专题62力电综合问题（原卷版+解析版）-2023届高考物理一轮复习知识点精讲与最新高考题模拟题同步训练

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2023高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练第十一章  静电场专题62  力电综合问题第一部分  知识点精讲一. 对于带电粒子(体)在电场中的直线运动问题，无论是忽略重力还是考虑重力，解决此类问题时要注意分析是做匀速运动还是匀变速运动，匀速运动问题常以平衡条件F合＝0作为突破口进行求解，匀变速运动根据力和运动的关系可知，合力一定和速度在一条直线上，然后运用动力学观点或能量观点求解。二. .解决电场中的力电综合问题，要善于把电学问题转化为力学问题，建立带电粒子(体)在电场中运动的模型，能够灵活应用动力学观点、能量观点和动量观点等多角度进行分析与研究：1．动力学的观点(1)由于匀强电场中带电粒子(体)所受电场力和重力都是恒力，可用正交分解法。(2)综合运用牛顿运动定律和运动学公式，注意受力分析和运动分析，特别注意重力是否需要考虑的问题。2．能量的观点(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有力做的功，判断是对分过程还是对全过程使用动能定理。(2)运用能量守恒定律，注意题目中有哪些形式的能量出现。3．动量的观点(1)运用动量定理，要注意动量定理的表达式是矢量式，在一维情况下，各个矢量必须选同一个正方向。(2)运用动量守恒定律，要注意动量守恒定律的表达式是矢量式，注意正方向的选取。三。等效思维法解决带电体在复合场中的圆周运动问题1．“等效重力”及“等效重力加速度”：在匀强电场中，将重力与电场力进行合成，如图所示，则F合为“等效重力场”中的“等效重力”，g′＝为“等效重力场”中的“等效重力加速度”，F合的方向为“等效重力”的方向，也是“等效重力加速度”的方向。2．等效最“高”点与最“低”点的确定方法在“等效重力场”中过圆周运动的圆心作“等效重力”的作用线，其反向延长线交于圆周上的那个点即为圆周运动的等效最“高”点，沿着“等效重力”的方向延长交于圆周的那个点为即等效最“低”点，如图所示。第二部分 最新高考题精选1.(2020·天津等级考)多反射飞行时间质谱仪是一种测量离子质量的新型实验仪器，其基本原理如图所示，从离子源A处飘出的离子初速度不计，经电压为U的匀强电场加速后射入质量分析器。质量分析器由两个反射区和长为l的漂移管(无场区域)构成，开始时反射区1、2均未加电场，当离子第一次进入漂移管时，两反射区开始加上电场强度大小相等、方向相反的匀强电场，其电场强度足够大，使得进入反射区的离子能够反射回漂移管。离子在质量分析器中经多次往复即将进入反射区2时，撤去反射区的电场，离子打在荧光屏B上被探测到，可测得离子从A到B的总飞行时间。设实验所用离子的电荷量均为q，不计离子重力。(1)求质量为m的离子第一次通过漂移管所用的时间T1；(2)反射区加上电场，电场强度大小为E，求离子能进入反射区的最大距离x；(3)已知质量为m0的离子总飞行时间为t0，待测离子的总飞行时间为t1，两种离子在质量分析器中反射相同次数，求待测离子质量m1。 2. (2017·全国卷Ⅰ)真空中存在电场强度大小为E1的匀强电场，一带电油滴在该电场中竖直向上做匀速直线运动，速度大小为v0。在油滴处于位置A时，将电场强度的大小突然增大到某值，但保持其方向不变。持续一段时间t1后，又突然将电场反向，但保持其大小不变；再持续同样一段时间后，油滴运动到B点。重力加速度大小为g。(1)求油滴运动到B点时的速度；(2)求增大后的电场强度的大小；为保证后来的电场强度比原来的大，试给出相应的t1和v0应满足的条件。已知不存在电场时，油滴以初速度v0做竖直上抛运动的最大高度恰好等于B、A两点间距离的两倍。         3。　(2019·全国卷Ⅲ)空间存在一方向竖直向下的匀强电场，O、P是电场中的两点。从O点沿水平方向以不同速度先后发射两个质量均为m的小球A、B。