专题09 电场 带电粒子在电场中的运动（讲义）（解析版）-2025年高考物理二轮复习讲练测（新高考用）

32/33专题09电场带电粒子在电场中的运动目录TOC\o"1-3"\h\u01考情透视·目标导航 302知识导图·思维引航 403核心精讲·题型突破 5题型一电场的性质 5【核心精讲】 5一、场强叠加及典型电场 5二、电场能的性质 6【真题研析】 7【命题预测】 7考向一场强的叠加 9考向二双电荷模型电场问题 10考向三电场能的性质 11题型二静电场中三类常见图像 13【核心精讲】 13一、φ-x图像 13二、Ep-x图像 13三、E-x图像 13【真题研析】 14【命题预测】 14考向一φ-x图像 15考向二Ep-x图像 17考向三E-x图像 18题型三带电粒子（带电体）在电场中的运动 20【核心精讲】 20一、带电粒子（带电体）在电场中的直线运动 20二、带电粒子（带电体）在电场中的抛体运动 21三、带电粒子（带电体）在电场中的圆周运动 22【真题研析】 22【命题预测】 24考向一带电粒子（带电体）在电场中的匀变速直线运动 24考向二带电粒子（带电体）在交变电场中的直线运动 25考向三带电粒子（带电体）在电场中的类平抛运动 27考向四带电粒子（带电体）在交变电场中的抛体运动 28考向五带电粒子（带电体）在电场中的圆周运动 30命题统计命题要点2024年2023年2022年热考角度电场的性质2024江西卷T1，2024江苏卷T1，2024河北卷T2、7，2024新课标卷T18，2024湖北卷T4，2024湖北卷T8，2024广西卷T7，2024广东卷T8，2024甘肃卷T9，2024福建卷T112023海南卷T8，2023湖南卷T5，2023重庆卷T3，2023河北卷T9，2023湖北卷T3，2023天津卷T8，2023北京卷T8，2023辽宁卷T9，2023广东卷T9；2023福建卷T10，2023海南卷T12，2023山东卷T112022福建卷T3，2022重庆卷T8，2022河北卷T6，2022天津卷T2，2022海南卷T8，2022江苏卷T9，2022湖南卷T2，2022山东卷T3电场中的三类图像2024天津卷T5，2024重庆卷T6，2024湖南卷T5带电粒子在电场中的运动2024辽宁、吉林、黑龙江卷T5，2024海南卷T12，2024甘肃卷T7，2024河北卷T13,2024江西卷T10，2024山东卷T10，2024辽宁吉林黑龙江卷T62023北京卷T19，湖北卷T10，2023福建卷T16，2023新课标卷T252022辽宁卷T10.14，2022江苏卷T15,2022重庆卷T2，2022湖北卷T10命题规律从近三年高考试题来看，试题以选择题和计算题为主，选题题大多情况下较为基础简单，多以考查电场强度、电势能、电势以及电场线等问题。计算题的难度中等或者中等偏上，分为两种情况，一种是单纯考查带电粒子在电场中的运动问题；一种是和磁场结合考查带电粒子在电磁场中的运动问题。考向预测预计在2025年高考中，还会以选择题的形式考查电场中的基本概念的问题。以计算题的形式考查带电粒子在电场中的运动，题目多会以现在科学技术为背景材料，考查典型带电粒子在电场中运动模型。命题情景多以典型的电场、生产生活和科技事例为命题背景常用方法整体法、隔离法、对称法、力学三大观点电场电场的性质电场中的三类图像带电粒子在电场中的运动φ-x图像：斜率表示电场强度大小Ep-x图像：斜率表示电场力大小直线运动：牛顿第二定律和运动学公式类抛体运动：化曲为直圆周运动：等效重力场E-x图像：面积表示电势差电场力的性质电场能的性质电场强度：合成法、微元法、对称法电场电场的性质电场中的三类图像带电粒子在电场中的运动φ-x图像：斜率表示电场强度大小Ep-x图像：斜率表示电场力大小直线运动：牛顿第二定律和运动学公式类抛体运动：化曲为直圆周运动：等效重力场E-x图像：面积表示电势差电场力的性质电场能的性质电场强度：合成法、微元法、对称法电场线：等量电荷电场线连线与中垂线电势与场强的变化等势面：等势面与电场线的关系电势：电势能：电势差：题型一电场的性质一、场强叠加及典型电场1.电场强度的三个计算公式2.电场强度的叠加与计算的方法①叠加法：多个点电荷在空间某处产生的电场强度为各电荷在该处所产生的电场强度的矢量和。