2019高考物理三轮冲刺大题提分大题精做7电场中的力和能.docx
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1、1大题精做七 电场中的力和能1如图所示,在竖直平面内存在竖直方向的匀强电场。长度为 l 的轻质绝缘细绳一端固定在 O 点,另一端连接一质量为 m、电荷量为 q 的小球(可视为质点),初始时小球静止在电场中的 a 点,此时细绳拉力为2mg, g 为重力加速度。(1)求电场强度 E 和 a、 O 两点的电势差 UaO;(2)小球在 a 点获得一水平初速度 va,使其能在竖直面内做完整的圆周运动,则 va应满足什么条件?【解析】(1)小球静止在 a 点时,由共点力平衡可得 mg2 mg qE得 E ,方向竖直向上3mgq在匀强电场中,有 UOa El则 a、 O 两点电势差 UaO 3mglq(2)
2、小球从 a 点恰好运动到 b 点,设到 b 点速度大小为 vb,由动能定理得 qE2l mg2l mvb2 mva212 12小球做圆周运动通过 b 点时,由牛顿第二定律可得 qE mg m vb2l联立可得 va ,故应满足 va 。10gl 10gl2如图(a)所示,倾角 30的光滑固定斜杆底端固定一电量为 Q210 4 C 的正点电荷,将一带正电小球(可视为点电荷)从斜杆的底端(但与 Q 未接触)静止释放,小球沿斜杆向上滑动过程中能量随位移的变化图象如图(b)所示,其中线 1 为重力势能随位移变化图象,线 2 为动能随位移变化图象,静电力恒量k910 9Nm2/C2,则:(1)请 描 述
3、 小 球 向 上 运 动 过 程 中 的 速 度 与 加 速 度 的 变 化 情 况 ;(2)求小球的质量 m 和电量 q;(3)求斜杆底端至小球速度最大处由底端正点电荷 Q 形成的电场的电势差 U。【解析】(1)先沿斜面向上做加速度逐渐减小的加速运动,再沿斜面向上做加速度逐渐增大的减速运动,直至2速度为零。(2)由线 1 可得 EP mgh mgsin斜率20 mgsin30,所以 m4kg当达到最大速度时带电小球受力平衡 mgsin kqQ/s20由线 2 可得 s01m得 q mgs sin /kQ1.1110 5 C20(3)由线 2 可得当带电小球运动至 1m 处动能最大为 27J。
4、根据动能定理 WG W 电 Ek mgh qU Ekm0代入数据得 U4.2310 6V 1如图所示,质量为 m 的小球 A 穿在绝缘细杆上,杆的倾角为 ,小球 A 带正电,电荷量为 q。在杆上 B 点处固定一个电荷量为 Q 的正电荷。将 A 由距 B 竖直高度为 H 处无初速度释放,小球 A 下滑过程中电荷量不变。不计 A 与细杆间的摩擦,整个装置处在真空中,已知静电力常量 k 和重力加速度 g。求:(1)A 球刚释放时的加速度大小;(2)当 A 球的动能最大时, A 球与 B 点的距离。【解析】 (1)由牛顿第二定律可知 mgsin F ma根据库仑定律 F k , r H/sinQqr2
5、得 a gsin .kQqsin2mH2(2)当 A 球受到合力为零、加速度为零时,动能最大设此时 A 球与 B 球间的距离为 R,则 mgsin kQqR2解得 R 。kQqmgsin2在足够长的粗糙绝缘板 A 上放一个质量为 m、电荷量为 q 的小滑块 B。用手托住 A 置于方向水平向左、场强大小为 E 的匀强电场中,此时 A、 B 均能静止,如图所示。现将绝缘板 A 从图中位置 P 垂直电场线移至位置 Q,发现小滑块 B 相对于 A 发生了运动。为研究方便可以将绝缘板 A 的运动简化成先匀加速接着匀减速到静止的过程。测量发现竖直方向加速的时间为 0.8s,减速的时间为 0.2s。 P、
6、Q 位置高度差为 0.5m。已知匀强电场的场强 E ; A、 B 之间动摩擦因数 0.4, g 取 10m/s2。求:0.3mgq(1)绝缘板 A 加速和减速的加速度分别为多大? (2)滑块 B 最后停在离出发点水平距离多大处?【解析】(1)设绝缘板 A 加速和减速的加速度大小分别为 a1、 a2。3加速阶段的末速度为 v, x1 t1v2x2 t2v2v a1t1v a2t2联立解得: v1m/s, a11.25m/s 2, a25m/s 2。(2)研究滑板 B,在绝缘板 A 匀减速的过程中,由牛顿第二定律可得竖直方向上:mgNma 2 水平方向上:EqNma 3 求得:a 30.1g1 m
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