2026届高考物理专题强化《带电粒子在电场中的力电综合问题》含答案

专题强化：带电粒子在电场中的力电综合问题带电粒子在电场中的力电综合问题2024山东卷T10、2024浙江6月选考T12、2024黑吉辽T6、2024江西卷T10、2024浙江1月选考T11、2023北京卷T20、2023浙江6月选考T8、T12、2023湖北卷T10、2022江苏卷T15、2022辽宁卷T14、2022湖北卷T10试观察静电感应现象，探究电荷间的作用力的影【知识梳理】考点一“等效重力场”中的圆周运动“复合场”来代替，可形象称之为“等效重力场”。典例1.(2024·河北卷·13)如图，竖直向上的匀强电场中，用长为L的绝缘细线系住一带电小球，在竖直平面内绕O点做圆周运动。图中A、B为圆周上的两点，A点为最低点，B点与O点等高。当小球运动到A点时，细线对小球的拉力恰好为0，已知小球的电荷量为q(q>0)、质量为m，A、B两点间的电势差为U，重力加速度大小为(1)电场强度E的大小；(2)小球在A、B两点的速度大小。典例2.如图所示，质量为m、带电荷量为＋q的小圆环套在半径为R的光滑绝缘大圆环上，大圆环固定在竖直平面内，O为环心，A为最低点，B为最高点，在大圆环所在的竖直平面内施加水平向右、电场强度大小为(g为重力加速度)的匀强电场，并同时给在A点的小圆环一个向右的水平初速度v0(v0未知)，小圆环恰好能够沿大圆环做完整的圆周运动，则小圆环运动过程中(1)在图中画出等效“最高点”和“最低点”，指出机械能最大和最小的位置；(2)求小圆环在A点获得的初速度v0；(3)求小圆环过B点受到大圆环的弹力大小。(1)由于匀强电场中带电粒子所受静电力和重力都是恒力(2)运用能量守恒定律，注意题目中有哪些【小试牛刀】典例1.如图，一带电的平行板电容器固定在绝缘底座上，底座置于光滑水平面上，一光滑水平绝缘轻杆左端固定在电容器的左极板上，并穿过右极板上的小孔，电容器极板连同底座总质量为2m，底座锁定在水平面上时，套在杆上质量为m的带电环以某一初速度由小孔进入电容器后，最远能到达距离右极板为d的位置。底座解除锁定后，将两极板间距离变为原来的2倍，其他条件不变，则带电环进入电容器后，最远能到达的位置距离右极板()A.dB.dC.dD.d典例2.如图所示，AC水平轨道上AB段光滑、BC段粗糙，且BC段的长度L＝1m，CDF为竖直平面内半径R＝0.1m的光滑半圆绝缘轨道，两轨道相切于C点，CF右侧有电场强度大小E＝1×103N/C、方向水平向右的匀强电场。一根轻质绝缘弹簧水平放置，一端固定在A点，另一端与质量m＝0.1kg的滑块P接触。当弹簧处于原长时滑块在B点，在F点有一套在半圆轨道上、电荷量q＝1.0×10－3C的带正电圆环，在半圆轨道最低点放一质量与圆环质量相等的滑块Q(图中未画出)。由静止释放圆环，圆环沿半圆轨道运动。当圆环运动到半圆轨道的最右侧D点时对轨道的压力大小FN＝5N。已知滑块Q与轨道BC间的动摩擦因数μ=0.1，重力加速度大小g取10m/s2，两滑块和圆环均可视为质点，圆环与滑块Q的碰撞为弹性碰撞且碰撞时间极短，Q、P两滑块碰撞后粘在一起。求：(1)圆环的质量M；(2)圆环与滑块Q碰撞前瞬间的速度大小vC；(3)弹簧的最大弹性势能Ep。典例3.(多选)(2022·海南卷·13)如图，带正电q＝3×10－5C的物块A放在水平桌面上，利用细绳通过光滑的滑轮与B相连，A处在水平向左的匀强电场中B质量均为1kg，B离滑轮的距离足够长，重力加速度g取10m/s2，则()A.它们运动的最大速度为1m/sB.它们向左运动的最大位移为1mC.当速度为0.6m/s时，A的电势能可能是－2.4JD.当速度为0.6m/s时，绳子的拉力可能是9.2N【限时训练】（限时：60分钟）b。不计空气阻力，则下列说法正确的是()A.小球带负电2.