②对称法：利用空间上对称分布的电荷形成的电场具有对称性的特点，使复杂电场的叠加计算问题大为简化。③补偿法：将有缺口的带电圆环补全为圆环，或将半球面补全为球面，然后再应用对称的特点进行分析，有时还要用到微元思想。④微元法：将带电体分成许多电荷元，每个电荷元看成点电荷，先根据库仑定律求出每个电荷元的场强，再结合对称性和场强叠加原理求出合场强。3.双电荷模型电场（1）两种等量点电荷的电场强度及电场线的比较比较等量异种点电荷等量同种点电荷电场线分布图电荷连线上的电场强度沿连线先变小后变大O点最小,但不为零O点为零中垂线上的电场强度O点最大,向外逐渐减小O点最小,向外先变大后变小关于O点对称位置的电场强度A与A'、B与B'、C与C'等大同向等大反向（2）“电场线+运动轨迹”组合模型模型特点:当带电粒子在电场中的运动轨迹是一条与电场线不重合的曲线时,这种现象简称为“拐弯现象”,其实质为“运动与力”的关系。运用牛顿运动定律的知识分析:①“运动与力两线法”——画出“速度线”(运动轨迹在某一位置的切线)与“力线”(在同一位置电场线的切线方向且指向轨迹的凹侧),从二者的夹角情况来分析带电粒子做曲线运动的情况。②“三不知时要假设”——电荷的正负、电场的方向、电荷运动的方向,是题目中相互制约的三个方面。若已知其中一个,可分析判定各待求量;若三个都不知(三不知),则要用“假设法”进行分析。（3）电场线的应用电场能的性质1.电势高低的判断“四法”判断方法方法解读电场线方向法沿电场线方向电势逐渐降低场源电荷正负法取无穷远处电势为零，正电荷周围电势为正值，负电荷周围电势为负值；越靠近正电荷处电势越高，越靠近负电荷处电势越低电势能大小法同一正电荷的电势能越大的位置处电势越高，同一负电荷的电势能越大的位置处电势越低静电力做功法根据UAB＝eq\f(WAB,q)，将WAB、q的正负号代入，由UAB的正负判断φA、φB的高低2.电势能的大小判断“四法”判断方法方法解读公式法将电荷量、电势及正负号一起代入公式EpA＝qφA计算，EpA＞0时值越大，电势能越大；EpA＜0时绝对值越大，电势能越小电势高低法同一正电荷在电势越高的地方电势能越大；同一负电荷在电势越低的地方电势能越大静电力做功法静电力做正功，电势能减小；静电力做负功，电势能增加能量守恒法在电场中，若只有静电力做功时，电荷的动能和电势能相互转化而且其和守恒，动能增加，电势能减小；反之，动能减小，电势能增加3.匀强电场中电势差与电场强度的关系在匀强电场中由公式U＝Ed得出的“一式二结论”1．（2024·广东·高考真题）污水中的污泥絮体经处理后带负电，可利用电泳技术对其进行沉淀去污，基本原理如图所示。涂有绝缘层的金属圆盘和金属棒分别接电源正、负极、金属圆盘置于底部、金属棒插入污水中，形成如图所示的电场分布，其中实线为电场线，虚线为等势面。M点和N点在同一电场线上，M点和P点在同一等势面上。下列说法正确的有（）A．M点的电势比N点的低B．N点的电场强度比P点的大C．污泥絮体从M点移到N点，电场力对其做正功D．污泥絮体在N点的电势能比其在P点的大【答案】AC【详解】AC．根据沿着电场线方向电势降低可知M点的电势比N点的低，污泥絮体带负电，根据可知污泥絮体在M点的电势能比在N点的电势能大，污泥絮体从M点移到N点，电势能减小，电场力对其做正功，故AC正确；B．根据电场线的疏密程度可知N点的电场强度比P点的小，故B错误；D．M点和P点在同一等势面上，则污泥絮体在M点的电势能与在P点的电势能相等，结合AC选项分析可知污泥絮体在P点的电势能比其在N点的大，故D错误。故选AC。【技巧点拨】（1）明确电场线和等势面的关系和特点。（2）熟记电场中电势、电势能等概念，以及判断电势和电势能变化的方法。2．（2024·贵州·高考真题）如图，A、B、C三个点位于以O为圆心的圆上，直径与弦间的夹角为。A、B两点分别放有电荷量大小为的点电荷时，C点的电场强度方向恰好沿圆的切线方向，则等于（）

A． B． C． D．2【答案】B【详解】根据题意可知两电荷为异种电荷，假设为正电荷，为负电荷，两电荷在C点的场强如下图，设圆的半径为r，根据几何知识可得，，同时有，联立解得故选B。

