《2019高考物理三輪沖刺 大題提分 大題精做7 電場中的力和能》由會員分享,可在線閱讀,更多相關《2019高考物理三輪沖刺 大題提分 大題精做7 電場中的力和能(6頁珍藏版)》請在裝配圖網上搜索。
1、大題精做七 電場中的力和能1如圖所示,在豎直平面內存在豎直方向的勻強電場。長度為l的輕質絕緣細繩一端固定在O點,另一端連接一質量為m、電荷量為q的小球(可視為質點),初始時小球靜止在電場中的a點,此時細繩拉力為2mg,g為重力加速度。(1)求電場強度E和a、O兩點的電勢差UaO;(2)小球在a點獲得一水平初速度va,使其能在豎直面內做完整的圓周運動,則va應滿足什么條件?【解析】(1)小球靜止在a點時,由共點力平衡可得mg2mgqE得E,方向豎直向上在勻強電場中,有UOaEl則a、O兩點電勢差UaO(2)小球從a點恰好運動到b點,設到b點速度大小為vb,由動能定理得qE2lmg2lmvb2mv
2、a2小球做圓周運動通過b點時,由牛頓第二定律可得qEmgm聯立可得va,故應滿足va。2如圖(a)所示,傾角30的光滑固定斜桿底端固定一電量為Q2104C的正點電荷,將一帶正電小球(可視為點電荷)從斜桿的底端(但與Q未接觸)靜止釋放,小球沿斜桿向上滑動過程中能量隨位移的變化圖象如圖(b)所示,其中線1為重力勢能隨位移變化圖象,線2為動能隨位移變化圖象,靜電力恒量k9109Nm2/C2,則:(1)請描述小球向上運動過程中的速度與加速度的變化情況;(2)求小球的質量m和電量q;(3)求斜桿底端至小球速度最大處由底端正點電荷Q形成的電場的電勢差U。【解析】(1)先沿斜面向上做加速度逐漸減小的加速運動
3、,再沿斜面向上做加速度逐漸增大的減速運動,直至速度為零。(2)由線1可得EPmghmgsin斜率20mgsin30,所以m4kg當達到最大速度時帶電小球受力平衡mgsinkqQ/s由線2可得s01m得qmgssin/kQ1.11105C(3)由線2可得當帶電小球運動至1m處動能最大為27J。根據動能定理WGW電EkmghqUEkm0代入數據得U4.23106V 1如圖所示,質量為m的小球A穿在絕緣細桿上,桿的傾角為,小球A帶正電,電荷量為q。在桿上B點處固定一個電荷量為Q的正電荷。將A由距B豎直高度為H處無初速度釋放,小球A下滑過程中電荷量不變。不計A與細桿間的摩擦,整個裝置處在真空中,已知靜
4、電力常量k和重力加速度g。求:(1)A球剛釋放時的加速度大??;(2)當A球的動能最大時,A球與B點的距離。【解析】(1)由牛頓第二定律可知mgsinFma根據庫侖定律FkQqr2,rH/sin得agsinkQqsin2mH2.(2)當A球受到合力為零、加速度為零時,動能最大設此時A球與B球間的距離為R,則mgsinkQqR2解得RkQqmgsin。2在足夠長的粗糙絕緣板A上放一個質量為m、電荷量為q的小滑塊B。用手托住A置于方向水平向左、場強大小為E的勻強電場中,此時A、B均能靜止,如圖所示?,F將絕緣板A從圖中位置P垂直電場線移至位置Q,發(fā)現小滑塊B相對于A發(fā)生了運動。為研究方便可以將絕緣板A
5、的運動簡化成先勻加速接著勻減速到靜止的過程。測量發(fā)現豎直方向加速的時間為0.8s,減速的時間為0.2s。P、Q位置高度差為0.5m。已知勻強電場的場強E;A、B之間動摩擦因數0.4,g取10m/s2。求:(1)絕緣板A加速和減速的加速度分別為多大?(2)滑塊B最后停在離出發(fā)點水平距離多大處?【解析】(1)設絕緣板A加速和減速的加速度大小分別為a1、a2。加速階段的末速度為v,x1t1x2t2va1t1va2t2聯立解得:v1m/s,a11.25m/s2,a25m/s2。(2)研究滑板B,在絕緣板A勻減速的過程中,由牛頓第二定律可得豎直方向上:mgNma2水平方向上:EqNma3求得:a30.1
6、g1 m/s2在這個過程中滑板B的水平位移大小為x312a3t220.02 m在絕緣板A靜止后,滑板B將沿水平方向做勻減速運動,設加速度大小為a4,有mgEqma4,得a40.1g1 m/s2該過程中滑板B的水平位移大小為x4x30.02 m最后滑板B靜止時離出發(fā)點的水平距離xx4x30.04 m3如圖所示,電源電動勢E64V,內阻不計,電阻R14 ,R212 ,R316 ,開始開關S1閉合,S2斷開,平行板電容器的兩極板A、B與水平面的夾角37,兩極板A、B間的距離d0.4m,板間有一個傳動裝置,絕緣傳送帶與極板平行,皮帶傳動裝置兩輪軸心相距L1m,傳送帶逆時針勻速轉動,其速度為v4m/s。
