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压轴题06 静电场中力和能性质的综合应用
1. 在高考物理中，静电场中力的性质和能的性质占据着重要的地位，它们不仅是电学部分的核心内容，也是理
解和应用电学知识的基础。
2. 在命题方式上，高考对于静电场中力的性质和能的性质的考查通常涉及电场强度、电场力、电势能、电势等
基本概念的理解和应用。这些考点可能会以选择题、计算题等多种形式出现，题目设计注重考查学生对电场力
做功、电场强度与电荷量、电势能与电势差等关系的理解和应用。
3. 备考时，学生应首先深入理解静电场中力的性质和能的性质的基本概念和原理，掌握电场强度、电场力、电
势能、电势等基本概念的定义、计算公式和物理意义。同时，学生还应注重实践应用，通过大量练习和模拟考
试，熟悉各种题型的解题方法和技巧，提高解题能力和速度。
考向一：电场中的一线一面一轨迹问题
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”,
1
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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．几种典型电场的等势面
电场
等势面
重要描述
匀强电场
垂直于电场线的一簇平面
点电荷
的电场
以点电荷为球心的一簇球面
等量异种
点电荷的
电场
连线的中垂线上电势处处为零
等量同种
(正)点电荷
的电场
两点电荷连线上，中点的电势最低；中
垂线上，中点的电势最高
4．带电粒子在电场中运动轨迹问题的分析方法
(1)从轨迹的弯曲方向判断受力方向(轨迹向合外力方向弯曲)，从而分析电场方向或电荷的正负。
(2)结合轨迹、速度方向与静电力的方向，确定静电力做功的正负，从而确定电势能、电势和电势差的变化等。
(3)根据动能定理或能量守恒定律判断动能的变化情况。
考向二：电场中的三类图像
（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。
2
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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。
（三）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。
考向三：电场中带电体的各类运动
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＝，E＝，v2－v0
2＝2ad(匀强电场)。
3．用功能观点分析：匀强电场中W＝Eqd＝qU＝mv2－mv0
2；非匀强电场中W＝qU＝Ek2－Ek1。
4．带电粒子在电场中的抛体运动：类比平抛运动，垂直于电场方向做匀速直线运动，沿电场方向做初速度为零
的匀变速运动。
5．带电小球在电场中的圆周运动：
3
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01 等量异种电荷的电场
1．太极图的含义丰富而复杂，它体现了中国古代哲学的智慧。如图所示，O 为大圆的圆心，
为上侧阳半圆
的圆心，
为下侧阴半圆的圆心，O、
，
在同一直线上，AB 为大圆的直径且与
连线垂直，C、D 为
关于O 点对称的两点，在
，
两点分别固定电荷量大小相等的异种点电荷，整个空间只有
、
处点电荷
产生的电场。下列说法正确的是（ ）
A．C、D 两点电势相等
B．把电子由A 沿直线移到B 的过程中，电子的电势能先增加后减小
C．把质子由A 沿直线移到B 的过程中，质子所受电场力先增加后减小
D．将一电子（不计重力）从A 点由静止释放，电子可以沿直线在AB 间做往返运动
02 等量同种电荷的电场
2．如图所示，空间立方体的棱长为a，O、P 分别为立方体上下表面的中心，在两条竖直边MN 和FG 的中点处
分别固定甲和乙两个带电荷量均为q 的负点电荷，上下表面中心连线OP 所在直线上O 点的上方有一点S（图中
未画出），S 到O 点的距离为r，电子的电荷量为e，静电力常量为k，下列说法正确的是（ ）
A．重力不计、比荷为
的电荷沿OP 所在直线运动时，在O 和P 点的加速度最大，最大值为
B．在S 点固定一个电荷量为4q 的负电荷，当
时， O 点的电场强度恰好等于零
C．在S 点固定一个电荷量为4q 的负电荷，无论r 为何值，比荷为
的电荷在M 点的电势能总大于在F
4
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点的电势能
D．在立方体所在空间加一方向竖直向上、电场强度为E 的匀强电场，将一电子由M 移动到G 时，电子的电