【技巧点拨】（1）熟练掌握平行四边形定则、三角形定则和正交分解法，将电场强度的叠加问题放置于矢量三角形中利用边角关系加以解决。（2）利用好特殊电场的对称性以及点电荷电场强度的求解方法，处理非常规电场强度叠加问题。考向一场强的叠加3．（2024·河北·高考真题）如图，真空中有两个电荷量均为的点电荷，分别固定在正三角形的顶点B、C．M为三角形的中心，沿的中垂线对称放置一根与三角形共面的均匀带电细杆，电荷量为．已知正三角形的边长为a,M点的电场强度为0，静电力常量的k．顶点A处的电场强度大小为（

）A． B． C． D．【答案】D【详解】B点C点的电荷在M的场强的合场强为因M点的合场强为零，因此带电细杆在M点的场强，由对称性可知带电细杆在A点的场强为，方向竖直向上，因此A点合场强为故选D。4．（2024·湖北荆州·模拟预测）均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处的点电荷产生的电场。如图所示，在绝缘球球面上均匀分布正电荷，总电荷量为q；在剩余球面AB上均匀分布负电荷，总电荷量是。球半径为R，球心为O，CD为球面的对称轴，在轴线上有M、N两点，且，。已知球面在M点的场强大小为E，静电力常量为k，则N点的场强大小为（）A． B． C． D．【答案】B【详解】将AB部分补上，使球壳变成一个均匀带正电的完整的球壳，完整球壳带电荷量为为保证电荷量不变，球面AB带负电荷量为q，则该球壳带正电的部分在M点产生的场强为根据对称性可知，带正电的部分完整球壳在N点产生的场强大小为球面AB带负电荷量为q，在N点产生的场强大小为2E，两者方向相反，则N点的场强大小为故选B。考向二双电荷模型电场问题5．（2024·北京·高考真题）如图所示，两个等量异种点电荷分别位于M、N两点，P、Q是MN连线上的两点，且。下列说法正确的是（）A．P点电场强度比Q点电场强度大B．P点电势与Q点电势相等C．若两点电荷的电荷量均变为原来的2倍，P点电场强度大小也变为原来的2倍D．若两点电荷的电荷量均变为原来的2倍，P、Q两点间电势差不变【答案】C【详解】A．由等量异种点电荷的电场线分布特点知，P、Q两点电场强度大小相等，A错误；B．由沿电场线方向电势越来越低知，P点电势高于Q点电势，B错误；CD．由电场叠加得P点电场强度若仅两点电荷的电荷量均变为原来的2倍，则P点电场强度大小也变为原来的2倍，同理Q点电场强度大小也变为原来的2倍，而PQ间距不变，根据定性分析可知P、Q两点间电势差变大，C正确，D错误。故选C。6．（2024·湖南长沙·一模）如图所示，ABCD是正四面体，虚线圆为三角形ABD的内切圆，切点分别为M、N、P，O为圆心，正四面体的顶点A、B和D分别固定有电荷量为、和的点电荷，下列说法正确的是（）A．M、P两点的电场强度相同B．M、O、N、P四点的电势C．将带正电的试探电荷由O点沿直线移动到C点，电势能先增大后减小D．将固定在D点的点电荷移动到C点，电场力做功为零【答案】D【详解】A．根据题意，由对称性可知，M、P两点的电场强度大小相等，但方向不同，故A错误；B．根据等量同种正点电荷空间等势面的分布特点可知，在A、B两处的正点电荷产生的电场中，M、P两点的电势相等，且N点电势高于O点的电势，O点的电势高于M、P点的电势；在D点的负点电荷产生的电场中，N点的电势高于O点的电势，O点的电势高于M、P两点的电势，M、P两点的电势相等，综上所述，可知M、O、N、P四点的电势故B错误；C．等量异种电荷连线中垂面为等势面，则在B、D两处的点电荷产生的电场中，连线为等势线，在A点的正点电荷产生的电场中，从到电势逐渐变小，综上所述，可知从到电势逐渐变小，将带正电的试探电荷由O点沿直线移动到C点，电势能一直减小，故C错误；D．根据等量同种正点电荷空间等势面的分布特点可知，在A、B两处的正点电荷产生的电场中，C、D两点的电势相等，则将固定在D点的点电荷移动到C点，电场力做功为零，故D正确。故选D。考向三电场能的性质7．（2024·甘肃·高考真题）某带电体产生电场的等势面分布如图中实线所示，虚线是一带电粒子仅在此电场作用下的运动轨迹，M、N分别是运动轨迹与等势面b、a的交点，下列说法正确的是（）A．粒子带负电荷 B．M点的电场强度比N点的小C．粒子在运动轨迹上存在动能最小的点 D．粒子在M点的电势能大于在N点的电势能【答案】BCD【详解】A．根据粒子所受电场力指向曲线轨迹的凹侧可知，带电粒子带正电，故A错误；B．