高考物理一轮复习 考点巩固卷60 电场中的能量与动量问题（解析版）

考点巩固卷60电场中的能量与动量问题建议用时：50分钟考点序号考点题型分布考点1电场中的能量问题3单选+4多选+1解答考点2电场中的动量问题2单选+2多选+2解答考点01：电场中的能量问题（3单选+4多选+1解答）一、单选题1．（2023·河南开封·统考三模）如图所示，半径为的光滑绝缘圆环固定在竖直面内，圆环上直径之间的夹角为，与之间的夹角也为。在A、C两点分别固定电荷量均为的正点电荷，电荷量为的带正电小环由点静止释放。已知点电荷周围某点的电势，式中为点电荷的电荷量，为该点到点电荷的距离，为静电力常量，不计带电小环的重力，则带电小环运动到点时的动能为（）

A． B． C． D．【答案】A【详解】根据电场的叠加性原理，A和C两点电荷在B点的电势为同理根据电场的叠加性原理可知，E点的电势为小环从B点到E点，由能量守恒有解得故选A。2．（2023·新疆·统考二模）如图所示，水平向右的匀强电场中，一根长的不可伸长的绝缘细线，一端连着一质量的带电小球，另一端固定于O点。把小球拉起至A点，此时细线水平，把小球从A点由静止释放，小球经最低点B后到达B的另一侧C点时速度为零，与夹角为，g取。则（）A．小球一定带负电B．小球从A点经过B点再到C点的过程中，机械能先增加后减小C．细线所受的最大拉力为D．小球到达B点时的动能为【答案】D【详解】A．对全过程，重力做正功，可知电场力做负功，可知电场力方向向右，则小球带正电，A错误；B．小球从A点经过B点再到C点的过程中，电场力一直做负功，可知小球的机械能一直减小，B错误；C．对全过程根据动能定理可得解得重力和电场力的合力与水平方向夹角的正切值可得如图所示此时合力方向与圆弧的焦点为等效最低点，此时绳子的拉力最大，根据动能定理在等效最低点，根据牛顿第二定律联立解得细线所受的最大拉力C错误；D．从A到B根据动能定理可得D正确。故选D。3．（2023·安徽滁州·统考一模）如图所示，竖直平面内有一固定光滑的绝缘轨道ABCD，斜面AB与半径为R的圆弧轨道平滑相切于B点，CD为竖直直径，在圆心O处固定一个正点电荷。质量为m的带负电小球，从斜面上的A点由静止释放，小球能到达圆弧最高点D，重力加速度为g。则小球（）A．到达D点时速度可能为零 B．到达D点时的速度可能等于C．从C点沿圆轨道到D点过程机械能守恒 D．在A、D两点的机械能相等【答案】C【详解】AB．小球恰好能从D点飞出根据牛顿第二定律可知小球通过D点的速度一定大于，AB错误；C．点电荷的等势面为球面，小球从C点沿圆轨道到D点过程中只有重力做功，小球的机械能守恒，C正确；D．小球从点到过程，电场力做正功，小球的机械能变大，即小球在点的机械能大于在点的机械能，D错误。故选C。二、多选题4．（2023·河南郑州·统考二模）如图所示，在半径为R的圆形区域内存在匀强电场，电场方向与纸面平行，O为圆心，AC、BD为圆的两条直径，夹角为。一粒子源从D点以相同速率v沿纸面内各个方向射入电场，粒子质量均为m，电荷量均为。已知从C点射出的粒子速率仍为v，沿DC方向射入的粒子恰好从B点射出。不计粒子重力及它们间的相互作用。下列说法正确的是（）A．电场强度B．电场强度的方向垂直AC向上C．粒子射出电场的最大速率为D．所有粒子在电场中运动的时间相同【答案】AC【详解】B．由于从C点射出的粒子速率仍为v，则从D点到C点电场力做功为0，结合电场为匀强电场可知CD为一条等势线，电场方向垂直于等势线；又沿DC方向射入的粒子恰好从B点射出，可知电场方向垂直CD向左下方，故B错误；A．