1、静电场 电势能与电势差一、选择题(本大题共8小题,每小题7分,共56分。每小题只有一个选项正确)1.关于电场力与洛伦兹力,以下说法正确的是()A.电荷只要处在电场中,就会受到电场力,而电荷静止在磁场中,也可能受到洛伦兹力B.电场力对在电场中的电荷一定会做功,而洛伦兹力对在磁场中的电荷却不会做功C.电场力与洛伦兹力一样,受力方向都在电场线和磁感线上D.只有运动的电荷在磁场中才可能会受到洛伦兹力的作用【解析】选D。静止在磁场中的电荷不可能受到洛伦兹力,A错;尽管电场力对电荷可以做功,但如果电荷在电场中不动或沿等势面移动,电场力做功为零,B错;洛伦兹力的方向与磁感线垂直,与运动方向垂直,C错;只有D
2、是正确的。2. (2014福州模拟)如图是“探究影响通电导体在磁场中受力因素”的实验示意图。三块相同马蹄形磁铁并列放置在水平桌面上,导体棒用图中1、2、3、4轻而柔软的细导线悬挂起来,它们之中的任意两根与导体棒和电源构成回路。认为导体棒所在位置附近为匀强磁场,最初导线1、4接在直流电源上,电源没有在图中画出。关于接通电源时可能出现的实验现象,下列叙述正确的是()A.改变电流方向同时改变磁场方向,导体棒摆动方向将会改变B.仅改变电流方向或者仅改变磁场方向,导体棒摆动方向一定改变C.增大电流同时改变接入导体棒上的细导线,接通电源时,导体棒摆动幅度一定增大D.仅拿掉中间的磁铁,导体棒摆动幅度不变【解
3、析】选B。改变电流方向同时改变磁场方向,导体棒摆动方向不会改变,选项A错误。仅改变电流方向或者仅改变磁场方向,导体棒摆动方向一定改变,选项B正确。增大电流同时改变接入导体棒上的细导线,接通电源时,导体棒摆动幅度不一定增大,选项C错误。仅拿掉中间的磁铁,导体棒所受安培力减小,摆动幅度减小,选项D错误。3.下列说法中正确的是()A.金属的电阻率一般随温度变化而变化B.导体材料的电阻率与其粗细长短有关C.一般金属的电阻率都随温度升高而减小D.测电阻率时为了提高精度,通过导线的电流要足够大,而且要等到稳定一段时间后才可读数【解析】选A。电阻率是反映材料导电性好坏的物理量。电阻率与导体的粗细长短无关,但
4、受温度的影响较明显,金属材料的电阻率随温度的升高而增大,故B、C错,A对。D项中电流大时产热多,使金属的电阻率的测量误差较大,所以D错。4.半径为r的圆形空间内,存在着垂直于纸面向里的匀强磁场,一个带电粒子(不计重力)从A点以速度v0垂直于磁场方向射入磁场中,并从B点射出。AOB=120,如图所示,则该带电粒子在磁场中运动的时间为()A.B.C.D.【解析】选D。如图所示,由AOB=120可知,弧AB所对圆心角=60,设带电粒子做匀速圆周运动的半径为R。由几何知识知R=r,t=,故D正确。5.(2014三明模拟)物体导电是由其中的自由电荷定向移动引起的,这些可以移动的自由电荷又叫载流子。金属导
5、体的载流子是自由电子,现代广泛应用的半导体材料分为两大类:一类是N型半导体,它的载流子为电子;另一类是P型半导体,它的载流子为“空穴”,相当于带正电的粒子,如果把某种材料制成的长方体放在匀强磁场中,磁场方向如图所示,且与前后侧面垂直,长方体中通有方向水平向右的电流,设长方体的上下表面M、N的电势分别为M和N,则下列判断中正确的是()A.如果是P型半导体,有MNB.如果是N型半导体,有MNC.如果是P型半导体,有MND.如果是金属导体,有MN【解析】选C。如果是P型半导体,由左手定则可知,“空穴”向下表面N偏转,有MN选项B错误;如果是金属导体,导电定向移动的是自由电子,由左手定则可知,电子向下
6、表面N偏转,有MN选项D错误。6.如图所示电路,其中R为一热敏电阻(温度升高时,阻值减小),C为电容器,R1、R2为两个电阻箱。闭合电键,当环境温度升高时,以下说法正确的是()A.电容器的带电荷量减少B.减小电阻箱R1的阻值,可使电容器的带电荷量保持不变C.减小电阻箱R2的阻值,可使电容器的带电荷量保持不变D.增加电阻箱R2的阻值,可使电容器的带电荷量保持不变【解析】选C。当温度升高时,热敏电阻阻值减小使得干路电流增加,R2上分压增大,电容器两端电压增大,电容器带电荷量增大,故A错。若保持电容器带电荷量不增加,应保持R2两端电压不变,调节R1阻值不起作用,B错。只有使R2阻值减小,C对,D错。
