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江苏省无锡市天一中学物理静电场及其应用精选测试卷

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，竖直平面内有半径为R 的半圆形光滑绝缘轨道ABC ，A 、C 两点为轨道的最高点，B 点为最低点，圆心处固定一电荷量为+q 1的点电荷．将另一质量为m 、电荷量为+q 2的带电小球从轨道A 处无初速度释放，已知重力加速度为g ，则（）

A ．小球运动到

B 2gR B ．小球运动到B 点时的加速度大小为3g

C ．小球从A 点运动到B 点过程中电势能减少mgR

D ．小球运动到B 点时对轨道的压力大小为3mg ＋k 12

q q R 【答案】AD 【解析】【分析】【详解】

A.带电小球q 2在半圆光滑轨道上运动时，库仑力不做功，故机械能守恒，则：

212

B mgR mv =

解得：

2B v gR 故A 正确；

B.小球运动到B 点时的加速度大小为：

22v a g R

故B 错误；

C.小球从A 点运动到B 点过程中库仑力不做功，电势能不变，故C 错误；

D.小球到达B 点时，受到重力mg 、库仑力F 和支持力F N ，由圆周运动和牛顿第二定律得：

122B

N q q v F mg k m R R

--=

解得：

23N q q F mg k

=+ 根据牛顿第三定律，小球在B 点时对轨道的压力为：

3q q mg k

R + 方向竖直向下，故D 正确．

2．如图所示,内壁光滑的绝缘半圆容器静止于水平面上，带电量为q A 的小球a 固定于圆心O 的正下方半圆上A 点；带电量为q ,质量为m 的小球b 静止于B 点，其中∠AOB =30°。由于小球a 的电量发生变化，现发现小球b 沿容器内壁缓慢向上移动，最终静止于C 点(未标出)，∠AOC =60°。下列说法正确的是（）

A ．水平面对容器的摩擦力向左

B ．容器对小球b 的弹力始终与小球b 的重力大小相等

C ．出现上述变化时，小球a 的电荷量可能减小

D ．出现上述变化时，可能是因为小球a 的电荷量逐渐增大为32

(23)A q

【答案】BD 【解析】【分析】【详解】

A ．对整体进行受力分析，整体受到重力和水平面的支持力，两力平衡，水平方向不受力，所以水平面对容器的摩擦力为0，故A 错误；

B ．小球b 在向上缓慢运动的过程中，所受的外力的合力始终为0，如图所示

小球的重力不变，容器对小球的弹力始终沿半径方向指向圆心，无论小球a 对b 的力如何变化，由矢量三角形可知，容器对小球的弹力大小始终等于重力大小，故B 正确； C ．若小球a 的电荷量减小，则小球a 和小球b 之间的力减小，小球b 会沿半圆向下运动，与题意矛盾，故C 错误；

D ．小球a 的电荷量未改变时，对b 受力分析可得矢量三角形为顶角为30°的等腰三角形，此时静电力为

2sin15A

qq mg k

L ?=

a 、

b 的距离为

2sin15L R =?

当a 的电荷量改变后，静电力为

qq mg k

'=' a 、b 之间的距离为

L R '=

由静电力

122

'q q F k

L = 可得

23A A q q -=

-'（）故D 正确。故选BD 。

3．如图所示，竖直平面内固定一倾斜的光滑绝缘杆，轻质绝缘弹簧上端固定，下端系带正电的小球A ，球A 套在杆上，杆下端固定带正电的小球B 。现将球A 从弹簧原长位置由静止释放，运动距离x 0到达最低点，此时未与球B 相碰。在球A 向下运动过程中，关于球A 的速度v 、加速度a 、球A 和弹簧系统的机械能E 、两球的电势能E p 随运动距离x 的变化图像，可能正确的有（）

A ．

B ．

C ．

D ．

【答案】CD 【解析】【分析】【详解】

令A 、B 小球分别带电量为1q 、2q ，释放A 球时A 、B 间距为r ，弹簧的劲度系数为K 。则

A ．在小球A 运动到最低点的过程中，受力分析如图所示

加速阶段有

sin ()kq q ma mg θKx r x =-

减速阶段有

sin ()

kq q ma Kx mg θr x =

+-- 所以小球先做加速度减小的加速运动，再做加速度增大的减速运动，越向下运动，弹力和电场力越大，所以减速阶段速度减小的更快，速度减为零的时间更短，和加速阶段不对称，A 错误；

