2025年高三物理高考电学压轴题模拟试题

2025年高三物理高考电学压轴题模拟试题一、计算题（共20分）如图1所示，在竖直平面内存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，其中电场方向竖直向上，磁场方向垂直纸面向外。一质量为(m=0.1,\text{kg})、电荷量为(q=+1\times10^{-4},\text{C})的带电小球（可视为质点），从A点以初速度(v_0=20,\text{m/s})水平向右抛出，恰好沿直线运动至B点。已知A、B两点间的水平距离(L=4,\text{m})，重力加速度(g=10,\text{m/s}^2)。（1）求电场强度(E)和磁感应强度(B)的大小；（2）若在小球运动到B点时突然撤去磁场，求小球从B点运动至地面（地面位于B点正下方(h=5,\text{m})处）的时间及落地时的速度大小；（3）在第（2）问的条件下，若地面上有一与小球运动方向垂直的弹性挡板（碰撞过程无能量损失），求小球碰撞后上升的最大高度。二、综合题（共25分）如图2所示，间距为(d=0.5,\text{m})的平行金属导轨固定在倾角(\theta=30^\circ)的绝缘斜面上，导轨上端接有一阻值(R=1,\Omega)的定值电阻，下端通过开关S与电源相连。导轨间存在垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度(B=2,\text{T})。一质量(m=0.2,\text{kg})、电阻(r=1,\Omega)的金属棒ab垂直导轨放置，与导轨间的动摩擦因数(\mu=\frac{\sqrt{3}}{6})。已知电源电动势(E=6,\text{V})，内阻(r_0=1,\Omega)，不计导轨电阻，重力加速度(g=10,\text{m/s}^2)。（1）闭合开关S后，金属棒ab恰好静止在导轨上，求此时通过金属棒的电流大小及方向；（2）断开开关S，金属棒ab从静止开始下滑，求下滑过程中电阻R上产生的最大电功率；（3）在第（2）问中，若金属棒下滑距离(x=4,\text{m})时速度达到稳定，求此过程中通过电阻R的电荷量及系统产生的总热量。三、创新应用题（共30分）某科研团队设计了一种“电磁弹射-制动”复合装置，其简化模型如图3所示。水平轨道AB段光滑，BC段粗糙（动摩擦因数(\mu=0.2)），长度(L_{BC}=5,\text{m})。AB段存在水平向右的匀强电场（场强(E=1\times10^4,\text{N/C})）和垂直纸面向里的匀强磁场（磁感应强度(B=0.5,\text{T})）。一质量(m=0.1,\text{kg})、电荷量(q=+2\times10^{-3},\text{C})的滑块（可视为质点）从A点静止释放，经过B点后进入BC段，最终停在C点。已知滑块与轨道间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度(g=10,\text{m/s}^2)。（1）求滑块在AB段运动的加速度大小及到达B点时的速度；（2）若在BC段加一竖直方向的匀强电场，使滑块在BC段减速过程中所受电场力与重力大小相等，求此电场强度的方向及滑块在BC段运动的时间；（3）在第（2）问的条件下，若滑块在BC段运动时还受到一个与速度方向相反的洛伦兹力（大小(f=kv)，(k=0.05,\text{N·s/m})），求滑块从B点到C点的过程中克服摩擦力做的功。四、拓展探究题（共25分）如图4所示，半径(R=0.5,\text{m})的光滑绝缘圆环固定在竖直平面内，环上套有一质量(m=0.01,\text{kg})、电荷量(q=-1\times10^{-4},\text{C})的带负电小球。空间存在水平向右的匀强电场，场强(E=2\times10^3,\text{N/C})。小球从圆环最低点P以某一初速度沿圆环向上运动，恰能通过最高点Q。重力加速度(g=10,\text{m/s}^2)。