由题可知沿DC方向入射的粒子做类平抛运动，有，由几何关系可得，联立解得故A正确；C．射出电场最大速率对应电场力做功最多，过圆心O作DC的垂线与圆相交M点时，粒子的出射速率最大。由几何关系可知，M点到DC的距离为设粒子运动到M点时速率为，根据动能定理有解得故C正确；D．粒子进入电场后受恒定电场力，在垂直电场方向均做匀速直线运动。以从C、B点出射的粒子为例，在沿DC方向上位移相同，而在沿DC方向上速度不同，由可知粒子通过电场的时间不同，故D错误。故选AC。5．（2023·陕西咸阳·武功县普集高级中学校考模拟预测）如图甲所示，质量为、带正电的物块放在绝缘的水平桌面上，滑块处在匀强电场中，电场强度，重力加速度．从原点O开始，物块与桌面的动摩擦因数随x的变化如图乙所示，取原点O的电势能为零，则下列判断正确的是（

）A．物块运动的最大速度为B．物块向右运动的最大位移为C．当物块速度为，物块的电势能可能为D．物块最终静止时，物块与水平桌面因摩擦生热量为【答案】BC【详解】A．电场力摩擦力当时，即时速度最大，根据动能定理得解得A错误；B．设向右运动得最大距离为，根据动能定理可得解得B正确；C．设当物块速度为时的位移为，根据动能定理可得解得所以电势能C正确；D．根据能量守恒定律可知当物块停止运动时电势能的减少量将全部转化为摩擦生热，即D错误。故选BC。6．（2023·海南·统考一模）在x轴上范围内，存在沿x轴正方向的电场，其电势φ随x的变化规律如图所示。现将一质量为m、带电荷量为q的粒子自O点由静止释放，粒子仅在电场力的作用下沿x轴做加速运动，从处离开电场，下列说法正确的是（）A．粒子的电势能减小了 B．粒子离开电场时的动能为C．粒子在电场中运动的时间为 D．粒子离开电场时的速度大小为【答案】AD【详解】AB．粒子做加度运动，电场力做正功，根据动能定理可得又可知粒子的电势能减小了，粒子离开电场时的动能为，故A正确，B错误；C．图像的斜率表示电场强度，所以粒子在电场中做匀加速直线运动，则有联立解得故C错误；D．根据动能定理有解得故D正确。故选AD。7．（2023·广东惠州·统考模拟预测）如图所示，一质子以速度进入足够大的匀强电场区域，a、b、c、d为间距相等的一组等势面，若质子经过a、c等势面时动能分别为9eV和3eV。不计质子重力，下列说法正确的是（）A．质子第二次经过等势面b时动能是6eVB．质子刚好能到达等势面dC．该匀强电场场强的方向水平向左D．若取等势面c为零电势面，则a所在的等势面电势为6V【答案】AC【详解】A．两次经过同一等势面的动能相等，因为是匀强电场，所以经过相邻等势面克服电场力做功相同，动能变化相同，即解得所以经过b等势面时的动能是6eV，故A正确；B．假设质子能够到达等势面d，则质子在等势面d的动能为零；但质子做匀变速曲线运动，质子在等势面d的速度不可能为零，故质子不能到达等势面d，故B错误；C．根据题意，由a到c过程电场力做负功，质子带正电，所以匀强电场场强的方向水平向左，故C正确；D．根据可知：质子在c等势面的电势能为0，所以质子运动过程中的总能量根据能量守恒可知解得由可得a所在的等势面电势故D错误。故选AC。三、解答题8．（2023·浙江·模拟预测）如图所示，匀强电场方向水平向左、电场强度为E，在光滑绝缘水平面上A点固定有一电荷量为q的带正电小物块，某时刻解除锁定，并给小物块施加一水平向右的恒定拉力，使小物块由静止开始向右运动，当小物块运动到B点时，它的机械能增加了18J，此时将水平拉力反向，但大小不变，直到物块再次返回出发点A。