等差等势面越密集的地方场强越大，故M点的电场强度比N点的小，故B正确；CD．粒子带正电，因为M点的电势大于在N点的电势，故粒子在M点的电势能大于在N点的电势能；由于带电粒子仅在电场作用下运动，电势能与动能总和不变，故可知当电势能最大时动能最小，故粒子在运动轨迹上到达最大电势处时动能最小，故CD正确。故选BCD。8．（2025·陕西宝鸡·一模）如图所示，在直角坐标系xOy中有a、b、c、d四点，c点坐标为（-4cm，3cm）。现加上一方向平行于xOy平面的匀强电场，b、c、d三点电势分别为9V、25V、16V，将一电荷量为的点电荷从a点沿abcd移动到d点，下列说法正确的是（）A．坐标原点O的电势为7VB．电场强度的大小为500V/mC．该点电荷在a点的电势能为2×10-4JD．该点电荷从a点移动到d点的过程中，电场力做功为8×10-4J【答案】B【详解】A．由于该电场是匀强电场，故沿着同一个方向相同距离电势差相等，则有解得故A错误；B．该电场沿轴方向的分场强大小为沿轴方向的分场强大小为则该电场的电场强度的大小为故B正确；C．因，则有解得该点电荷在a点的电势能为故C错误；D．该点电荷从a点移到d点，电场力做功为故D错误。故选B。题型二静电场中三类常见图像一、φ-x图像1.电场强度的大小等于φ-x图线的斜率的绝对值,电场强度为零处,φ-x图线存在极值,其切线的斜率为零。2.在φ-x图像中可以直接判断各点电势的大小,并可根据电势大小关系确定电场强度的方向。3.在φ-x图像中分析电荷移动时电势能的变化,可用WAB=qUAB,进而分析WAB的正负,然后作出判断。二、Ep-x图像1.根据电势能的变化可以判断电场力做功的正负,电势能减少,电场力做正功:电势能增加,电场力做负功。2.根据ΔEp=-W=-Fx,图像Ep-x斜率的绝对值表示电场力的大小。E-x图像1.E-x图像反映了电场强度随位移变化的规律,E>0表示电场强度沿x轴正方向;E<0表示电场强度沿x轴负方向。2.在给定了电场的E-x图像后,可以由图线确定电场强度的变化情况,电势的变化情况,E-x图线与x轴所围图形“面积”表示电势差,两点的电势高低根据电场方向判定。在与粒子运动相结合的题目中,可进一步确定粒子的电性、动能变化、电势能变化等情况。3.在这类题目中,还可以由E-x图像画出对应的电场,利用这种已知电场的电场线分布、等势面分布或场源电荷来处理相关问题。9．（2024·重庆·高考真题）沿空间某直线建立x轴，该直线上的静电场方向沿x轴，其电电势的φ随位置x变化的图像如图所示，一电荷都为e带负电的试探电荷，经过x2点时动能为1.5eV，速度沿x轴正方向若该电荷仅受电场力。则其将（

）A．不能通过x3点 B．在x3点两侧往复运动C．能通过x0点 D．在x1点两侧往复运动【答案】B【详解】带负电的试探电荷在x2处动能为1.5eV，电势能为-1eV，总能量为0.5eV，且试探电荷速度沿x轴正方向，在x2~x3区域试探电荷受到沿x轴正方向的静电力，做加速运动，在x3处速度最大，试探电荷继续运动到x3右侧，做减速运动，当速度为零时，电势能为0.5eV，即运动到电势为－0.5V处减速到零，开始向x轴负方向运动，后反向回到x2处动能仍为1.5eV，继续向左运动，在电势为－0.5V处减速到零又反向，不会运动到x0、x1处，即试探电荷在x3点两侧往复运动。故选B。10．（2024·天津·高考真题）某静电场在x轴正半轴的电势随x变化的图像如图所示，a、b、c、d、为x轴上四个点。一负电荷仅在静电力作用下，以一定初速度从d点开始沿x轴负方向运动到a点，则该电荷（）A．在b点电势能最小 B．在c点时速度最小C．所受静电力始终做负功 D．在a点受静电力沿x轴负方向【答案】BD【详解】AB．根据题意，由公式可知，负电荷在高电势位置的电势能较小，由图可知，点的电势最大，则在点电势能最小，同理可知，c点的电势最小，则在c点时电势能最大，电荷仅在电场力作用下，电荷的电势能和动能之和不变，可知，电势能最大时，动能最小，则在c点时，电荷的动能最小，即速度最小，故A错误，B正确；CD．根据沿电场线方向电势逐渐降低，结合题图可知，点左侧电场方向沿轴正方向，点右侧电场方向沿轴负方向，可知，点右侧负电荷受沿轴正方向的电场力，点左侧负电荷受沿轴负方向的电场力，可知，在a点受静电力沿x轴负方向，从d点开始沿x轴负方向运动到a点，电场力先做负功再做正功，故C错误，D正确。