7、【总结提升】含容电路的分析方法在直流电路中,当电容器充放电时,电路里有充放电电流,一旦电路达到稳定状态,电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件,在电容器处电路看作是断路,简化电路时可去掉它。分析和计算含有电容器的直流电路时,需注意以下几点:(1)电容器两极板间的电压等于该支路两端的电压。(2)当电容器和用电器并联后接入电路时,电容器两极板间的电压与其并联用电器两端的电压相等。(3)电路的电流、电压变化时,将会引起电容器的充(放)电。(4)如果变化前后极板带电的电性相同,那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器的电荷量之差;如果变化前后极板带电的电性改变,那么通过每根引线的电荷量等于始末状
8、态电容器的电荷量之和。7.如图所示,在竖直向下的匀强磁场中,有两根竖直放置的平行导轨AB、CD。导轨上放有质量为m的金属棒MN,棒与导轨间的动摩擦因数为。现从t=0时刻起,给棒通以图示方向的电流,且电流强度与时间成正比,即I=kt,其中k为恒量。若金属棒与导轨始终垂直,则在下列图所示的表示棒所受的摩擦力随时间变化的四幅图中,正确的是()【解题指南】解答本题应把握以下三点:(1)金属棒先加速下滑、后减速下滑、最后静止不动。(2)棒先受滑动摩擦力、最后受静摩擦力作用。(3)根据摩擦力与棒重力的大小关系来判断。【解析】选C。当金属棒所受摩擦力Ff=BIL=BLktmg时,棒沿导轨向下减速;在棒停止运
9、动之前,所受摩擦力为滑动摩擦力,大小为Ff=BLkt;在棒停止运动之后,所受摩擦力为静摩擦力,大小为Ff=mg,故C正确。【变式备选】如图所示,表面粗糙的足够长斜面固定于地面上,并处于方向垂直纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场中。质量为m、带电量为+Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑,在滑块下滑的过程中,下列判断正确的是()A.滑块受到的摩擦力不变B.滑块到达地面时的动能与B的大小无关C.滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向上D.B很大时,滑块可能静止于斜面上【解析】选C。滑块受重力、支持力、垂直于斜面向上的洛伦兹力和沿斜面向上的摩擦力四个力的作用。初始时刻洛伦兹力为0,滑块在重力和摩擦力的作用下沿斜
10、面向下运动,随着速度v的增大,洛伦兹力qvB增大,滑块受到的弹力减小,引起摩擦力减小,当qvB=mgcos时,滑块开始离开斜面。综上所述,选项C正确。8. (2014福州模拟)如图所示,有一倾角为30的光滑斜面,匀强磁场垂直斜面,匀强电场沿斜面向上并垂直斜面底边。一质量为m、带电荷量为q的小球,以速度v在斜面上做半径为R的匀速圆周运动。则()A.小球带负电B.匀强磁场的磁感应强度大小B=C.匀强电场的场强大小为E=D.小球在运动过程中机械能守恒【解析】选B。小球做匀速圆周运动,必有Eq=mgsin30,E=,小球带正电,A、C均错误;由Bvq=m可得:B=,B正确;因小球在运动过程中动能不变,
11、重力势能是改变的,故其机械能不守恒,D错误。【总结提升】复合场中粒子重力是否考虑的三种情况(1)对于微观粒子,如电子、质子、离子等,因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小,可以忽略;而对于一些实际物体,如带电小球、液滴、金属块等一般应当考虑其重力。(2)在题目中有明确说明是否要考虑重力的,这种情况按题目要求处理即可。(3)不能直接判断是否要考虑重力的,在进行受力分析与运动分析时,要结合运动状态,确定是否要考虑重力。二、实验题(本大题共2小题,共15分)9.(6分)有一个额定电压为2.8 V,功率约为0.8 W的小灯泡,现要用伏安法描绘这个灯泡的I-U图线,有下列器材供选用:A.电压表(0