7、現有一個質量m0.1kg、電荷量q0.02C的工件(可視為質點,電荷量保持不變)輕放在傳送帶底端(工件與傳送帶間的動摩擦因數0.25),同時開關S2也閉合,極板間電場反向,電路瞬間能穩(wěn)定下來。求:(g10m/s2,sin370.6,cos370.8)(1)開關S1閉合,S2斷開時,兩極板A、B間的場強大小和方向;(2)工件在傳送帶上運動的加速度大?。?3)工件從底端運動到頂端過程中,工件因與傳送帶摩擦而產生的熱量?!窘馕觥?1)開關S1閉合,S2斷開時,R1與R2串聯,電路中的電流:I1ER1+R2644+12A4A此時A、B之間的電勢差等于R1兩端的電壓,所以:UBAUR1I1R14416V
8、兩極板A、B間的場強大?。篍1UBAd160.440V/m電場方向為由B指向A;(2)開關S2也閉合,R1與R2串聯電壓不變,所以流過它們的電流不變,此時A、B之間的電勢差等于R2兩端的電壓,所以:UABUR2I1R241248V兩極板A、B間的場強大?。篍2UABd480.4120V/m此時工件的受力如圖,則沿傳送帶的方向由牛頓第二定律得:f-mgsinma垂直于傳送帶的方向:Nmgcos+qE20.110cos37+0.021203.2NfN0.253.20.8Naf-mgsinm0.8-0.1100.60.1m/s22m/s2(3)工件達到4m/s需要的時間:tva42s2s工件的位移:
9、x112at2122224m1m所以工件應該一直做加速運動,L12at02t02La2121s此時傳送帶的位移:x2vt41m4m工件相對于傳送帶的位移:xx2-x14m-1m3m工件與傳動帶因摩擦而產生的熱量:Qfx0.832.4J4如圖所示,在沿水平方向的勻強電場中用一根長度l0.8 m的絕緣細繩把質量為m0.20 kg、帶有正電荷的金屬小球懸掛在固定點O點,小球靜止在B點時細繩與豎直方向的夾角為37?,F將小球拉至位置A使細線水平后由靜止釋放,求:(g10 m/s2,sin 370.6,cos 370.8)(1)從A到C靜電力對小球做的功;(2)小球通過最低點C時的速度的大小;(3)小球在
10、擺動過程中細線對小球的最大拉力?!窘馕觥浚?)小球受到電場力qE,重力mg和繩的拉力F的作用下處于靜止,根據共點力的平衡條件有:qEmgtan37 小球從A到C的過程中,W-qEL-1.2J(2)A到C的過程中,根據動能定理有:mgL-qEL12mvc2可得:vc2m/s(3)在擺動過程中,經B點時,細線的拉力最大,從A到B的過程中,根據動能定理可得:mgLcos37-qEL(1-sin37 )12mvB2在B點時,滿足:F-mgcos370mvB2L拉力:F4.5N5在粗糙的水平面有一絕緣的足夠長的薄長平板,在其左端放一個帶電體(可看成質點),帶電量q110-2C,整個空間處于向右的勻強電場
11、中,電場強度E102N/C,平板質量M2kg,帶電體質量m1kg,帶電體與平板間動摩擦系數10.2,平板與地面間動摩擦系數20.1?,F給平板一個向左v07m/s的初速,g取10m/s2,求:(1)帶電體運動的總時間;(2)整個過程帶電體電勢能的變化量及摩擦生熱的內能?!窘馕觥浚?)對平板,設加速度大小為a11mg+2(mg+Mg)Ma1 (1) 解得,a12.5m/s2 對帶電體,設加速度大小為a21mg-qEma2 (2)解得,a21m/s2 設經過時間t1達到共速,v0-a1t1a2t1 (3)解得,t12s 此時速度v2m/s設一起做減速運動的加速度為a32(mg+Mg)+qE(m+M)a3 (4)解得,a31.33m/s2 再經時間t2停止運動,va3t2 (5)解得,t21.5s 則運動的總時間為tt1+t23.5s (2)整個過程中帶電體一直向左運動,加速階段,帶電體的位移x112a2t122m平板的位移x2(v+v0)2t19m減速階段,帶電體的位移x312vt21.5m則電勢能的增加量為qE(x1+x3)3.5J內能的增加量為1mg(x2-x1)+2(m+M)g(x2+x3)45.5J6