故选BD。【技巧点拨】处理三类图像时，重点利用好图像的斜率和面积的物理含义。考向一φ-x图像11．（2024·福建龙岩·模拟预测）反射式速调管是常用的微波器件之一，其内部真空，有一个静电场的方向平行于x轴，其电势随x的分布如图所示，处电势为6V。一个带负电粒子（重力不计）从处由静止释放，下列说法正确的是（）A．该静电场可以由两个负电荷产生B．的电场强度小于处的电场强度C．该粒子在处的电势能最大D．该粒子将沿x轴负方向运动，运动到的最远位置为【答案】BD【详解】AB．根据图像的斜率表示电场强度，由图可知区域的电场强度大小为方向沿着轴负方向；区域的电场强度大小为方向沿着轴正方向；可知的电场强度小于处的电场强度，且此静电场不可能由两个负电荷产生，故A错误，B正确；C．处电势最高，根据可知该负电荷的粒子在处的电势能最小，故C错误；D．带负电粒子（重力不计）从处由静止释放，受到向轴负方向的电场力，当运动到区域后，受到轴正方向的电场力，根据动能定理可得可得则该粒子将沿x轴负方向运动，运动到的最远位置为故D正确。故选BD。12．（2024·湖南长沙·二模）空间存在一电场，电场方向平行于轴，电场中沿轴各处的电势如图所示，一个带电粒子仅在电场力作用下沿轴做周期性运动。若粒子的质量为、电荷量大小为，其在点的能量（包括电势能和动能）为。下列说法正确的是（）A．粒子带正电B．点左侧区域为匀强电场且电场强度的大小为C．粒子在运动过程中到点的最远距离为D．粒子在运动过程中的最大速度大小为【答案】AD【详解】A．沿着电场的方向电势降低，则由图可知，在纵轴的左侧电场沿着轴的正方向，在纵轴的右侧电场沿着轴的负方向，要使带电粒子沿着轴做周期性运动，粒子只能带正电，故A正确；B．在图像中，图像的斜率在数量上等于电场强度；点左侧区域内，图像是倾斜的直线，说明电场是匀强电场。根据电场强度和电势差之间的关系可得电场强度的大小为故B错误；C．根据能量守恒定律，粒子速度为0的位置的电势能为，则该处电势为；根据图像可知，该处的坐标为，即粒子能运动到的最远距离为，故C错误；D．根据图像可知，粒子的电势能最小为零，此时动能最大，速度最大，则有解得故D正确。故选AD。考向二Ep-x图像13．（2024·宁夏银川·三模）在x轴上O、P两点分别放置电荷量为、的点电荷，一带正电的试探电荷在两电荷连线上的电势能随x变化关系如图所示，其中A、B两点电势能为零，BD段中C点电势能最大，则（

）A．，B．BC间场强方向沿x轴负方向C．C点的电场强度大于A点的电场强度D．将一负点电荷从B点移到D点，电场力先做负功后做正功【答案】AB【详解】A．正电荷在电势高的地方电势能大，O到P点由图知，电势降低，A点的电势为零，所以O点的电荷带正电，P点电荷带负电，故A正确；B．由图可知：从B到C，电势升高，BC间电场强度方向沿x轴负方向，故B正确；C．图象斜率是电场力，C点斜率为零，则C点电场强度为零，故C错误；D．因为BC间电场强度方向沿x轴负方向，CD间电场强度方向沿x轴正方向，则将一负点电荷从B点移到D点，电场力先做正功后负功，故D错误。故选AB。14．（2024·四川甘孜·一模）一带负电的粒子只在电场力作用下沿轴正向运动，其电势能随位移变化的关系如图所示，其中段是对称的曲线，段是直线，则下列说法不正确的是（）A．处电场强度为正值B．处电势的关系为C．粒子在段做匀变速运动，段做匀速直线运动D．段是匀强电场【答案】AC【详解】A．在图像中，图像的斜率表示电场力的大小，可知处斜率为零，因此电场强度为零，A不正确；B．根据可知负电荷在电势越高的位置，电势能越小，因此，B正确；C．在段，电场力为变力，在段，电场力保持不变，因此粒子在段做变加速直线运动，在段做匀变速直线运动，C不正确；D．由于在段电场力大小和方向保持不变，因此段是匀强电场，D正确。故不正确的选AC。考向三E-x图像15．（2024·福建·模拟预测）如图所示，两个可看做点电荷的带电绝缘小球均紧靠着塑料圆盘边缘，小球A固定不动（图中未画出）。小球B绕圆盘边缘在平面内从沿逆时针缓慢移动，测量圆盘中心O处的电场强度，获得沿x方向的电场强度随变化的图像（如图乙）和沿y方向的电场强度随变化的图像（如图丙）。