A不带电，B的电荷量为q(q>0)。A从O点发射时的速度大小为v0，到达P点所用时间为t；B从O点到达P点所用时间为。重力加速度为g，求：(1)电场强度的大小；(2)B运动到P点时的动能。第三部分 最新模拟题精选1． （2022河南名校联盟大联考）如图所示，在水平向左的匀强电场中用绝缘材料做成的圆环周定在竖直平面内，O为圆心，A、B、C、D为圆环上的点，、、均为用绝缘材料做成的光滑细杆，杆竖直，与的夹角，与的夹角。将一个质量为m，电荷量为的小环分别套在、、细杆上，从A点由静止释放运动到圆环上的B、C、D点，已如重力加速度为g，电场强度大小，带电小环对匀强电场的影响忽略不计。下列说法正确的是（　　）
A. 小环沿细杆运动到C点时的动能最大B. 小环沿细杆运动到D点的过程中电场力做功最多C. 小环沿细杆运动到D点的过程中电场力的冲量最大D. 小环沿三根细杆分别运动到B、C、D点的过程中电场力的冲量相同2.. .(2022福建泉州三模)在带电粒子“碰撞”实验中，t=0时粒子甲以初速度vo向静止的粒子乙运动，之后两粒子的速度v-时间t的图像如图所示。仅考虑它们之间的静电力作用，且甲、乙始终未接触，在t=0、t1、t3时刻系统电势能分别为Epo、2Epo、Epo,则A.甲、乙粒子质量之比为1:2B.t2时刻乙粒子的速度为C.t2时刻系统的电势能为D.t3时刻甲粒子的速度为3. （2022福建泉州高三下适应性测试） 如图甲所示，倾角为的绝缘传送带以的恒定速率沿顺时针方向转动，其顶端与底端间的距离为，整个装置处于方向垂直传送带向上的匀强电场中，电场强度大小随时间按图乙规律变化。时刻将一质量的带正电小物块轻放在传送带顶端，物块与传送带之间的动摩擦因数为，已知、，，取，则小物块（　　）A. 始终沿传送带向下运动 B. 运动过程中加速度大小不变C. 在传送带上运动的总时间为 D. 与传送带之间因摩擦产生的总热量为 
4．（2021江西九校协作体联考）如图所示，竖直平面内有一个半径为R的圆周， A、D两点为其水平直径的两端，C、F两点为圆周竖直直径的两端。空间有与圆周平面平行的匀强电场，在圆周上的B点（OB与OA夹角θ=30°）有一粒子源，以相同大小的初速度v0在圆周平面内沿各个方向发射质量为m的带相同电荷的微粒。对比到达圆周上各点的微粒的能量，发现到达D点的微粒机械能最大，到达E点（OE与竖直方向夹角α=30°）的微粒动能最大。已知重力加速度为g，下列判断正确的是（    ）A．微粒所受电场力大小为mgB．到达E点的微粒动能为( +1)mgR + C．动能最小的落点在圆弧BC之间D．到达A点微粒的动能大于到达D点微粒的动能5. (2020·河北冀州中学模拟)如图所示，可视为质点的质量为m且电荷量为q的带电小球，用一绝缘轻质细绳悬挂于O点，绳长为L，现加一水平向右的足够大的匀强电场，电场强度大小为E＝，小球初始位置在最低点，若给小球一个水平向右的初速度，使小球能够在竖直面内做圆周运动，忽略空气阻力，重力加速度为g。则下列说法正确的是(　　 )A．小球在运动过程中机械能守恒B．小球在运动过程中机械能不守恒C．小球在运动过程的最小速度至少为D．小球在运动过程的最大速度至少为6．(多选)(2020·山东潍坊市质检)如图甲所示，长为8d、间距为d的平行金属板水平放置，O点有一粒子源，能持续水平向右发射初速度为v0、电荷量为＋q、质量为m的粒子。在两板间存在如图乙所示的交变电场，取竖直向下为正方向，不计粒子重力。以下判断正确的是(　　 )A．粒子在电场中运动的最短时间为B．射出粒子的最大动能为mv02C．t＝时刻进入的粒子，从O′点射出D．t＝时刻进入的粒子，从O′点射出7．(多选)(2020·四川达州市模拟)如图所示，M、N是组成电容器的两块水平放置的平行金属极板，M中间有一小孔。M、N分别接到电压恒定的电源上(图中未画出)。小孔正上方的A点与极板M相距h，与极板N相距3h。某时刻一质量为m、带电荷量为q的微粒从A点由静止下落，到达极板N时速度刚好为零，不计空气阻力，重力加速度为g。则(　　 )A．带电微粒在M、N两极板间往复运动B．