（全國通用）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第七章 微專題53 電場(chǎng)中的圖像問題加練半小時(shí)（含解析）

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1、電場(chǎng)中的圖像問題 [方法點(diǎn)撥]　在圖象問題中，一般從圖象的“點(diǎn)、線、面、斜”四個(gè)方向理解.φ－x圖象中斜率表示場(chǎng)強(qiáng)；E－x圖象中面積表示電勢(shì)差. 1.(多選)沿電場(chǎng)中某條直線電場(chǎng)線方向建立x軸，該電場(chǎng)線上各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度E隨x的變化規(guī)律如圖1所示，坐標(biāo)點(diǎn)O、x1、x2和x3分別與x軸上O、A、B、C四點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，相鄰兩點(diǎn)間距相等.一個(gè)帶正電的粒子從O點(diǎn)由靜止釋放，運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)的動(dòng)能為Ek，僅考慮電場(chǎng)力作用，則(　　) 圖1 A.從O點(diǎn)到C點(diǎn)，電勢(shì)先升高后降低 B.粒子先做勻加速運(yùn)動(dòng)，后做變加速運(yùn)動(dòng) C.粒子在AB段電勢(shì)能變化量大于BC段的電勢(shì)能變化量 D.粒子運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)動(dòng)能小于3E

2、k 2.(多選)(2018·四川省成都市模擬)如圖2所示，粗糙絕緣的水平面附近存在一個(gè)平行于水平面的電場(chǎng)，其中某一區(qū)域的電場(chǎng)線與x軸平行，在x軸上的電勢(shì)φ與坐標(biāo)x的關(guān)系用圖中曲線表示，圖中斜線為該曲線過點(diǎn)(0.15,3)的切線.現(xiàn)有一個(gè)質(zhì)量為0.20kg、電荷量為＋2.0×10－8C的滑塊P(可看做質(zhì)點(diǎn))，從x＝0.10m處由靜止釋放，其與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.02.取重力加速度g＝10m/s2.則下列說法正確的是(　　) 圖2 A.x＝0.15m處的場(chǎng)強(qiáng)大小為2.0×106N/C B.滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度逐漸減小 C.滑塊運(yùn)動(dòng)的最大速度為0.1m/s D.滑塊最終在0.3

3、m處停下 3.(多選)(2018·北京市海淀區(qū)統(tǒng)考)如圖3甲所示，在某電場(chǎng)中建立x坐標(biāo)軸，一個(gè)電子僅在電場(chǎng)力作用下沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過A、B、C三點(diǎn)，已知xC－xB＝xB－xA.該電子的電勢(shì)能Ep隨坐標(biāo)x變化的關(guān)系如圖乙所示.則下列說法中正確的是(　　) 圖3 A.A點(diǎn)電勢(shì)低于B點(diǎn)電勢(shì) B.A點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度小于B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度 C.A、B兩點(diǎn)電勢(shì)差UAB等于B、C兩點(diǎn)電勢(shì)差UBC D.電子經(jīng)過A點(diǎn)的速率小于經(jīng)過B點(diǎn)的速率 4.在真空中的x軸上的原點(diǎn)處和x＝6a處分別固定一個(gè)點(diǎn)電荷M、N(圖中未標(biāo)出)，在x＝2a處由靜止釋放一個(gè)正點(diǎn)電荷P，假設(shè)點(diǎn)電荷P只在電場(chǎng)力作用下沿x軸方向運(yùn)動(dòng)

4、，得到點(diǎn)電荷P速度大小與其在x軸上的位置關(guān)系如圖4所示，則下列說法正確的是(　　) 圖4 A.點(diǎn)電荷M、N一定都是負(fù)電荷 B.點(diǎn)電荷P的電勢(shì)能一定是先增大后減小 C.點(diǎn)電荷M、N所帶電荷量的絕對(duì)值之比為2∶1 D.x＝4a處的電場(chǎng)強(qiáng)度一定為零 5.(多選)如圖5所示，在真空中固定有兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷，A、B、C、D是兩點(diǎn)電荷連線上的四個(gè)點(diǎn)，已知A、C兩點(diǎn)到正點(diǎn)電荷的距離與B、D兩點(diǎn)到負(fù)點(diǎn)電荷的距離均為L，O點(diǎn)是C、D兩點(diǎn)連線的中點(diǎn)，E、F是C、D兩點(diǎn)連線的中垂線上關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱的兩點(diǎn)，則下列說法正確的是(　　) 圖5 A.A、B兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同，電勢(shì)不相等 B.C、D