下列说法正确的是（）A．小球A带正电荷，小球B带负电荷B．小球A、B所带电荷量之比为C．小球B绕圆盘旋转一周过程中，盘中心O处的电场强度先增大后减小D．小球B绕圆盘旋转一周过程中，盘中心O处的电场强度最小值为【答案】BD【详解】A．由乙、丙两图可知，当时，小球B在O点正上方，此时Ex=0，Ey=-6V/m，则说明小球A一定在y轴上固定；当θ=0时，Ex=-4V/m，Ey=0，小球B在O点正右侧，而水平方向场强方向为x轴负向，则说明小球B为正电荷，此时Ey=-2V/m，竖直方向的场强方向为y轴负向，若小球A在O点正上方固定，则小球A带正电荷，若小球A在O点正下方固定，则小球A带负电荷，所以小球A的带电性质不能确定，故A错误；B．由于两小球都紧靠在塑料圆盘的边缘，所以到O点的距离，相同，当θ=0时，Ex=-4V/m，Ey=-2V/m，由可得QA：QB=1：2故B正确；C．盘中心O处的电场强度为小球A和小球B在O点产生的场强的矢量和，随着小球B从θ=0转到2π的过程中，EA和EB大小都不变，EA和EB的夹角在增大的过程中，当时，O处的合场强最大；当时，O处的合场强最小，所以小球B从θ=0转到2π的过程中，中心O处的合场强先增大后减小再增大，故C错误；小球B绕圆盘旋转一周过程中，当时，O处的合场强最小，其值大小为E=EA+EB=（-2+4）V/m=2V/m故D正确。故选BD。16．（2024·山东济宁·二模）有一电荷量分布均匀且带电量为＋Q的圆环，在其轴线上距离圆心x处产生的电场强度大小如图所示。一质量为m、电荷量为q的带电粒子，在圆心右侧紧靠圆心处由静止释放，仅在电场力作用下沿轴线向右运动。下列说法正确的是（）A．该粒子带负电B．该粒子沿轴线运动过程中电势能逐渐减少C．该粒子运动过程中最大加速度约为D．该粒子从r运动到2r过程中电场力做的功约为【答案】BCD【详解】A．均匀带电的圆环在其右侧轴线上产生的场强向右，带点粒子从静止释放向右运动，说明所受电场力向右，该粒子带正电，A错误；B．该粒子沿轴线运动过程中电场力做正功，电势能逐渐减少，B正确；C．粒子受电场力最大时，加速度最大，即，C正确；D．图像中图线与坐标轴围成的面积可以表示电势差，故该粒子从r运动到2r电场力做功约为，D正确。故选BCD。题型三带电粒子（带电体）在电场中的运动一、带电粒子（带电体）在电场中的直线运动1.做直线运动的条件①粒子所受合外力F合＝0，粒子或静止，或做匀速直线运动。②匀强电场中，粒子所受合外力F合≠0，且与初速度方向在同一条直线上，带电粒子将做匀加速直线运动或匀减速直线运动。2.用动力学观点分析a＝eq\f(qE,m)，E＝eq\f(U,d)，v2－v02＝2ad(匀强电场)。3.用功能观点分析匀强电场中：W＝Eqd＝qU＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mv02。非匀强电场中：W＝qU＝Ek2－Ek1。4.交变电场中的直线运动（方法实操展示）U-t图像v-t图像轨迹图二、带电粒子（带电体）在电场中的抛体运动1.带电粒子在匀强电场中的抛体问题基本处理方法①在垂直电场方向上,粒子做匀速直线运动,在这个方向上找出平行板的板长和运动时间等相关物理量;②沿静电力方向上,粒子做匀加速直线运动,在这个方向上找出偏转加速度、偏转位移、偏转速度等相关物理量。③在垂直电场方向上有t=lv0,沿静电力方向上有y=12at2或vy=at、2.交变电场中的偏转（带电粒子重力不计，方法实操展示）U-t图轨迹图vv0v0v0v0v0v0vy-t图ttOvyv0T/2T单向直线运动AB速度不反向ttOvyv0往返直线运动AB速度反向TT/2-v0三、带电粒子（带电体）在电场中的圆周运动1.方法概述等效思维方法是将一个复杂的物理问题,等效为一个熟知的物理模型或问题的方法。对于这类问题,若采用常规方法求解,过程复杂,运算量大。若采用等效法求解,则能避开复杂的运算,过程比较简捷。2.方法应用先求出重力与电场力的合力,将这个合力视为一个等效重力,将a=F合17．（2024·江西·高考真题）如图所示，垂直于水平桌面固定一根轻质绝缘细直杆，质量均为m、带同种电荷的绝缘小球甲和乙穿过直杆，两小球均可视为点电荷，带电荷量分别为q和Q。