高三物理典型例题集锦三
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高三物理专题复习: 滑块—滑板模型典型例题:例1.如图所示,在粗糙水平面上静止放一长L质量为1的木板B ,一质量为1的物块A以速度s m v /0.20=滑上长木板B 的左端,物块与木板的摩擦因素μ1=0.1、木板与地面的摩擦因素为μ2=0.1,已知重力加速度为10m 2,求:(假设板的长度足够长)(1)物块A 、木板B 的加速度;(2)物块A 相对木板B 静止时A 运动的位移;(3)物块A 不滑离木板B,木板B 至少多长?考点: 本题考查牛顿第二定律及运动学规律考查:木板运动情况分析,地面对木板的摩擦力、木板的加速度计算,相对位移计算。
解析:(1)物块A 的摩擦力:N mgf A 11==μ A 的加速度:21/1s m m f a A -=-= 方向向左木板B 受到地面的摩擦力:A g m M f f N 2)(2>=+=μ地故木板B 静止,它的加速度02=a(2)物块A 的位移:m a v S 2220=-= (3)木板长度:m S L 2=≥拓展1.在例题1中,在木板的上表面贴上一层布,使得物块与木板的摩擦因素μ3=0.4,其余条件保持不变,(假设木板足够长)求:(1)物块A 与木块B 速度相同时,物块A 的速度多大?(2)通过计算,判断速度相同以后的运动情况;(3)整个运动过程,物块A与木板B相互摩擦产生的摩擦热多大?考点:牛顿第二定律、运动学、功能关系考查:木板与地的摩擦力计算、是否共速运动的判断方法、相对位移和摩擦热的计算。
解析:对于物块A:N mg f A 44==μ 1分加速度:,方向向左。
24/0.4s m g m f a A A-=-=-=μ 1分 对于木板:N g m f 2)M 2=+=(地μ 1分加速度:,方向向右。
地2A /0.2s m M f f a C =-= 1分物块A 相对木板B 静止时,有:121-t a v t a C B =解得运动时间:,s t .3/11= s m t a v v B B A /3/21=== 1分(2)假设共速后一起做运动,22/1)()(s m m M g m M a -=++-=μ 物块A的静摩擦力:A A f N ma f <==1'1分 所以假设成立,共速后一起做匀减速直线运动。
中学物理典型例题集锦(三)山东 贾玉兵电学部分25、如图22-1所示,A 、B 为平行金属板,两板相距为d ,分别与电源两极相连,两板的中心各有小孔M 、N 。
今有一带电质点,自A 板上方相距为d 的P 点由静止自由下落(P 、M 、N 三点在同一竖直线上),空气阻力不计,到达N 点时速度恰好为零,然后按原路径返回。
若保持两板间的电压不变,则:A. 若把A 板向上平移一小段距离,质点自P 点下落仍能返回。
B. 若把B 板向下平移一小段距离,质点自P 点下落仍能返回。
C. 若把A 板向上平移一小段距离,质点自P 点下落后将穿过N 孔接着下落。
D. 若把B 板向下平移一小段距离,质点自P 点下落后将穿过N 孔接着下落。
分析与解:当开关S 始终闭合时,A 、B 两板间的电压保持不变,当带电质点从M 向N 运动时,要克服电场力做功,W=qU AB ,由题设条件知:带电质点由P 到N 的运动过程中,重力做的功与质点克服电场力做的功相等,即:mg2d=qU AB若把A 板向上平移一小段距离,因U AB 保持不变,上述等式仍成立,故沿原路返回,应选A 。
若把B 板下移一小段距离,因U AB 保持不变,质点克服电场力做功不变,而重力做功增加,所以它将始终下落,应选D 。
由上述分析可知:选项A 和D 是正确的。
想一想:在上题中若断开开关S 后,再移动金属板,则问题又如何?(选A 、B)。
26、两平行金属板相距为d ,加上如图23-1(b)所示的方波形电压,电压的最大值为U0,周期为T 。
现有一离子束,其中每个离子的质量为m ,电量为q ,从与两板等距处沿着与板平行的方向连续地射入两板间的电场中。
设离子通过平行板所需的时间恰为 T(与电压改变周期相同),且全部离子都能通过两板间的空间打在右端的荧光屏上。
试求:离子击中荧光屏上的位置的范围。
(也就是与O‘点的最大距离与最小距离)。
重力忽视不计。
分析与解: 各个离子在电场中运动时,其水平分运动都是匀速直线运动,而经过电场所需时间都是T ,但不同的离子进入电场的时刻不同,由于两极间电压改变,因此它们的侧向位移也会不同。
高三物理学科中的常见案例分析题及解析在高三物理学科中,案例分析题是一种常见的题型。