（1）求小球在P点的初速度大小；（2）若小球运动到圆环右侧与圆心等高的M点时，突然将电场方向变为竖直向下，求小球此后运动到最低点P时对圆环的压力大小；（3）在第（2）问中，若电场强度大小变为(E'=1\times10^3,\text{N/C})，方向仍竖直向下，求小球从M点运动到P点的过程中电势能的变化量及机械能的变化量。参考答案及解析思路一、计算题（1）受力分析与平衡条件：小球做匀速直线运动，合力为零。竖直方向：(qE=mg)；水平方向：(qv_0B=ma)（其中(a=\frac{v_0^2}{L})）。解得(E=1\times10^4,\text{N/C})，(B=0.5,\text{T})。（2）类平抛运动：撤去磁场后，小球在竖直方向做匀加速运动（加速度(a_y=\frac{mg-qE}{m}=0)，即匀速），水平方向匀速。落地时间(t=\frac{h}{v_0\sin\theta})（需结合几何关系求初速度方向角），落地速度(v=\sqrt{v_0^2+(gt)^2})。（3）弹性碰撞与能量守恒：碰撞后竖直速度反向，根据动能定理(-mgh'=0-\frac{1}{2}mv_y^2)，解得(h'=2,\text{m})。二、综合题（1）平衡方程：安培力(F_A=BId)，沿斜面向上；重力分力(mg\sin\theta)、摩擦力(f=\mumg\cos\theta)沿斜面向下。由平衡条件(F_A=mg\sin\theta+f)，解得(I=1,\text{A})，方向由a到b。（2）最大电功率：速度最大时加速度为零，(mg\sin\theta=\mumg\cos\theta+\frac{B^2d^2v}{R+r})，解得(v=2,\text{m/s})，此时(P_R=\left(\frac{Bdv}{R+r}\right)^2R=1,\text{W})。（3）电荷量与热量：电荷量(q=\frac{\Delta\Phi}{R+r}=\frac{Bdx}{R+r}=2,\text{C})；由能量守恒(mgx\sin\theta=\frac{1}{2}mv^2+\mumgx\cos\theta+Q_{\text{总}})，解得(Q_{\text{总}}=2.4,\text{J})。三、创新应用题（1）加速度与速度：AB段合力(F=qE=ma)，解得(a=200,\text{m/s}^2)；由(v^2=2aL_{AB})（需结合BC段运动求(L_{AB})），解得(v=10,\text{m/s})。（2）电场方向与时间：电场力(qE'=mg)，方向竖直向上；BC段加速度(a'=\frac{\mu(mg-qE')}{m}=2,\text{m/s}^2)，由(v=a't)解得(t=5,\text{s})。（3）克服摩擦力做功：由动量定理(-\mumgt-\intkvdt=0-mv)，结合(\intvdt=L_{BC})，解得(W_f=\mumgL_{BC}=1,\text{J})。四、拓展探究题（1）机械能与电势能守恒：P到Q过程，(-mg\cdot2R-qE\cdot2R=\frac{1}{2}mv_Q^2-\frac{1}{2}mv_P^2)，最高点最小速度(v_Q=0)，解得(v_P=2\sqrt{10},\text{m/s})。（2）向心力与压力：M点速度(v_M)由能量守恒求得，电场方向改变后，等效重力场(g'=\frac{mg+qE'}{m})，在P点由牛顿第二定律(N-mg-qE'=\frac{mv_P'^2}{R})，解得(N=0.6,\text{N})。（3）能量变化量：电势能变化(\DeltaE_p=-qE'\cdot2R=-0.02,\text{J})；机械能变化量等于电场力做功(\DeltaE=qE'\cdot2R=0.02,\text{J})。命题特点与备考建议核心考点：本题涵盖电场力、安培力、电磁感应、能量守恒等电学主干知识，突出力电综合与能量转化的考查。能力要求：强调受力分析、运动过程建模、临界条件判断，需熟练应用牛顿定律、动量定理、功能关系等工具。备考策略：强化复杂场景下的“对象-过程-规