5、兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不同，電勢(shì)相等 C.將正試探電荷從C點(diǎn)沿直線CE移到E點(diǎn)的過程中，電場(chǎng)力對(duì)電荷做正功 D.一個(gè)負(fù)試探電荷在C點(diǎn)的電勢(shì)能大于它在F點(diǎn)的電勢(shì)能 6.(2018·廣東省茂名市模擬)真空中有一半徑為r0的帶電金屬球殼，若取無窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零，通過其球心的一直線上各點(diǎn)的電勢(shì)φ分布規(guī)律可用圖6中曲線表示，r表示該直線上某點(diǎn)到球心的距離，r1、r2分別是該直線上A、B兩點(diǎn)離球心的距離.下列說法中正確的是(　　) 圖6 A.該球殼帶負(fù)電 B.A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度 C.若r2－r1＝r1－r0，則φA－φB＝φ0－φA D.將電子沿直線從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場(chǎng)力做正功

6、7.(多選)(2018·福建省龍巖市期末)一帶正電的粒子只在電場(chǎng)力作用下沿x軸正向運(yùn)動(dòng)，其電勢(shì)能Ep隨位移x變化的關(guān)系如圖7所示，其中0～x2區(qū)間是關(guān)于直線x＝x1對(duì)稱的曲線，x2～x3區(qū)間是直線，在0、x1、x2、x3處電勢(shì)分別為φ0、φ1、φ2、φ3，則下列說法正確的是(　　) 圖7 A.x1處電場(chǎng)強(qiáng)度大小為零 B.φ3＞φ2＝φ0＞φ1 C.φ3＜φ2＝φ0＜φ1 D.粒子在0～x2段做勻變速運(yùn)動(dòng)，x2～x3段做勻速直線運(yùn)動(dòng) 8.(2019·河北省邯鄲市質(zhì)檢)一帶負(fù)電的粒子只在電場(chǎng)力作用下沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)能Ek隨位移x變化的關(guān)系圖象如圖8所示，則下列說法正確的是(　

7、　) 圖8 A.x1處電場(chǎng)強(qiáng)度最小，但不為零 B.粒子在0～x1段做加速運(yùn)動(dòng)，x1～x2段做勻減速運(yùn)動(dòng) C.0～x1之間一定有一處電場(chǎng)強(qiáng)度大小與x2處相同 D.在O、x1、x2、x3處電勢(shì)的關(guān)系為φ0＞φ1＞φ2＞φ3 9.(多選)兩個(gè)等量同種電荷固定于光滑水平面上，其連線中垂線上有A、B、C三點(diǎn)，如圖9甲所示，一個(gè)電荷量為2×10－3C、質(zhì)量為0.1kg的小物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))從C點(diǎn)靜止釋放，其運(yùn)動(dòng)的v－t圖象如圖乙所示，其中B點(diǎn)處為整條圖線切線斜率最大的位置(圖中標(biāo)出了該切線).則下列說法正確的是(　　) 圖9 A.由C到A的過程中物塊的電勢(shì)能先減小后變大 B.B點(diǎn)

8、為中垂線上電場(chǎng)強(qiáng)度最大的點(diǎn)，場(chǎng)強(qiáng)E＝100V/m C.由C點(diǎn)到A點(diǎn)電勢(shì)逐漸降低 D.B、A兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UBA＝5V 10.(2018·安徽省滁州市、鳳陽市三校聯(lián)考)絕緣粗糙的水平面上相距為6L的A、B兩處分別固定電荷量不等的正電荷，兩電荷的位置坐標(biāo)如圖10甲所示，已知A處電荷的電荷量為＋Q.圖乙是A、B連線之間的電勢(shì)φ與位置x之間的關(guān)系圖象，圖中x＝L點(diǎn)對(duì)應(yīng)圖線的最低點(diǎn)，x＝－2L處的縱坐標(biāo)φ＝2φ0，x＝2L處的縱坐標(biāo)φ＝.若在x＝－2L處的C點(diǎn)由靜止釋放一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為＋q的帶電物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))，物塊隨即向右運(yùn)動(dòng)(假設(shè)此帶電物塊不影響原電場(chǎng)分布). 圖10 (1)求

9、固定在B處的電荷的電荷量QB； (2)小物塊與水平地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ為多大，才能使小物塊恰好到達(dá)x＝2L處； (3)若小物塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝，小物塊運(yùn)動(dòng)到何處時(shí)速度最大？ 答案精析 1.CD　[由O點(diǎn)到C點(diǎn)，沿電場(chǎng)線方向，電勢(shì)逐漸降低，則A項(xiàng)錯(cuò)誤；帶正電的粒子所受電場(chǎng)力與速度方向一致，所以粒子一直做加速直線運(yùn)動(dòng)，在0～x1段電場(chǎng)強(qiáng)度逐漸變大，帶電粒子所受電場(chǎng)力逐漸變大，做加速度增大的變加速直線運(yùn)動(dòng)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；E－x圖象中圖線與橫軸圍成的圖形“面積”代表電勢(shì)差，AB段的電勢(shì)差大于BC段的電勢(shì)差，故電場(chǎng)力做功WAB＞W(wǎng)BC，由電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系得，粒子在AB段電勢(shì)