势能减少了
03 等势面及轨迹问题
3．在示波器、电子显微镜等器件中都需要将电子束聚焦，常采用的聚焦装置之一是静电透镜。静电透镜内电场
分布的截面图如图中所示，虚线为等势面，实线为电场线，相邻等势面间电势差相等。现有一束电子以某一初
速度从左侧进入该区域，P、Q 为电子运动轨迹上的两点。下列说法正确的是（ ）
A．P 点的电场强度大于Q 点的电场强度
B．P 点的电势高于Q 点的电势
C．电子在P 点的电势能小于在Q 点的电势能
D．电子在P 点的动能小于在Q 点的动能
04 φ-x 图像
4．空间内有一与纸面平行的匀强电场，为研究该电场，在纸面内建立直角坐标系。规定坐标原点的电势为0，
测得x 轴和y 轴上各点的电势如图1、2 所示。下列说法正确的是（ ）
A．电场强度的大小为160V/m
B．电场强度的方向与x 轴负方向夹角的正切值为
C．点（10cm，10cm）处的电势为20V
D．纸面内距离坐标原点10cm 的各点电势最高为20V
05 Ep-x 图像
5．如图甲所示，光滑绝缘水平面上有一带负电荷的小滑块，可视为质点，在
处以初速度
沿x
5
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轴正方向运动。小滑块的质量为
，带电量为
。整个运动区域存在沿水平方向的电场，图乙是
滑块电势能
随位置x 变化的部分图像，P 点是图线的最低点，虚线AB 是图像在
处的切线，并且AB 经
过（1，2）和（2，1）两点，重力加速度g 取
。下列说法正确的是（ ）
A．在
处的电场强度大小为20V/m
B．滑块向右运动的过程中，加速度先增大后减小
C．滑块运动至
处时，速度的大小为2.5m/s
D．若滑块恰好能到达
处，则该处的电势为-50V
06 E-x 图像
6．如图，为方向沿
轴的某电场的场强
随位置坐标
变化的关系图像，其中在负半轴上的图像是直线。一电
子从
轴上的
处由静止释放，仅在电场力作用下运动，电子电荷量绝对值为（
），下列说法正确的是
（ ）
A．电子从
到
过程动能增量大于从
到
过程动能增量
B．电子在
处与
处的电势能相等
C．电子从
处运动到
处过程中，电势能减小了
D．电子在
处具有的电势能最大
07 带电粒子在电场中的直线运动
7．如图所示，三块平行放置的金属薄板A、B、C 中央各有一小孔，小孔分别位于O、M、P 点。B 板与电源正
极相连，A、C 两板与电源负极相连。闭合电键，从O 点由静止释放一电子，电子恰好能运动到P 点（不计电子
的重力影响）。现将C 板向右平移到
点，下列说法正确的是（ ）
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A．若闭合电键后，再从O 点由静止释放电子，电子将运动到P 点返回
B．若闭合电键后，再从O 点由静止释放电子，电子将运动到
点返回
C．若断开电键后，再从O 点由静止释放电子，电子将运动到P 和
点之间返回
D．若断开电键后，再从O 点由静止释放电子，电子将穿过
点
08 带电粒子在电场中的抛体运动
8．如图，空间有一范围足够大的匀强电场，场强方向与梯形区域ABCD 平行，已知
，
，
，
，
，一比荷为
的带负电粒子由A 点沿
AD 方向以速率
进入该电场，恰好可以通过C 点。不计粒子的重力，下列说法正确的是（ ）
A．D 点电势为零
B．场强方向由D 指向B
C．该粒子到达C 点时速度大小为
D．该粒子到达C 点时速度方向与BC 边垂直
09 带电粒子在电场中的圆周运动
9．如图所示，光滑绝缘轨道ABC 由半圆轨道AB 和水平直轨道BC 组成，A、B 连线竖直。半圆轨道的圆心为
O、半径为R，空间有如图所示的匀强电场，场强大小为
，方向与水平面夹角为θ=30°，重力加速度为
g。在水平直轨道上距B 点L 处静止释放一质量为m、电量为q 的带正电小滑块，下列说法正确的是（ ）
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A．无论L 取何值，小滑块都能运动到A 点
B．小滑块在半圆轨道上运动时始终处于超重状态
C．若
，轨道对滑块的弹力最大值等于4mg
D．若
，轨道对滑块的弹力最大值等于3mg
1．（2024·山东淄博·二模）如图所示，一个正方体
，其上、下、左、右表面的中心分别为E、
F、G、H，在E、G 两点固定电荷量为
的点电荷，在F、H 两点固定电荷量为
的点电荷，下列说法正确的
是（ ）
A．
、D 两点电势相等
B．
中点处的场强与
中点处的场强相同
C．一带正电的试探电荷在
点的电势能等于它在C 点的电势能
D．
两点间的电势差小于
两点间的电势差
2．（2024·广东韶关·二模）如图所示，空间有一正方体
，a 点固定电荷量为
的点电荷，
d 点固定电荷量为
的点电荷，O、