两极板间电场强度大小为C．若将M向下平移，微粒仍从A点由静止下落，进入电场后速度为零的位置与N的距离为hD．若将N向上平移，微粒仍从A由静止下落，进入电场后速度为零的位置与M的距离为h8.（2020高考模拟示范卷2）如图，一斜面紧靠竖直墙面固定在水平地面上。在纸面内加一匀强电场，其方向与水平面夹角为，场强，现将一质量为m带电量为+q的小球从斜面上P点竖直向上以v0抛出，第一次与接触面撞前空中飞行的竖直位移为y1，若仅将初速度大小变为3v0从P点竖直抛出，第一次与接触面碰撞前在空中飞行的竖直位移为y2，则下列说法可能正确的是 A. y2=2y1                       B. y2=4y1                       C. y2=6y1                       D. y2=10y19. （2020高考仿真冲刺卷7）一长为L的绝缘细线,上端固定,下端拴一质量为m、带电荷量为q的小球,处于如图所示的水平向右的匀强电场中.开始时,将细线与小球拉成水平,小球静止在A点,释放后小球由静止开始向下摆动,当细线转过60°角时,小球到达B点的速度恰好为零,则(　　)A.A,B两点的电势差UAB=-B.匀强电场的电场强度大小E=C.小球所带电荷为正电荷D.小球到达B点时,细线对小球的拉力大小FTB=mg　10（2021重庆名校联盟期末）如图所示，足够长的光滑绝缘水平台左端固定一被压缩的绝缘轻质弹簧，一个质量，电量的可视为质点的带电小球与弹簧接触但不栓接。某一瞬间释放弹簧弹出小球，小球从水平台右端A点飞出，恰好能没有碰撞地落到粗糙倾斜轨道的最高B点，并沿轨道滑下。已知AB的竖直高度，倾斜轨道与水平方向夹角为倾斜轨道长为，带电小球与倾斜轨道间的动摩擦因数。倾斜轨道通过光滑水平轨道CD与光滑竖直圆轨道相连，小球在C点没有能力损失，所有轨道都是绝缘的，运动过程中小球的电量保持不变。只有光滑竖直圆轨道处在范围足够大的竖直向下的匀强电场中，场强。取，求：
 被释放前弹簧的弹性势能；
若光滑水平轨道CD足够长，要使小球不离开轨道，光滑竖直圆轨道的半径应满足什么条件？
如果竖直圆弧轨道的半径，小球进入轨道后可以有多少次通过竖直圆轨道上距水平轨道高为的某一点P？11.如图所示，有一固定在水平面的平直轨道，该轨道由白色轨道和黑色轨道交替排列并平滑连接而成。各段轨道的编号已在图中标出。仅黑色轨道处在竖直向上的匀强电场中，一不带电的小滑块A静止在第1段轨道的最左端，绝缘带电小滑块B静止在第1段轨道的最右端。某时刻给小滑块A施加一水平向右的恒力F，使其从静止开始沿轨道向右运动，小滑块A运动到与小滑块B碰撞前瞬间撤去小滑块A所受水平恒力。滑块A、B碰撞时间极短，碰后粘在一起沿轨道向右运动。已知白色轨道和黑色轨道各段的长度均为L=0.10m，匀强电场的电场强度的大小E=1.0×104N/C；滑块A、B的质量均为m=0.010kg，滑块A、B与轨道间的动摩擦因数处处相等，均为μ=0.40，绝缘滑块B所带电荷量q=+1.0×10-5C，小滑块A与小滑块B碰撞前瞬间的速度大小v=6.0m/s。A、B均可视为质点（忽略它们的尺寸大小），且不计A、B间的静电力作。在A、B粘在一起沿轨道向右运动过程中电荷量保持不变，取重力加速度g =10m/s2。 （1）求F的大小；（2）碰撞过程中滑块B对滑块A的冲量；（3）若A和B最终停在轨道上编号为k的一段，求k的数值。12　如图甲所示，粗糙水平轨道与半径为R的竖直光滑、绝缘的半圆轨道在B点平滑连接，过半圆轨道圆心O的水平界面MN的下方分布有水平向右的匀强电场E，质量为m的带正电小滑块从水平轨道上A点由静止释放，运动中由于摩擦起电滑块电量会增加，过B点后电荷量保持不变，小滑块在AB段加速度随位移变化图像如图乙。已知A、B间距离为4R，滑块与轨道间动摩擦因数为μ＝0.5，重力加速度为g，不计空气阻力，求：(1)小滑块释放后运动至B点过程中电荷量的变化量；(2)滑块对半圆轨道的最大压力大小；(3)小滑块再次进入电场时，电场大小保持不变、方向变为向左，求小滑块再次到达水平轨道时的速度大小以及距B的距离。