10、能變化量大于BC段的電勢(shì)能變化量，C項(xiàng)正確；由E－x圖象中圖線與橫軸圍成的圖形“面積”代表電勢(shì)差，UOA＝E0x1，UAC＜E0×2x1，得2UOA＞UAC，由動(dòng)能定理qU＝ΔEk，得qUOA＝Ek－0，qUAC＝EkC－Ek，知粒子運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)動(dòng)能小于3Ek，D項(xiàng)正確.] 2.AC　[在φ－x圖象中，某一點(diǎn)切線斜率表示該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，所以x＝0.15m處的場(chǎng)強(qiáng)大小等于題圖中切線的斜率絕對(duì)值，即E＝2.0×106N/C，A項(xiàng)正確；由題圖圖象可知，x軸上場(chǎng)強(qiáng)E隨x增大不斷減小.由牛頓第二定律有：Eq－Ff＝ma，加速度逐漸減小，滑塊做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)qE＝Ff時(shí)，加速度為0，然后加速度

11、反向，由Ff－qE＝ma知加速度反向增大，滑塊做加速度逐漸增大的減速運(yùn)動(dòng)，直至停止，所以滑塊向右滑動(dòng)的過程中，加速度先減小后增大，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由動(dòng)能定理可知，合外力做正功最多時(shí)，滑塊動(dòng)能最大，此時(shí)電場(chǎng)力減小到與摩擦力恰好相等，即Eq＝μmg，解得E＝2.0×106N/C，即x＝0.15m.滑塊由靜止釋放至運(yùn)動(dòng)到x＝0.15m處過程中，q(φ0.10－φ0.15)－μmg(0.15m－0.10m)＝mvm2，代入已知條件解得：vm＝0.1m/s，C項(xiàng)正確；若滑塊可以運(yùn)動(dòng)到0.3m處，則電場(chǎng)力做功6×10－3J，而克服摩擦力需做功Wf＝8×10－3J，所以滑塊不可能運(yùn)動(dòng)到0.3m處，D項(xiàng)錯(cuò)誤.]

12、3.AD　[沿x軸正方向，電勢(shì)能逐漸減小，說明電場(chǎng)力做正功，電場(chǎng)強(qiáng)度的方向沿x軸負(fù)方向，所以A正確；Ee＝，所以A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，B錯(cuò)誤；由于A、B間的電場(chǎng)強(qiáng)度大于B、C間的電場(chǎng)強(qiáng)度，由U＝Ed可知，A、B兩點(diǎn)電勢(shì)差UAB大于B、C兩點(diǎn)電勢(shì)差UBC，C錯(cuò)誤；由A到B電場(chǎng)力做正功，動(dòng)能增大，電子經(jīng)過A點(diǎn)的速率小于經(jīng)過B點(diǎn)的速率，D正確.] 4.D　[根據(jù)題圖可知，點(diǎn)電荷的速度先增大后減小，說明電場(chǎng)力對(duì)點(diǎn)電荷P先做正功，后做負(fù)功，則M、N一定都是正電荷，且點(diǎn)電荷P的電勢(shì)能一定是先減小后增大，所以選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；由于在x＝4a處速度最大，說明點(diǎn)電荷M、N在此處產(chǎn)生的合場(chǎng)強(qiáng)為0，則有

13、＝，所以QM∶QN＝4∶1，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確.] 5.AC　[根據(jù)等量異種點(diǎn)電荷電場(chǎng)線的分布特征可知，A、B兩點(diǎn)所在處的電場(chǎng)線疏密相同，故兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等，方向向左，即A、B兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同，同理，C、D兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同，根據(jù)點(diǎn)電荷周圍區(qū)域的電勢(shì)分布規(guī)律及電勢(shì)疊加規(guī)律(電勢(shì)是標(biāo)量)可知，A、C兩點(diǎn)的電勢(shì)均大于零(取無窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零)，B、D兩點(diǎn)的電勢(shì)均小于零，故φA＞φB，φC＞φD，A項(xiàng)正確，B錯(cuò)誤；將正試探電荷從C點(diǎn)沿直線CE移到E點(diǎn)過程中，合電場(chǎng)力方向與正試探電荷運(yùn)動(dòng)方向成銳角，電場(chǎng)力一定做正功，C正確；φC＞φF，負(fù)試探電荷在電勢(shì)高處的電勢(shì)能小，據(jù)此可知D錯(cuò)誤.] 6.