(刍选)如图所示，四分之一光滑绝缘固定圆弧槽B处切线水平，一可视为质点的带正B.小球落地点仍在D点D.小球离开B到达地面的运动时间减小3.(刍选)匀强电场方向水平向右，带电小球由图示位置从静止开静电力大小等于重力大小，不考虑空气阻力，则(A.开始一段时间内小球可能做变速圆周运动B.开始一段时间内小球可能做变速直线运动D.小球运动至左侧时最高点一定低于释放沿圆弧轨迹(图中的虚线)缓慢地拉到最低点，此过程小球的电荷功为(重力加速度为g)()场中与A关于虚线对称的B点，重力加速度为g，则下列结论正确的是()A.若AB高度差为h，则UAB=C.在虚线上、下方的电场中，带电小球运6.(多选)如图甲所示，倾角为θ=37°的光滑斜面固定在水平地面上。匀强电场沿斜面方块的机械能和动能随位移变化的关系图线如图乙所示，sin37°=0.6，cos37°=0.8，则A.滑块的重力大小为7.(12分)(2022·辽宁卷·14)如图所示，光滑水平面AB和竖直面内的光滑圆弧导轨在B建立直角坐标系xOy，在x≥-R区域有方向与x轴夹角为θ=45°的匀强电场，进入电场后小球受到的电场力大小为√2mg。小球在运动过程中电荷量保持心O等高的A点以竖直向下的速度v0＝2m/(1)(4分)在圆形轨道最低点P，物体甲受到轨道的支持力大小；【尖子拔高题】(7分)小球所带电荷对电场分布的影响，重力加速度为g，取无穷远处为专题强化：带电粒子在电场中的力电综合问题带电粒子在电场中的力电综合问题2024山东卷T10、2024浙江6月选考T12、2024黑吉辽T6、2024江西卷T10、2024浙江1月选考T11、2023北京卷T20、2023浙江6月选考T8、T12、2023湖北卷T10、2022江苏卷T15、2022辽宁卷T14、2022湖北卷T10试人体带电头发散开，尖端放电，避雷针，静电吸附，直线加速观察静电感应现象，探究电荷间的作用力的影【知识梳理】考点一“等效重力场”中的圆周运动物体仅在重力场中的运动是最常见、最基本的运动，但是对于处【小试牛刀】典例1.(2024·河北卷·13)如图，竖直向上的匀强电场中，用长为L的绝缘细线系住一带电小球，在竖直平面内绕O点做圆周运动。图中A、B为圆周上的两点，A点为最低点，B点与O点等高。当小球运动到A点时，细线对小球的拉力恰好为0，已知小球的电荷量为q(q>0)、质量为m，A、B两点间的电势差为U，重力加速度大小为g，求：(1)电场强度E的大小；(2)小球在A、B两点的速度大小。【解析】(1)由匀强电场中电势差与电场强度的关系，电场强度E=联立解得vA=√,vB=√典例2.如图所示，质量为m、带电荷量为＋q的小圆环套在半径为R的光滑绝缘大圆环上，大圆环固定在竖直平面内，O为环心，A为最低点，B为最高点，在大圆环所在的竖直平面内施加水平向右、电场强度大小为(g为重力加速度)的匀强电场，并同时给在A点的小圆环一个向右的水平初速度v0(v0未知)，小圆环恰好能够沿大圆环做完整的圆周运动，则小圆环运动过程中(1)在图中画出等效“最高点”和“最低点”，指出机械能最大和最小的位置；(2)求小圆环在A点获得的初速度v0；(3)求小圆环过B点受到大圆环的弹力大小。能最小；小圆环在运动过程中，只有电势能、动能与重与机械能的转化，M点是电势能最小的位置，也是机械能最大的位置，N点是电势能度为0，对小圆环分析有－qERsin45°-mg(R＋Rcos45°)＝0－mv02，解得v0=√-mg·2R＝mvB2－mv02，(1)由于匀强电场中带电粒子所受静电力和重力都是恒力(2)综合运用牛顿运动定律和匀变速直线运动公式，注意受力分(1)运用动能定理，注意过程分析要全面，准确求出过程中的所(2)运用能量守恒定律，注意题目中有哪些(1)运用动量定理，要注意动量定理的表达式是矢量式，在一维(2)运用动量守恒定律，除了要注意动量守恒定律的表达式是矢【小试牛刀】典例1.