B ．小球做加速度减小的加速运动时，

122sin ()kq q K

a g θx m r x m

对a 求导则

1232d d ()kq q a K x m r x m

=-- 则加速阶段，加速度随着运动距离x 的增加而减小，且加速减小得越来越快（即a -x 曲线越来越陡峭）。同理，减速阶段

122sin ()kq q K

a x g θm r x m =

+--

123

2d d ()kq q a K

x m m r x =-- 在减速阶段加速度运动距离x 的增加而减加而增大，且加速度增加得越来越慢（即a -x 曲线越来越平缓），故B 错误；

C ．小球向下运动过程中，由于要克服电场力做功，所以球A 和弹簧系统的机械能E 逐渐减小，越靠近B 小球，电场力越大，机械能减小的越快，所以图像的斜率的绝对值越来越大，C 正确；

D ．小球向下运动过程中，电场力做负功，所以电势能逐渐增大，越靠近B 小球，电场力越大，电势能增大的越快，所以图像的斜率越来越大，D 正确。

故选CD 。

4．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.

5．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 A B Q q Q q

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 =q

E 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 。

6．质量分别为A m 和B m 的两小球带有同种电荷，电荷量分别为A q 和B q ，用绝缘细线悬挂在天花板上。平衡时，两小球恰处于同一水平位置，细线与竖直方向间夹角分别为1θ与

()212θθθ>。两小球突然失去各自所带电荷后开始摆动，最大速度分别为A v 和B v ，最大

动能分别为kA E 和kB E 。则（）

A ．A m 一定大于

B m B ．A q 一定小于B q

C ．A v 一定大于B v

D ．kA

E 一定大于kB E

【答案】CD 【解析】【分析】【详解】

A ．对小球

A 受力分析，受重力、静电力、拉力，如图所示

根据平衡条件，有

1A tan F m g

θ=

故

A 1tan F

m g θ=

同理，有

B 2

tan F

m g θ=

由于12θθ>，故A B m m <，故A 错误；

B ．两球间的库仑力是作用力与反作用力，一定相等，与两个球是否带电量相等无关，故B 错误；

C ．设悬点到AB 的竖直高度为h ，则摆球A 到最低点时下降的高度

(1)cos cos h h h h θθ?=

-=- 小球摆动过程机械能守恒，有

mg h mv ?=

解得

v g h

=??

由于12

θθ

>，A球摆到最低点过程，下降的高度

A B

h h

?>?，故A球的速度较大，故C正确；

D．小球摆动过程机械能守恒，有

mg h E

故

(1cos)(1cos)

tan

E mg h mgLθθ

=?=-=-

其中cos

Lθ相同，根据数学中的半角公式，得到

1cos

(1cos)cos()cos tan

tan sin2

E FL FL

θθ

θθθ

θθ

=-==?

其中cos

FLθ相同，故θ越大，动能越大，故kA

E一定大于

E，故D正确。

故选CD。

7．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12q 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 ．

8．如图甲所示，两点电荷放在x 轴上的M 、N 两点，电荷量均为Q ，MN 间距2L ，两点电荷连线中垂线上各点电场强度y E 随y 变化的关系如图乙所示，设沿y 轴正方向为电场强度的正方向，中垂线上有一点()

0,3P L ，则以下说法正确的是（）

A ．M 、N 两点上的两等量点电荷是异种电荷，M 为正电荷，N 为负电荷

B ．将一试探电荷-q 沿y 轴负方向由P 移动到O ，试探电荷的电势能一直减少

C ．一试探电荷-q 从P 点静止释放，在y 轴上做加速度先变小后变大的往复运动

D ．在P 点给一试探电荷-q 合适的速度，使其在垂直x 轴平面内以O 点为圆心做匀速圆周运动，所需向心力为2

34Qq

k L 【答案】BD 【解析】【详解】

A ．如果M 、N 两点上的两等量点电荷是异种电荷，则其中垂线是为等势线，故A 错误；

B ．等量同种电荷连线中垂线上，从P 到O 电势升高，负电荷的电势能减小，故B 正确；

C ．等量同种电荷连线中垂线上，从P 到O 电场线方向向上，试探电荷受的电场力沿y 轴向下，在y 轴上O 点下方，电场线方向沿y 轴向下，试探电荷受的电场力沿y 轴向上，由图乙可知，y 轴上电场强度最大点的位移在P 点的下方，所以试探电荷沿y 轴先做加速度增大，后做加速度减小的加速运动，在y 轴上O 点下方，做加速度先增大后减小的减速运动，故C 错误；

D ．等量正电荷中垂面上电场方向背离圆心O ，所以负试探电荷受电场力作用以O 为圆心做匀速圆周运动，如图，由几何关系可知，P 到M 的距离为2L ，图中60θ?=，由叠加原理可得，P 点的场强为

32sin 2

sin 60(2)4P M kQ kQ E E L L

θ?

