专题三 电场中能量问题必刷20题-【考点—深化—题型】2023-2024学年高二物理精讲与精练高分突破考点专题系列（人教版2019必修第三册）

一、解答题 1．如图所示，质量为m、电荷量为q（）的带电粒子在纸面内自A点先后以不同的速度进入电场，速度方向与电场的方向垂直。已知刚进入电场时速度为零的粒子，自圆周上的C点以速率穿出电场，AC与AB的夹角。运动中粒子仅受电场力作用。 （1）为使粒子穿过电场后的动能增量最大，该粒子穿出电场时的动能为多大？ （2）粒子穿过电场前后速度变化量的大小为，则粒子穿出电场时的动能为多大？    2．如图所示，在竖直平面内，光滑绝缘直杆AC与半径为R的圆周交于B、C两点，在圆心处有一固定的正点电荷，B点为AC的中点，C点位于圆周的最低点。现有一质量为m、电荷量为-q、套在杆上的带负电小球（可视为质点）从A点由静止开始沿杆下滑。已知重力加速度为g，A点距过C点的水平面的竖直高度为3R，小球滑到B点时的速度大小为，（取过C点的水平面为零势能面）。求： （1）小球滑到B点时的机械能大小； （2）小球滑到C点时的速度大小； （3）若以C点作为参考点（零电势点），试确定A点的电势。    3．光滑水平面上方存在水平向左的匀强电场，电场强度大小。带负电的绝缘滑块（可视为质点）置于带负电的绝缘长木板左端，与长木板保持相对静止共同向右运动，当长木板右端距墙时，滑块与长木板的速度，长木板与墙碰撞时间极短，碰后长木板速度大小不变，方向反向。已知长木板带电量、质量，滑块带电量、质量，滑块与长木板之间的动摩擦因数，重力加速度g取。求： （1）长木板与墙碰撞前瞬间的速度大小； （2）第一次碰墙反弹后滑块不从木板上滑下，求第一次碰墙反弹后木板离墙的最大距离是多少； （3）第二次碰墙反弹后滑块恰好不从木板上滑下，求木板长度； （4）若最终滑块未从木板上滑下，求木板至少多长。 4．如图所示，在水平向左的匀强电场中，有一光滑半圆形绝缘轨道竖直固定放置，其半径为R，半圆轨道所在竖直平面与电场线平行，半圆轨道最低点与一水平粗糙绝缘轨道MN相切于N点。一小滑块（可视为质点）带正电且电荷量为q，质量为m，与水平轨道间的滑动摩擦力大小为0.5mg，现将小滑块从水平轨道的M点由静止释放，恰能运动到半圆轨道的最高点H。已知电场强度大小为，重力加速度大小为g，求： （1）小滑块在最高点H的速度vH大小； （2）M点距半圆轨道最低点N的水平距离L； （3）小滑块通过半圆轨道中点P时，轨道对小滑块的弹力F大小。 5．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？ 6．如图甲所示，大量质量为m、电荷量为e的质子连续不断地由静止开始经电压为的电场加速后，沿水平金属板A、B间的中线射入偏转电场，A、B两板长度均为L，两板间距离为，两板右端L远处竖直放置一足够大的屏，A、B两板间电压按如图乙所示的规律作周期性变化，周期为T，电压，不计质子的重力及质子之间的相互作用，计算结果可以用m、e、T、L表示。求： （1）质子射入偏转电场时的速度大小； （2）时射入偏转电场的质子穿出两板时沿垂直极板方向偏移的距离； （3）时间段内某时刻射入偏转电场的质子打到屏上的点距离屏中心的最大距离。 7．如图所示，BCDG是光滑绝缘的圆形轨道，位于竖直平面内，轨道半径为R，下端与水平绝缘轨道在B点平滑连接，整个轨道处在水平向左的匀强电场中，现有一质量为m、带正电的小滑块（可视为质点）置于水平轨道上，滑块受到的电场力大小为，滑块与水平轨道间的动摩擦因数为0.5，重力加速度为g。 （1）若滑块从水平轨道上距离B点s = 3R的A点由静止释放，滑块到达与圆心O等高的C点时速度为多大？ （2）若滑块从水平轨道上距离B点s = 10R的A点由静止释放，求滑块到达D点时受到轨道的作用力大小？ （3）改变s的大小仍使滑块由静止释放，且滑块始终沿轨道滑行，并从G点飞出轨道，求s的最小值。 8．如图所示，A、B是位于竖直平面内、半径R＝0.5m的圆弧形的光滑绝缘轨道，其下端点B与水平绝缘轨道平滑连接，整个轨道处在水平向左的匀强电场中，电场强度E＝1×104N/C。今有一质量为m＝0.1kg、带电荷量＋q＝7.5×10－5C的小滑块（可视为质点）从A点由静止释放．若已知滑块与水平轨道间的动摩擦因数μ＝0.05，取g＝10m/s2，求： （1）小滑块第一次经过圆弧形轨道最低点B时的速度； （2）小滑块第一次经过圆