12、3 V,内阻约为6 k)B.电压表(015 V,内阻约为30 k)C.电流表(03 A,内阻约为0.1)D.电流表(00.6 A,内阻约为0.5)E.滑动变阻器(10,5 A)F.滑动变阻器(200,0.5 A)G.蓄电池(电动势6 V,内阻不计)(1)用如图所示的电路进行测量,电压表应选用_,电流表应选用_,滑动变阻器应选用_。(用序号字母表示)(2)通过实验测得此灯泡的伏安特性曲线如图所示。由图线可求得此灯泡在正常工作时的电阻为_。【解析】小灯泡的额定电压为2.8 V,故电压表选用03 V量程;功率约为0.8 W,故小灯泡的电流约为0.3 A,电流表选用00.6 A量程;滑动变阻器一般选择
13、小的便于调节。根据图线的横坐标电压2.8 V对应的纵坐标电流为0.28 A,根据欧姆定律得电阻为10。答案:(1)ADE(2)1010.(9分)某同学用如图甲所示的电路测量电源的电动势和内阻,其中R是电阻箱,R0是定值电阻,且R0=3000,G是理想电流计。改变R的阻值分别读出电流计的读数,作出-图像如图乙所示,则电源的电动势是_,内阻是_。【解题指南】解答本题应关注以下两点:(1)根据闭合电路欧姆定律写出关于-的函数关系式。(2)利用图像的斜率和截距求E、r。【解析】根据闭合电路欧姆定律E=U外+U内得E=IR0+(+I)r=-(R0+r)得=-结合图像得=,=1故r=1,E=3V。答案:3
14、V1三、计算题(本大题共2小题,共29分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)11.(2014漳州模拟)(14分)如图所示,在真空室中平面直角坐标系的y轴竖直向上,x轴上的P点与Q点关于坐标原点O对称,PQ间的距离d=30cm。坐标系所在空间存在一匀强电场,场强的大小E=1.0N/C。一带电油滴在xOy平面内,从P点与x轴成30的夹角射出,该油滴将做匀速直线运动,已知油滴的速度v=2.0m/s,所带电荷量q=1.010-7C,重力加速度g取10m/s2。(1)求油滴的质量m。(2)若在空间叠加一个垂直于xOy平面的圆形有界匀强磁场,使油滴通过Q点,且其运动轨迹关于y轴对称。已
15、知磁场的磁感应强度大小为B=2.0T,求:油滴在磁场中运动的时间t;圆形磁场区域的最小面积S。【解析】(1)对带电油滴进行受力分析,根据牛顿运动定律有qE-mg=0(2分)所以m=1.010-8kg(1分)(2)带电油滴进入匀强磁场,其轨迹如图所示,设其做匀速圆周运动的半径为R、运动周期为T,根据牛顿第二定律qvB=(2分)得R=0.10m(1分)所以T=s(1分)设带电油滴从M点进入磁场,从N点射出磁场,由于油滴的运动轨迹关于y轴对称,根据几何关系可知MON=60,所以,带电油滴在磁场中运动的时间t=s。(2分)连接MN,当MN为圆形磁场的直径时,圆形磁场面积最小,如图所示。根据几何关系得圆
16、形磁场的半径r=Rsin30=0.05 m(3分)其面积为S=r2=0.0025m27.910-3m2(2分)答案:(1)1.010-8kg(2)s7.910-3m212.(2013安徽高考)(15分)如图所示的平面直角坐标系xOy,在第象限内有平行于y轴的匀强电场,方向沿y轴正方向;在第象限的正三角形abc区域内有匀强磁场,方向垂直于xOy平面向里,正三角形边长为L,且ab边与y轴平行。一质量为m、电荷量为q的粒子,从y轴上的P(0,h)点,以大小为v0的速度沿x轴正方向射入电场,通过电场后从x轴上的a(2h,0)点进入第象限,又经过磁场从y轴上的某点进入第象限,且速度与y轴负方向成45角,
17、不计粒子所受的重力。求:(1)电场强度E的大小;(2)粒子到达a点时速度的大小和方向;(3)abc区域内磁场的磁感应强度B的最小值。【解析】(1)设粒子在电场中的运动时间为t,则有x=v0t=2hy=at2=h(2分)qE=ma(1分)联立以上三式可得E=(2分)(2)粒子到达a点时,沿负y方向的分速度vy=at=v0(2分)粒子到达a点时速度的大小v=v0,方向指向第象限,与x轴正方向成45角。(2分)(3)粒子在磁场中运动时,洛伦兹力提供向心力qvB=m(2分)当粒子从b点射出时,磁场的磁感应强度为最小值,此时有r=L,(2分)所以磁感应强度B的最小值B=(2分)答案:(1)(2)v0方向指向第象限,与x轴正方向成45角(3)版权所有：高考资源网()