=== 所以电场力即为向心力为

34Qq

F k

故D 正确。

9．真空中相距L 的两个固定点电荷E 、F 所带电荷量大小分别是Q E 和Q F ，在它们共同形成的电场中，有一条电场线如图中实线所示，实线上的箭头表示电场线的方向．电场线上标出了M 、N 两点，其中N 点的切线与EF 连线平行，且∠NEF ＞∠NFE ．则（）

A ．E 带正电，F 带负电，且Q E > Q F

B ．在M 点由静止释放一带正电的检验电荷，检验电荷将沿电场线运动到N 点

C ．过N 点的等势面与EF 连线垂直

D ．负检验电荷在M 点的电势能大于在N 点的电势能【答案】C 【解析】【分析】【详解】

根据电场线的指向知E 带正电，F 带负电；N 点的场强是由E 、F 两电荷在N 点产生场强的叠加，电荷E 在N 点电场方向沿EN 向上，电荷F 在N 点产生的场强沿NF 向下，合场强水平向右，可知F 电荷在N 点产生的场强大于E 电荷在N 点产生的场强，而，所

以由点电荷场强公式

知

,A 错误；只有电场线是直线，且初速度为0或初

速度的方向与电场平行时，带电粒子的运动轨迹才与电场线重合．而该电场线是一条曲线，所以运动轨迹与电场线不重合．故在M 点由静止释放一带正电的检验电荷，不可能沿电场线运动到N 点，B 错误；因为电场线和等势面垂直，所以过N 点的等势面与过N 点的切线垂直，C 正确；沿电场线方向电势逐渐降低，，再根据

，q 为负电

荷，知，D 错误；故选C ．

【点睛】

只有电场线是直线，且初速度为0或初速度的方向与电场平行时，带电粒子的运动轨迹才

与电场线重合．电场线和等势面垂直．N点的切线与EF连线平行，根据电场线的方向和场

强的叠加，可以判断出E、F的电性及电量的大小．先比较电势的高低，再根据

，比较电势能．

10．如图所示，轻质弹簧一端系在墙上，另一端系在三根长度相同的轻绳上，轻绳的下端

各系质量与电荷量均相同的带正电小球，且三个小球均处于静止状态，已知重力加速度为

g。四种情形下每个小球受到的电场力大小与轻绳长度、小球质量、小球电荷量的关系如表

所示，以下说法正确的是（）

情形轻绳长度小球质量小球电荷量小球受到的电场力大小

1L m①

3 mg

22L m②

3 mg

3L2m③23

4L m④3mg

A2倍

B2倍

C．④中电荷量为③中电荷量的32

倍

D．情形④下弹簧的伸长量最大

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】

由于三个小球质量和电荷量均相等，由对称性可知，三个小球必构成等边三角形，且每个小球受到的电场力相等，设绳的拉力为T，与竖直方向夹角为，两小球之间的距离为r、一个小球受到另外两个小球的电场力的合力为F，对其中一个小球受力分析可得

sin T mg θ=

2cos kq T θF r

解得

22tan kq mg

F r θ

由几何关系可知，

tan 3

θr =

整理得

22kq F r == A ．对比①和②可知，并应用上式可得

211213kq F r ===

22223kq F r ===

解得

r =

2r =

故电荷量之间的关系为

112212

q r q r == 故A 错误； B

．由③可知，

23323kq F r ===

解得

3r =

故

322q q ==

故B 错误； C ．由④可知

244

422244

33kq F mg r

L r ===-

解得

432

r L =

故

443333222

q r q r == 故C 正确；

D ．以三个小球为整体可知，小球受到的弹力应该等于其重力，故小球质量越大，弹簧弹力越大，故情形③下弹簧的伸长量最大，故D 错误；故选C 。

11．如右图，M 、N 和P 是以MN 为直径的半圆弧上的三点，O 点为半圆弧的圆心，

.电荷量相等、符号相反的两个电荷分别置于M 、N 两点，这时O 点电场强

度的大小为E 1；若将N 点处的点电荷移至P 点，则O 点的场强大小变为E 2.E 1与E 2之比为( )

A ．1：2

B ．2：1

C ．

D ．

【答案】B 【解析】【分析】【详解】试题分析：由

得：；若将N 点处的点电荷移至P 点，则O 点

的场强大小变为E 2，知两点电荷在O 点的场强夹角为1200，由矢量的合成知，

得：

，B 对

12．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R 1和R 2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O 1和O 2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

12kq a r kq a r E R a r R a r +-=

12kq a r kq a r E R a r R a r +-=

????