已知物块从A到B的时间为从B向右运动再向左运动到A时间的一半。（1）求水平拉力的大小；（2）求物块返回出发点A时，物块获得的机械能；（3）以A为零电势点，当物块动能为6J时，它的电势能是多少？【答案】（1）；（2）40.5J；（3）0.75J或3.45J【详解】（1）设物块从A运动到B的时间为t，则从B返回A的时间为2t。从A到B过程中，由牛顿第二定律得从B到A过程中，由牛顿第二定律得物块从A到B和从B到A的位移大小相等、方向相反，则有解得联立得（2）设A、B之间的距离为，从A到B根据能量守恒定律有从B到A根据能量守恒定律有解得物块返回A点时，获得的机械能为（3）从A到B，物块做匀加速运动，运动到B时，获得的机械能为18J，设第一次动能等于6J的位置距离A为，此时物块具有的电势能为，根据能量守恒定律得求得从B向右运动到速度为零的过程中，设第二次动能等于6J的位置到B点的距离为，此时物块具有的电势能为，根据能量守恒定律得解得由运动的对称性可知物块再次经过此位置时，动能为6J，电势能为3.45J，即物块的动能为6J时，电势能为0.75J或3.45J。考点02：电场中的动量问题（2单选+2多选+2解答）一、单选题1．（2023·河北衡水·校联考二模）真空中存在沿y轴正方向的匀强电场，氦核与氚核先后从坐标原点O沿x轴正方向射入该电场，在仅受电场力的作用下的运动轨迹如图所示．则氦核与氚核在（

）A．电场中运动时的加速度相同 B．射入电场时的初速度相同C．射入电场时的初动量相同 D．射入电场时的初动能相等【答案】C【详解】A．根据牛顿运动定律有解得氦核的比荷为，氚核的比荷为，可得电场中运动时的加速度之比为3：2，A错误；B．由类平抛运动规律可得，联立解得由题图可知，x相同时，，可得射入电场时的初速度之比为3：4，B错误；C．结合B解析类平抛运动规律可得若射入电场时的初动量相同，代入质量数、电荷数之比可得符合题意，故射入电场时的初动量相同，C正确；D．结合B解析类平抛运动规律可得若射入电场时的初动能相同，则故射入电场时的初动能不相等，D错误。故选C。2．（2023·上海浦东新·统考一模）如图（a）所示，光滑绝缘水平面上有甲、乙两个带电小球。时，乙球以的初速度冲向原来静止的甲球，在时间内它们的图线如图（b）所示。整个运动过程中两球未相碰，设、时刻两球的总电势能分别为、，则（）A．时刻两球最近， B．时刻两球最近，C．时刻两球最近， D．时刻两球最近，【答案】A【详解】由图（b）可知，时间内乙球向左减速，甲球向左加速，可知两球带同种电荷，两球间存在斥力，时刻两球速度相同，相距最近，由动量守恒定律可得解得整个过程电场力做负功，电势能增加，增加量为其中之后在斥力的作用下，甲继续向左加速，乙向左减速至速度为零后向右加速，t3时刻两球没有相距最近，过程中，电势能的增加量为其中，代入数据可得故t1时刻两球的总电势能较大，即故选A。二、多选题3．（2023·福建福州·统考二模）如图所示，两实线所围成的环形区域内有一径向电场，场强方向沿半径向外，电场强度大小可表示为，a为常量。电荷量相同、质量不同的两粒子在半径r不同的圆轨道运动。不考虑粒子间的相互作用及重力，则（）A．两个粒子均带负电B．质量大的粒子动量较小C．若将两个粒子交换轨道，两个粒子仍能做匀速圆周运动D．若去掉电场加上垂直纸面的匀强磁场，两个粒子一定同时做离心运动或向心运动【答案】AC【详解】A．两个粒子做圆周运动，则所受电场力指向圆心，可知两粒子均带负电，选项A正确；B．