在图示的坐标系中，小球乙静止在坐标原点，初始时刻小球甲从处由静止释放，开始向下运动。甲和乙两点电荷的电势能（r为两点电荷之间的距离，k为静电力常量）。最大静摩擦力等于滑动摩擦力f，重力加速度为g。关于小球甲，下列说法正确的是（）A．最低点的位置B．速率达到最大值时的位置C．最后停留位置x的区间是D．若在最低点能返回，则初始电势能【答案】BD【详解】A．全过程，根据动能定理解得故A错误；B．当小球甲的加速度为零时，速率最大，则有解得故B正确；C．小球甲最后停留时，满足解得位置x的区间故C错误；D．若在最低点能返回，即在最低点满足结合动能定理又联立可得故D正确。故选BD。18．（2024·河北·高考真题）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、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。【答案】（1）；（2），【详解】（1）在匀强电场中，根据公式可得场强为在A点细线对小球的拉力为0，根据牛顿第二定律得A到B过程根据动能定理得联立解得；【技巧点拨】（1）做好受力分析，根据受力分析对带电粒子（带电体）运动形式做出判断；（2）利用动力学三大观点处理带电粒子在电场中运动的问题。考向一带电粒子（带电体）在电场中的匀变速直线运动19．（2024·河北沧州·三模）如图所示，人体的细胞膜由磷脂双分子层组成，双分子层之间存在电压（医学上称为膜电位），使得只有带特定电荷的粒子才能通过细胞膜进入细胞内。初速度为的正一价钠离子仅在电场力的作用下，从细胞膜外A点刚好运动到细胞膜内B点。将膜内的电场看作匀强电场，已知A点电势为，正一价钠离子质量为m，电子电荷量为e，细胞膜的厚度为d。下列说法正确的是（）A．钠离子匀减速直线运动的加速度大小B．膜内匀强电场的场强C．B点电势D．钠离子在B点的电势能为【答案】C【详解】正一价钠离子做匀减速直线运动，刚好到达B点，即到达B点时速度为零，由解得加速度大小故A错误；B．由牛顿第二定律可知联立解得故B错误；C．由动能定理可得解得B点电势为故C正确；D．钠离子在B点电势能为故D错误。故C正确。20．（2024·四川·模拟预测）光滑绝缘斜面ABC处于水平向右的匀强电场中，如图所示，斜面AB的长度为2m，倾角θ=37°，电荷量为+q、质量为m的小球（可视为质点）以4m/s的初速度v0沿斜面匀速上滑。g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。下列选项中分析正确的是（）A．匀强电场的电场强度为B．小球在B点的电势能大于在A点的电势能C．仅将电场强度变为原来的2倍，则小球加速度大小为4m/s2D．仅将电场强度变为原来的一半，则小球运动到B点时的速度为【答案】D【详解】A．根据受力平衡可得解得匀强电场的电场强度为故A错误；B．电场力做正功，小球的电势能减少，则小球在B点的电势能小于在A点的电势能，故B错误；C．仅将电场强度变为原来的2倍，根据牛顿第二定律可得故C错误；D．仅将电场强度变为原来的一半，小球向上减速运动，根据牛顿第二定律可得根据运动学公式可得解得故D正确。故选D。考向二带电粒子（带电体）在交变电场中的直线运动21．（2023·广东东莞·模拟预测）如图所示的直线加速器由沿轴线分布的金属圆筒（又称漂移管）A、B、C、D、E组成，相邻金属圆筒分别接在电源的两端。质子以初速度从O点沿轴线进入加速器，质子在金属圆筒内做匀速运动且时间均为T，在金属圆筒之间的狭缝被电场加速，加速时电压U大小相同。质子电量为e，质量为m，不计质子经过狭缝的时间，则下列说法不正确的是（）A．MN所接电源的极性应周期性变化B．金属圆筒的长度应与质子进入圆筒时的速度成正比C．金属圆筒A的长度与金属圆筒B的长度之比为D．质子从圆筒B射出时的速度大小为【答案】C【详解】A．因用直线加速器加速质子，其运动方向不变，由题图可知，A的右边缘为正极时，则在下一个加速时，B、C、D、E的右边缘均为正极，所以MN所接电源极性应周期性变化，故A正确，不符合题意；B．质子在金属圆筒内做匀速运动，且时间均为T，由L=vT知金属圆筒的长度，L应与质子进入圆筒时的速度v成正比，故B正确，不符合题意；CD．