场力做负功，则小球机械能减小，故C 正确．

D ．由B 得分析可知，小球在D 点时，对圆环的压力最大，设此时圆环对小球的支持力为

max 21mv F F R

-=…………? 从A 到D ，由动能定理可得：

22max min 11

2sin 37+2cos3722

qE R mg R mv mv ????=

-…………? 联立??可得，23N F =

由牛顿第三定律可得，小球对圆环的最大压力为：

22'3N F F ==

故D 正确．解法二：

A. 由题知，小球在复合场中运动，由静止从A 点释放，沿弦AB 和AC 到达圆周的时间相同，则A 点可以认为是等效圆周的最高点，沿直径与之对应圆周上的点可以认为是等效圆周的最低点，对小球进行受力分析，小球应带正电，如图所示，可得

mg tan37?=qE

解得小球的带电量为

0.4tan 37

4310C 10

mg q E ?

==? 故A 错误；

B. 小球做圆周过程中由于重力和电场力都是恒力，所以它们的合力也是恒力，小球的动能、重力势能和电势能之和保持不变，在圆上各点中，小球在等效最高点A 的势能（重力势能和电势能之和）最大，则其动能最小，由于小球恰能在竖直平面沿环内做圆周运动，根据牛顿第二定律，在A 点其合力作为小球做圆周运动的向心力

cos37mg ?

=m 2

v R

小球做圆周过程中动能最小值

E kmin =

2mv A 2=2cos37mgR ?=0.0410220.8

???J=0.5J 故B 正确；

C.由于总能量保持不变，小球从B 到A 过程中电场力做负功，电势能增大，小球的机械能逐渐减小，故C 正确；

D.将重力与电场力等效成新的“重力场”，新“重力场”方向与竖直方向成37?，等效重力

‘=

cos37mg G ?，等效重力加速度为cos37g

g ?

='，小球恰好能做圆周运动，在等效最高点A

点速度为A v g R =

'v ，由动能定理得

A 11·222

G R mv mv -'=

在等效最低点，由牛顿第二定律

N v F G m R

-='

联立解得小球在等效最低点受到的支持力

N 3.0N F =

根据牛顿第三定律知，小球做圆周运动的过程中对环的最大压力大小也为3.0N ，故D 正确．

20．真空中，点电荷的电场中某点的电势

?=，其中r为该点到点电荷的距离；在x轴上沿正方向依次放两个点电荷Q1和Q2；x轴正半轴上各点的电势φ随x的变化关系如图所示；纵轴为图线的一条渐近线，x0和x1为已知，则

A．不能确定两点荷的电性

B．不能确定两个电荷电量的比值

C．能确定两点荷的位置坐标

D．能确定x轴上电场强度最小处的位置坐标

【答案】CD

【解析】

【分析】

【详解】

A．若取无穷远处电势为零，正电荷空间各点电势为正，负电荷空间各点电势为负，而有图象可知0

x x

=处电势为零，也就是空间中存在的两个点电荷肯定是一正一负，A错误；BCD．根据图线，离O点很近时，0

?>，且随x减小趋向于无穷大，故正电荷应该在坐标原点O处，设其电荷量为1

Q，当x由0增大时，电势并没有出现无穷大，即没有经过负的点电荷，说明负电荷必定在O点左侧某a处，且设其电荷量为2

Q，则

Q Q

>，

又根据图线0

x x

=处电势为零，有

Q Q

k k

x x a

+，

又由图线斜率可知，在1x处场强最小，为零，且有

()

Q Q

k k

x x a

+，

由这两个方程可解出a及1

Q，故两个电荷位置坐标及电荷量的比值可求出，B错误，CD

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