如图，一带电的平行板电容器固定在绝缘底座上，底座置于光滑水平面上，一光滑水平绝缘轻杆左端固定在电容器的左极板上，并穿过右极板上的小孔，电容器极板连同底座总质量为2m，底座锁定在水平面上时，套在杆上质量为m的带电环以某一初速度由小孔进入电容器后，最远能到达距离右极板为d的位置。底座解除锁定后，将两极板间距离变为原来的2倍，其他条件不变，则带电环进入电容器后，最远能到达的位置距离右极板()A.dB.dC.dD.d极板间电场强度大小不变，电容器及底座在带电环作用下一典例2.如图所示，AC水平轨道上AB段光滑、BC段粗糙，且BC段的长度L＝1m，CDF为竖直平面内半径R＝0.1m的光滑半圆绝缘轨道，两轨道相切于C点，CF右侧有电场强度大小E＝1×103N/C、方向水平向右的匀强电场。一根轻质绝缘弹簧水平放置，一端固定在A点，另一端与质量m＝0.1kg的滑块P接触。当弹簧处于原长时滑块在B点，在F点有一套在半圆轨道上、电荷量q＝1.0×10－3C的带正电圆环，在半圆轨道最低点放一质量与圆环质量相等的滑块Q(图中未画出)。由静止释放圆环，圆环沿半圆轨道运动。当圆环运动到半圆轨道的最右侧D点时对轨道的压力大小FN＝5N。已知滑块Q与轨道BC间的动摩擦因数μ=0.1，重力加速度大小g取10m/s2，两滑块和圆环均可视为质点，圆环与滑块Q的碰撞为弹性碰撞且碰撞时间极短，Q、P两滑块碰撞后粘在一起。求：(1)圆环的质量M；(2)圆环与滑块Q碰撞前瞬间的速度大小vC；(3)弹簧的最大弹性势能Ep。【解析】(1)圆环从F点运动到D点的过程，由动能定理有MgR＋滑块Q在BC段运动的过程中，根据动能定理有-μMgL＝MvB2－Mvc2解得vB=√2m/s典例3.(多选)(2022·海南卷·13)如图，带正电q＝3×10－5C的物块A放在水平桌面上，利用细绳通过光滑的滑轮与B相连，A处在水平向左的匀强电场中，E=4×105N/C，从O开始，A与桌面的动摩擦因数μ随x的变化如图所示，取O点电势能为零，A、B质量均为1kg，B离滑轮的距离足够长，重力加速度g取10m/s2，A.它们运动的最大速度为1m/sB.它们向左运动的最大位移为1mC.当速度为0.6m/s时，A的电势能可能是－2.4JD.当速度为0.6m/s时，绳子的拉力可能是9.2Nmgx0(此处F前面的是因为摩擦力是变力衡，处于静止状态。设A向左运动x'后速度×2mv22＝－(x'＝－【限时训练】（限时：60分钟）A.小球带负电2.(多选)如图所示，四分之一光滑绝缘固定圆弧槽B处切线水平，一D处，若在装置所在平面内加上竖直向下的匀强电场，重复上述实验，下的是()B.小球落地点仍在D点力加速度无关，施加竖直向下的匀强电场后，小3.(多选)匀强电场方向水平向右，带电小球由图示位置从静止开静电力大小等于重力大小，不考虑空气阻力，则(A.开始一段时间内小球可能做变速圆周运动B.开始一段时间内小球可能做变速直线运动D.小球运动至左侧时最高点一定低于释放段时间内小球做变速圆周运动，若小球带负电，释放后小球受到向左的静电力和重力，在开始一段时间内绳子是松弛的，小球做匀则小球在运动过程中由直线运动变成圆周运动的瞬间有能量损失，所球沿圆弧轨迹(图中的虚线)缓慢地拉到最低点，此过程小球的电的功为(重力加速度为g)()C.mgL－mgLcosθ5.如图所示，地面上某个空间区域存在这样的电场，水平虚E1、方向竖直向下的匀强电场；虚线下方为电场强度大小为E2、方向竖直下方电场中与A关于虚线对称的B点，重力加速度为g，则下列结论正A.若AB高度差为h，则UAB=C.在虚线上、下方的电场中，带电小球运线到B小球速度由v减为零，位移相同，根据匀变速直线运动的推论知，加速度大小6.(多选)如图甲所示，倾角为θ=37°的光滑斜面固定在水平地面上。匀强电场沿斜面方向。带