根据且p=mv可得两粒子电量相等，则质量大的粒子动量较大，选项B错误；C．根据可得与轨道半径无关，则若将两个粒子交换轨道，两个粒子仍能做匀速圆周运动，选项C正确；D．由表达式可知，两粒子动能相同，根据可知两粒子动量不同；若加上垂直纸面的匀强磁场，若能做匀速圆周运动，则满足两粒子电量相等，则qB相等，若粒子做向心运动；当时粒子做离心运动，但是与的关系不能确定，即两个粒子不一定能同时做离心运动或向心运动，选项D错误。故选AC。4．（2023·全国·模拟预测）如图所示是密立根油滴实验的原理示意图，两个水平放置、相距为d的足够大金属极板（原来不带电），上极板中央有一小孔，通过小孔喷入小油滴。其中质量为的小油滴A在时间t内匀速下落。此时给两极板加上电压U（上极板接正极），A经过一段时间后向上匀速运动在时间t内匀速上升了，已知油滴受到的空气阻力大小为，其中k为比例系数，m为油滴质量，v为油滴运动速率，重力加速度为g。则（）A．比例系数B．A带负电,且电荷量C．A上升距离电势能的变化量为D．从极板施加电压开始到A下降到最低点所用的时间为【答案】BC【详解】A．未加电压时油滴匀速运动，由受力平衡得由题意，其中匀速运动的速度为联立解得故A错误；B．上极板带正电则电场强度方向向下，油滴向上运动，则油滴带负电。根据受力平衡有其中匀速运动的速度为解得油滴的带电量为故B正确；C．A上升距离时电场力做功电势能的变化量为故C正确；D．极板施加电压后，由B项可知油滴受到的电场力为油滴A下降到最低点时速度为0，设从极板施加电压开始到A下降到最低点所用的时间为，若油滴只受电场力，则由动量定律可得解得而由题意可知，油滴还受到重力和阻力的作用且重力和阻力合力不为零，故D错误。故选BC。三、解答题5．（2023·全国·模拟预测）如图，倾角θ＝30°的足够长光滑绝缘斜面固定在水平向右的匀强电场中，一质量为m、电荷量为+q的小滑块A放在斜面上，恰好处于静止状态。质量也为m的不带电小滑块B从斜面上与A相距为s的位置由静止释放，下滑后与A多次发生弹性正碰，每次碰撞时间都极短，且没有电荷转移，已知重力加速度大小为g。求：（1）匀强电场的场强大小；（2）两滑块发生第1次碰撞到发生第2次碰撞的时间间隔；（3）在两滑块发生第1次碰撞到发生第5次碰撞的过程中，A的电势能增加量。【答案】（1）；（2）；（3）【详解】（1）滑块A受力，受力如图，A处于静止状态，则滑块A受到的电场力大小为可得（2）B下滑过程中，加速度大小为a，第1次与A碰撞时的速度为v，有由运动学公式第1次碰撞后A的速度为，B的速度为，由动量守恒和机械能守恒得解得第1次碰撞后，A匀速下滑，B匀加速下滑，发生第1次碰撞到发生第2次碰撞的过程中两滑块下滑的位移相等，所用时间为，有解得（3）由（2）可知，第2次碰撞前瞬间B的速度为即第2次碰撞前瞬间，两滑块速度分别为碰撞后速度交换，可得发生第2次碰撞到发生第3次碰撞的过程中两滑块下滑的位移相等，所用时间为，有解得即第3次碰撞前瞬间，两滑块速度分别为碰撞后速度交换以此类推，每次碰撞后A的速度分别为相邻两次碰撞的时间间隔T均相等，且所以，在两滑块发生第1次碰撞到发生第5次碰撞的过程中，A的位移为的电势能增加量为解得‍6．（2023·陕西咸阳·统考三模）如图，光滑绝缘水平桌面位于以ab、cd为边界的匀强电场中，电场方向垂直边界向右。两小球A和B放置在水平桌面上，其位置连线与电场方向平行。两小球质量均为m，A带电荷量为q（q>0），B不带电。初始时小球A距ab边界的距离为L，两小球间的距离也为L。已知电场区域