对于带电粒子在圆筒A分析可得对于质子以初速度v0从O点沿轴线进入加速器，质子经1次加速，由动能定理可得解得所以金属圆筒A的长度与金属圆筒B的长度之比为金属圆筒A的长度与金属圆筒B的长度之比不一定是，故C错误，符合题意；D正确，不符合题意。故选C。22．（2024高三·广西·模拟预测）如图所示，两平行金属板竖直放置，左极板接地，中间有小孔。右极板电势随时间变化的规律如图所示。电子原来静止在左极板小孔处。（电子电量为e，不计重力作用）下列说法中正确的是（）A．若从时刻释放电子，电子将始终向右运动，直到打到右极板上B．若从时刻释放电子，电子可能在两板间振动C．若从时刻释放电子，在恰好到达右极板，则到达右极板时电子的为D．若从时刻释放电子，在时刻到达右极板，则到达右极板时的电子的动能是【答案】AD【详解】AB．若t=0时刻释放电子，电子将重复先加速后减速，直到打到右极板，不会在两板间振动，所以A正确，B错误；CD．设两极板距离为，极板间电场强度大小若从时刻释放电子，在时刻到达右极板，则电子经历了先加速再减速后加速三个过程，每段加速度大小相同，则每段位大小相同，均为。全过程由动能定理得得又得，C错误，D正确。故选AD。考向三带电粒子（带电体）在电场中的类平抛运动23．（2024·广东汕头·模拟预测）如图所示，在正方形ABCD区域内有平行于AB边的匀强电场，E、F、G、H是各边中点，其连线构成正方形，其中P点是EH的中点，一个带正电的粒子（不计重力）从F点沿FH方向射入电场后恰好从D点射出，以下说法正确的是（）A．粒子的运动轨迹一定经过P点B．粒子的运动轨迹一定经过PH之间某点C．若将粒子的初速度变为原来的一半，粒子会由ED之间某点从AD边射出D．若将粒子的初速度变为原来的一半，粒子恰好由E点从AD边射出【答案】D【详解】AB．由题意知，粒子的初速度方向垂直于电场方向，故粒子做类平抛运动，根据平抛运动推理：速度反向延长线过水平位移的中点，O为FH中点，即DO为轨迹的切线，因P在DO线上，所以运动轨迹一定不经过P点，一定经过EP之间点，故AB错误；CD．若将粒子的初速度变为原来一半，在电场力的方向运动不变，即离开矩形区域的时间不变，又初速度方向做匀速直线运动，所以位移是原来的一半，恰好由E点射出，故C错误，D正确。故选D。24．（2024·黑龙江大庆·模拟预测）如图所示，A、B、C、D、E、F、G、H是一正方体的8个顶点，正方体边长为d，AE边竖直向下。空间有一沿AB方向的匀强电场，从A点沿AD方向水平抛出一质量为m、带电量为的小球，小球恰好落到G点，重力加速度为g，则（）A．电场强度大小为B．小球抛出的速度大小为C．小球从A点运动到G点的时间为D．小球运动到G点时速度方向与水平面的夹角，满足【答案】D【详解】ABC．小球恰好落到G点，因此小球在正方体内的运动可分解为沿AB、AD、AE三个方向的运动；沿AE方向受重力，做自由落体运动，则有解得沿AB方向受电场力，则有，解得沿AD方向做匀速直线运动，则有解得故ABC错误；D．小球运动到G点时，竖直方向分速度为小球运动到G点时，沿电场方向的分速度为则小球运动到G点时，水平方向分速度为小球运动到G点时速度方向与水平面的夹角满足故D正确。故选D。考向四带电粒子（带电体）在交变电场中的抛体运动25．（2024·河南·一模）如图甲所示，两平行金属板A、B的板长和板间距均为d，两板之间的电压随时间周期性变化规律如图乙所示。一不计重力的带电粒子以速度从O点沿板间中线射入极板之间，若时刻进入电场的带电粒子在时刻刚好沿A板右边缘射出电场，则（）A．时刻进入电场的粒子在时刻速度大小为B．时刻进入电场的粒子在时刻速度大小为C．时刻进入电场的粒子在两板间的最大偏移量为D．时刻进入电场的粒子最终平行于极板射出电场【答案】AD【详解】A．在时刻，粒子在水平方向上的分速度为，两平行金属板A、B的板长和板间距均为d，，则有解得则时刻，，根据平行四边形定则知，粒子的速度为故A正确；C．当时刻射入电场的粒子，运动时间为电场变化周期的整数倍，则有水平方向竖直方向每移动的位移都相同设为，则有当该粒子在时刻以速度进入电场，则此时粒子竖直方向上在电场力的作用下，先做匀加速，再匀减速，接着再匀加速和匀减速后回到中线位置，由运动的对称性可知，竖直方向先匀加速后匀减速的位移为故C错误；B．时刻进入电场的粒子在时刻，竖直方向速度为根据平行四边形