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.docx

大題精做七 電場中的力和能1如圖所示，在豎直平面內(nèi)存在豎直方向的勻強(qiáng)電場。長度為l的輕質(zhì)絕緣細(xì)繩一端固定在O點(diǎn)，另一端連接一質(zhì)量為m、電荷量為q的小球(可視為質(zhì)點(diǎn))，初始時(shí)小球靜止在電場中的a點(diǎn)，此時(shí)細(xì)繩拉力為2mg，g為重力加速度。(1)求電場強(qiáng)度E和a、O兩點(diǎn)的電勢差UaO；(2)小球在a點(diǎn)獲得一水平初速度va，使其能在豎直面內(nèi)做完整的圓周運(yùn)動，則va應(yīng)滿足什么條件？【解析】(1)小球靜止在a點(diǎn)時(shí)，由共點(diǎn)力平衡可得mg2mgqE得E，方向豎直向上在勻強(qiáng)電場中，有UOaEl則a、O兩點(diǎn)電勢差UaO(2)小球從a點(diǎn)恰好運(yùn)動到b點(diǎn)，設(shè)到b點(diǎn)速度大小為vb，由動能定理得qE2lmg2lmvb2mva2小球做圓周運(yùn)動通過b點(diǎn)時(shí)，由牛頓第二定律可得qEmgm聯(lián)立可得va，故應(yīng)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(diǎn)電荷，將一帶正電小球(可視為點(diǎn)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(yùn)動過程中的速度與加速度的變化情況；(2)求小球的質(zhì)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(diǎn)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(yùn)動，再沿斜面向上做加速度逐漸增大的減速運(yùn)動，直至速度為零。(2)由線1可得EPmghmgsin斜率20mgsin30，所以m4kg當(dāng)達(dá)到最大速度時(shí)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(dāng)帶電小球運(yùn)動至1m處動能最大為27J。根據(jù)動能定理WGW電EkmghqUEkm0代入數(shù)據(jù)得U4.23106V 1如圖所示，質(zhì)量為m的小球A穿在絕緣細(xì)桿上，桿的傾角為，小球A帶正電，電荷量為q。在桿上B點(diǎn)處固定一個(gè)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(jì)A與細(xì)桿間的摩擦，整個(gè)裝置處在真空中，已知靜電力常量k和重力加速度g。求：(1)A球剛釋放時(shí)的加速度大?。?2)當(dāng)A球的動能最大時(shí)，A球與B點(diǎn)的距離。【解析】（1）由牛頓第二定律可知mgsinFma根據(jù)庫侖定律FkQqr2，rH/sin得agsinkQqsin2mH2.（2）當(dāng)A球受到合力為零、加速度為零時(shí)，動能最大設(shè)此時(shí)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(gè)質(zhì)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(qiáng)大小為E的勻強(qiáng)電場中，此時(shí)A、B均能靜止，如圖所示。現(xiàn)將絕緣板A從圖中位置P垂直電場線移至位置Q，發(fā)現(xiàn)小滑塊B相對于A發(fā)生了運(yùn)動。為研究方便可以將絕緣板A的運(yùn)動簡化成先勻加速接著勻減速到靜止的過程。測量發(fā)現(xiàn)豎直方向加速的時(shí)間為0.8s，減速的時(shí)間為0.2s。P、Q位置高度差為0.5m。已知?jiǎng)驈?qiáng)電場的場強(qiáng)E；A、B之間動摩擦因數(shù)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(diǎn)水平距離多大處？【解析】(1)設(shè)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(lián)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：a30.1g1 m/s2在這個(gè)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(yùn)動，設(shè)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(shí)離出發(fā)點(diǎn)的水平距離xx4x30.04 m3如圖所示，電源電動勢E64V，內(nèi)阻不計(jì)，電阻R14 ，R212 ，R316 ，開始開關(guān)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(gè)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(shí)針勻速轉(zhuǎn)動，其速度為v4m/s。現(xiàn)有一個(gè)質(zhì)量m0.1kg、電荷量q0.02C的工件（可視為質(zhì)點(diǎn)，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(shù)0.25)，同時(shí)開關(guān)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(guān)S1閉合，S2斷開時(shí)，兩極板A、B間的場強(qiáng)大小和方向；(2)工件在傳送帶上運(yùn)動的加速度大??；(3)工件從底端運(yùn)動到頂端過程中，工件因與傳送帶摩擦而產(chǎn)生的熱量?！窘馕觥?1)開關(guān)S1閉合，S2斷開時(shí)，R1與R2串聯(lián)，電路中的電流：I1ER1+R2644+12A4A此時(shí)A、B之間的電勢差等于R1兩端的電壓，所以：UBAUR1I1R14416V兩極板A、B間的場強(qiáng)大小：E1UBAd160.440V/m電場方向?yàn)橛葿指向A；(2)開關(guān)S2也閉合，R1與R2串聯(lián)電壓不變，所以流過它們的電流不變，此時(shí)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(qiáng)大?。篍2UABd480.4120V/m此時(shí)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(dá)到4m/s需要的時(shí)間：tva42s2s工件的位移：x112at2122224m>1m所以工件應(yīng)該一直做加速運(yùn)動，L12at02t02La2121s此時(shí)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(chǎn)生的熱量：Qfx0.832.4J4如圖所示，在沿水平方向的勻強(qiáng)電場中用一根長度l0.8 m的絕緣細(xì)繩把質(zhì)量為m0.20 kg、帶有正電荷的金屬小球懸掛在固定點(diǎn)O點(diǎn)，小球靜止在B點(diǎn)時(shí)細(xì)繩與豎直方向的夾角為37?，F(xiàn)將小球拉至位置A使細(xì)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(diǎn)C時(shí)的速度的大小；(3)小球在擺動過程中細(xì)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(jù)共點(diǎn)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(jù)動能定理有：mgL-qEL12mvc2可得：vc2m/s（3）在擺動過程中，經(jīng)B點(diǎn)時(shí)，細(xì)線的拉力最大，從A到B的過程中，根據(jù)動能定理可得：mgLcos37-qEL（1-sin37 ）12mvB2在B點(diǎn)時(shí)，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(gè)帶電體(可看成質(zhì)點(diǎn))，帶電量q110-2C，整個(gè)空間處于向右的勻強(qiáng)電場中，電場強(qiáng)度E102N/C，平板質(zhì)量M2kg，帶電體質(zhì)量m1kg，帶電體與平板間動摩擦系數(shù)10.2，平板與地面間動摩擦系數(shù)20.1。現(xiàn)給平板一個(gè)向左v07m/s的初速，g取10m/s2，求：(1)帶電體運(yùn)動的總時(shí)間；(2)整個(gè)過程帶電體電勢能的變化量及摩擦生熱的內(nèi)能。【解析】（1）對平板，設(shè)加速度大小為a11mg+2(mg+Mg)Ma1 (1) 解得，a12.5m/s2 對帶電體，設(shè)加速度大小為a21mg-qEma2 (2)解得，a21m/s2 設(shè)經(jīng)過時(shí)間t1達(dá)到共速，v0-a1t1a2t1 (3)解得，t12s 此時(shí)速度v2m/s設(shè)一起做減速運(yùn)動的加速度為a32(mg+Mg)+qE(m+M)a3 (4)解得，a31.33m/s2 再經(jīng)時(shí)間t2停止運(yùn)動，va3t2 (5)解得，t21.5s 則運(yùn)動的總時(shí)間為tt1+t23.5s （2）整個(gè)過程中帶電體一直向左運(yùn)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(nèi)能的增加量為1mg(x2-x1)+2(m+M)g(x2+x3)45.5J