14、B　[根據(jù)題圖可知，從球殼向外電勢(shì)降低，由于電場(chǎng)線從正電荷出發(fā)終止于負(fù)電荷，沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低，故該球殼帶正電，故A錯(cuò)誤；根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)公式E＝知，圖象斜率大小表示場(chǎng)強(qiáng)大小，則A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，故B正確；因?yàn)閳D象斜率大小表示場(chǎng)強(qiáng)大小，從球殼到A再到B，電場(chǎng)強(qiáng)度逐漸減小，若r2－r1＝r1－r0，則φA－φB＜φ0－φA，故C錯(cuò)誤；電子沿直線從A點(diǎn)移到B點(diǎn)的過程中，電場(chǎng)力方向由B指向A，所以電場(chǎng)力做負(fù)功，故D錯(cuò)誤.] 7.AB　[根據(jù)電勢(shì)能與電勢(shì)的關(guān)系Ep＝qφ，以及場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)的關(guān)系E＝，得E＝·，由數(shù)學(xué)知識(shí)可知Ep－x圖象切線的斜率表示電場(chǎng)力，x1處切線斜率為零，則x1處電

15、場(chǎng)力為零，電場(chǎng)強(qiáng)度為零，故A正確；根據(jù)電勢(shì)能與電勢(shì)的關(guān)系Ep＝qφ，粒子帶正電，q＞0，則知粒子所在處的電勢(shì)能越大，電勢(shì)越高，所以有φ3＞φ2＝φ0＞φ1，故B正確，C錯(cuò)誤；由題圖看出在0～x1段圖象切線的斜率不斷減小，知場(chǎng)強(qiáng)減小，粒子所受的電場(chǎng)力減小，加速度減小，做非勻變速運(yùn)動(dòng)；x1～x2段圖象切線的斜率不斷增大，場(chǎng)強(qiáng)增大，粒子所受的電場(chǎng)力增大，做非勻變速運(yùn)動(dòng)；x2～x3段斜率不變，場(chǎng)強(qiáng)不變，即電場(chǎng)強(qiáng)度大小和方向均不變，是勻強(qiáng)電場(chǎng)，粒子所受的電場(chǎng)力不變，做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤.] 8.C　[由題圖可知?jiǎng)幽苤饾u增大，說明電場(chǎng)力做正功，電場(chǎng)強(qiáng)度的方向沿－x方向，圖線斜率表示電場(chǎng)力，所以沿＋

16、x方向，電場(chǎng)強(qiáng)度大小先增大后減小，A、B錯(cuò)誤；由于場(chǎng)強(qiáng)的最小值在x＝0處，最大值在x1處，所以0～x1之間一定有一處電場(chǎng)強(qiáng)度大小與x2處相同，C正確；由于電場(chǎng)強(qiáng)度的方向沿－x方向，所以在O、x1、x2、x3處電勢(shì)關(guān)系為φ0＜φ1＜φ2＜φ3，D錯(cuò)誤.] 9.BC　[由C點(diǎn)到A點(diǎn)的過程中，由v－t圖象可知物塊的速度增大，電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小，A錯(cuò)誤；由v－t圖象可知物塊在B點(diǎn)的加速度最大為2m/s2，所受的電場(chǎng)力最大為0.2N，由E＝知，B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)最大為100N/C，B正確；因兩個(gè)等量的同種正電荷其連線的中垂線上電場(chǎng)強(qiáng)度方向由O點(diǎn)沿中垂線指向外側(cè)，故由C點(diǎn)到A點(diǎn)的過程中電勢(shì)逐漸降低，C正確

17、；由v－t圖象得A、B兩點(diǎn)的速度，由動(dòng)能定理得WBA＝mvA2－mvB2＝1J，電勢(shì)差UBA＝＝500V，D錯(cuò)誤.] 10.(1)　(2)　(3)x＝0 解析　(1)由題圖乙得x＝L點(diǎn)為圖線的最低點(diǎn)，切線斜率為零，即合場(chǎng)強(qiáng)為0，所以k＝k，代入得QB＝＝. (2)物塊先做加速運(yùn)動(dòng)再做減速運(yùn)動(dòng)，到達(dá)x＝2L處速度v1≥0，從x＝－2L到x＝2L過程中，由動(dòng)能定理得qU1－μmgs1＝mv12－0，即q(2φ0－φ0)－μmg·4L＝mv12－0，當(dāng)v1＝0時(shí)，解得μ＝. (3)小物塊運(yùn)動(dòng)速度最大時(shí)，電場(chǎng)力與摩擦力的合力為零，設(shè)該位置離A點(diǎn)的距離為LA，則k－k－μmg＝0，解得LA＝3L，即小物塊運(yùn)動(dòng)到x＝0時(shí)速度最大. 9