分别为上下两个面的中心点，则（ ）
A．b 点与c 点的电场强度相同
B．b 点与
点的电势相同
C．b 点与c 点的电势差等于
点与
点的电势差
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D．将带正电的试探电荷由b 点沿直线移动到O 点，其电势能先增大后减小
3．（2024·广西·三模）如图甲所示，圆形区域
处在平行于纸面的匀强电场中，圆心为
，半径为
。
为圆弧上的一个点，
连线逆时针转动，
为
连线从
位置开始旋转的角度，
点电势随
变化如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A．匀强电场的场强大小为
B．匀强电场的场强方向垂直
连线向右
C．一氦核
从A 点沿圆弧运动到
点，电势能增加了
D．一电子从
点沿圆弧逆时针运动到
点，电场力先做负功后做正功
4．（2024 高三下·重庆·模拟预测）2020 年2 月，中国科学家通过冷冻电镜捕捉到新冠病毒表面S 蛋白与人体细
胞表面ACE2 蛋白的结合过程，首次揭开了新冠病毒入侵人体的神秘面纱。电子显微镜是冷冻电镜中的关键部分，
在电子显微镜中电子束相当于光束，通过由电场或磁场构成的电子透镜实现会聚或发散作用，其中的一种电子
透镜的电场分布如图所示，其中虚线为等势面，相邻等势面间电势差相等。一电子仅在电场力作用下运动，其
轨迹如图中实线所示，a、b、c 是轨迹上的三点，则下列说法正确的是（ ）
A．a 点的电势低于b 点的电势
B．a 点的电场强度大于c 点的电场强度
C．电子从a 点到b 点电势能增加
D．电子从a 点到b 点做加速运动
5．（2024·四川巴中·模拟预测）有一电场在x 轴上各点的电场强度分布如图所示。现将一带正电的粒子（不计
重力）从O 点静止释放，仅在电场力的作用下，带电粒子沿x 轴运动，则关于该电场在x 轴上各点的电势φ、带
电粒子的动能
、电势能
以及动能与电势能之和
随x 变化的图像，正确的是（ ）
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A．
B．
C．
D．
6（2024·贵州·二模）如图1 所示，半径为R 且位置固定的细圆环上，均匀分布着总电量为
的电荷，O
点为圆环的圆心，x 轴通过O 点且垂直于环面，P 点在x 轴上，它与O 点的距离为d。x 轴上电势
的分布图，
如图2 所示。图线上A、B、C 三点的坐标已在图2 中标出。静电力常量为k，距离O 点无穷远处的电势为零，
则下列说法正确的是（ ）
A．圆心O 点的电势为
B．圆心O 点的电场强度大小为
C．x 轴上P 点电场强度的大小为
D．电荷量为
、质量为m 的点电荷从O 点以初速度
沿x 轴射出，此点电荷移动
距
离，其速度减为零
7．（2024·安徽·模拟预测）已知试探电荷
在场源点电荷
的电场中所具有电势能表达式为
，其中
为静电力常量，为试探电荷与场源点电荷间的距离，且规定无穷远处的电势能为0。真空中有两个点电荷
和
，分别固定在
坐标轴
和
的位置上。一带负电的试探电荷在
轴上各点具有的电势能随
变
化关系如图所示，其中试探电荷在A、
两点的电势能为零，A 点的坐标是
点为点电荷
右边电势能最
小的点，则下列说法正确的是（ ）
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A．
为正电荷，
为负电荷
B．点电荷
与
电量之比为
C．
点对应
轴位置的坐标是
D．两点电荷
在
轴上电场强度相同的点的位置为
8．（2024·湖南长沙·模拟预测）如图所示，两个等大、平行放置的均匀带电圆环相距
，所带电荷量分别为
、
，圆心A、B 连线垂直于圆环平面。以A 点为坐标原点，沿AB 方向建立x 轴，将带正电的粒子（重力不
计）从A 点静止释放。粒子从A 点运动到B 点的过程中，下列关于电势
、电场强度E、粒子的动能
和电势
能
随位移x 的变化图线中，可能正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
9．（2024·湖南长沙·一模）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
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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
，质量为
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。小滑块从N 点离开电场，其再次进入电场时，电场强度大
小保持不变、方向变为水平向左。已知A、B 间距离为4R 且R＝0.2m，滑块与轨道间动摩擦因数
，重力
加速度
，不计空气阻力，则下列说法正确的是（ ）
A．小滑块在B 点时的带电量为0.15C
B．小滑块从A 点释放到运动至B 点过程中电荷量的变化量为0.1C
C．小滑块再次进入电场后在电场中做匀变速曲线运动
D．小滑块再次到达水平轨道时距B 点的距离为1.2m
10．（2024·辽宁·模拟预测）如图，空间存在范围足够大的匀强电场，场强大小
，方向水平向右。竖直
面内一绝缘轨道由半径为R 的
光滑圆弧
与足够长的倾斜粗糙轨道AB、CD 组成，AB、CD 与水平面夹角均
为45°且在B、C 两点与圆弧轨道相切。带正电的小滑块质量为m，电荷量为q，从AB 轨道上与圆心O 等高的P
点以
的速度沿轨道下滑。已知滑块与AB、CD 轨道间的动摩擦因数
，重力加速度大小为g。
下列说法正确的是（ ）
A．滑块在AB 轨道下滑时的加速度大小为g
B．滑块在
轨道中对轨道的最大压力为3mg
C．滑块最终将在
轨道之间做往复运动
D．滑块在AB 轨道及CD 轨道上运动的总路程为2R
11．（2024·海南·模拟预测）如图所示，空间存在着方向竖直向下的匀强电场，光滑斜面
与粗糙绝缘水平地
面平滑连接，斜面
与水平面的夹角
。质量为
、电荷量为
的带正电小物块（可视为质点）
从A 点由静止释放，经过
点后进入水平面，最后停在
点。若小物块经过
点前后速度大小不变，电场的电
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场强度大小为
，
，
，重力加速度
取
，
，
，下列说法
正确的是（ ）
A．小物块在斜面上运动的加速度大小为
B．小物块从A 点运动到
点所用的时间为
C．小物块与水平地面间的动摩擦因数为0.4
D．小物块从A 点运动到
点，静电力所做的功等于系统内能的增加量
12．（2024·四川遂宁·三模）如图所示的坐标系中，x 轴水平向右，质量为m=0.5kg、带电量为q=＋10-4C 的小球
从坐标原点O 处，以初速度v0=
m/s 斜向右上方抛出，进入斜向右上方场强为E=5×104V/m 的匀强电场中，E
与x 轴正方向的夹角为30°，v0与E 的夹角为30°，重力加速度取10m/s2，下列说法正确的是（ ）
A．小球的加速度的大小为
m/s2
B．小球的加速度的大小为10m/s2
C．若小球能运动到x 轴上的P 点，则小球在P 点的速度大小为
m/s
D．O、P 两点间的电势差为
V
13．（2024·安徽安庆·三模）如图所示，在三维直角坐标系
中，分布着沿z 轴正方向的匀强电场E 和沿y
轴正方向的匀强磁场B，一个带电荷量为
、质量为m 的小球沿x 轴正方向以一定的初速度
抛出后做平抛运
动，已知重力加速度为g，则下列说法正确的是（ ）
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A．可求小球的初速度
大小为
B．经过时间
，球的动能变为初动能的2 倍
C．若仅将电场方向变为沿y 轴正方向，小球可能做匀速圆周运动
D．若仅将电场撤去，小球可能做匀速直线运动
14．（2024·山西太原·一模）如图所示，正方体的棱
竖直，可视为质点的带正电小球从
点沿
方向水平抛
出，仅在重力的作用下，恰好经过
点。若空间中增加沿
方向的匀强电场，小球仍从
点沿
方向水平抛
出，恰好经过底面中心
点。下列说法正确的是（ ）
A．小球两次运动的时间相等
B．小球两次抛出的初速度相同
C．小球经过
点的动能与经过
点的动能之比为
D．小球从
到
，机械能增加量是重力势能减少量的一半
15．（2024·重庆·一模）如图，在竖直平面内有水平向左的匀强电场，在匀强电场中有一根长为L 的绝缘细线，
细线一端固定在O 点，另一端系一质量为m 的带电小球。小球静止时细线与竖直方向成θ 角，此时让小球获得
初速度且恰能绕O 点在竖直平面内做圆周运动，重力加速度为g。则（ ）
14
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A．匀强电场的电场强度大小为
B．小球获得初速度的大小为
C．小球从初始位置运动至轨迹的最左端减少的机械能为
D．小球从初始位置在竖直平面内顺时针运动一周的过程中，其电势能先减小后增大
16．（2024 高三·山西吕梁·模拟预测）如图所示，光滑水平面内固定着半径
的三分之二光滑圆弧轨道
ABC，空间有水平向右的匀强电场，电场强度
，以圆心O 为原点建立沿电场线方向的坐标轴x，其中
A 点和C 点关于x 轴对称，OA 和OC 均与x 轴间夹角为
，一带正电小球从x 轴上M 点垂直x 轴方向以速度
沿水平面方向抛出，小球恰好从A 点沿切线方向进入圆弧轨道，已知小球电荷量
、质量
，以下说
法正确的是（ ）
A．小球初速度
大小为4m/s
B．M 点坐标为
C．小球对轨道的最大压力为24N
D．小球运动具有周期性
15