这种题目往往通过具体的事例或案例来引导学生进行分析和解答,旨在培养学生的物理问题解决能力和逻辑思维能力。
本文将从力学、光学和电磁学三个方面介绍几个常见的案例分析题,并给出相应的解析。
一、力学方面的案例分析题案例1:小红同学骑着自行车顺风速度行驶,当自行车出现故障,小红同学停了下来。
请你解释为什么小红同学停下来的原因,并计算此时阻力所做的功。
解析:小红同学骑着自行车顺风速度行驶时,风的速度和自行车的速度具有相同的方向,所以风对自行车的阻力较小。
然而当自行车出现故障停下来时,风的速度与自行车速度相对,风对自行车的阻力增大,并使得自行车逐渐停下来。
此时阻力所做的功可以通过计算阻力与自行车停下来速度之差的乘积来获得。
案例2:小明同学骑着自行车逆风速度行驶,感到骑车变得困难。
请你解释为什么小明同学感到困难,并计算其所受的阻力。
解析:小明同学骑着自行车逆风速度行驶时,风的速度与自行车的速度相对,风对自行车的阻力增大。
这样的情况下,小明同学需要更多的力才能够保持原来的速度或继续前进,因此感到骑车变得困难。
所受的阻力可以通过计算风速与自行车速度之差的乘积来获得。
二、光学方面的案例分析题案例3:小李同学在夜晚用手电筒照射到墙上,发现墙上有一个红色的“x”字。
请你解释为什么手电筒照射到墙上形成了这样的影像,并计算其与屏幕之间的距离。
解析:手电筒照射到墙上形成了红色的“x”字影像的原因是光在通过手电筒的透镜时发生了折射,随后在墙上反射形成影像。
影像所在的位置与屏幕的距离可以通过光的折射定律来计算,公式为:1/v + 1/u = 1/f,其中v为影像到透镜的距离,u为物体到透镜的距离,f为透镜的焦距。
案例4:小张同学用凸透镜观察一根铅笔,并发现当他离铅笔越近时,观察到的铅笔越大。
请你解释为什么离铅笔越近时观察到的铅笔越大,并计算其观察到的铅笔的放大率。
模型一:滑轮模型要点提示:跨过滑轮绳上各点的张力大小相同【例1】如图所示,将一根不可伸长、柔软的轻绳左、右两端分别系于A 、B 两点上,一物体用动滑轮悬挂在轻绳上,达到平衡时,两段绳子间的夹角为1θ,绳子张力为1F ;将绳子右端移到C 点,待系统达到平衡时,两段绳子间的夹角为2θ,绳子张力为2F ;将绳子右端再由C 点移到D 点,待系统达到平衡时,两段绳子间的夹角为3θ,绳子张力为3F ,不计摩擦,并且BC 为竖直线,则( )A. 321θθθ<=B. 321θθθ==C. 321F F F >>D. 321F FF >=【跟踪题1】质量为M 的杆水平放置,杆两端A 、B 系着长为3L的不可伸长且光滑的柔软轻绳,绳上套着一质量为m 的小铁环。
已知重力加速度为g ,不计空气影响。
(1)现让杆和环均静止悬挂在空中,如图甲,求绳中拉力的大小:(2)若杆与环保持相对静止,在空中沿AB 方向水平向右做匀加速直线运动,此时环恰好悬于A 端的正下方,如图乙所示。
①求此状态下杆的加速度大小a ;②为保持这种状态需在杆上施加一个多大的外力,方向如何?模型二:三力平衡模型要点提示:物体受到共点力的作用,若物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动状态),物体所受到的合外力为零,解决问题的基本方法为正交分解法、解三角形法等,对于动态平衡问题常用图解法。
图解法:对研究对象进行受力分析,再根据平行四边形定则或矢量三角形定则画出不同状态下的矢量图(画在同一个图中),然后根据有向线段(表示力)的长度变化来判断各个力的变化情况。
【例2】如图所示,轻绳的两端分别系在圆环A 和小球B 上,圆环A 套在粗糙的水平直杆MN 上,现用水平力F 拉着绳子上的一点O ,使小球B 从图示实线位置缓慢上升到虚线位置,但圆环A 始终保持在原位置不动。
则在这一过程中,环对杆的摩擦力f 和环对杆的压力N 的变化情况是 ( )A 、f 不变;N 不变B 、f 增大;N 不变C 、f 增大;N 减小D 、f 不变;N 减小【跟踪题2】在固定于地面的斜面上垂直安放一个挡板,截面为1/4 圆的柱状物体甲放在斜面上,半径与甲相等的光滑圆球乙被夹在甲与挡板之间,没有与斜面接触而处于静止状态,如图所示。
高三物理经典例题【典型例题1】如图所示的电路中,当滑线变阻器的滑动触点向b端移动时:(A)电压表V的读数增大,电流表A的读数减小.(B)电压表V和电流表A的读数都增大.(C)电压表V和电流表A的读数都减小.(D)电压表V的读数减小,电流表A的读数增大.分析与解:这是一道比较典型的局部电路变化引起全电路中各物理量变化的问题,分析方法就是从局部电阻变化分析全电路(干路)电流变化,再讨论局部各物理量.变化,即从局部到整体,再从整体到局部的方法.此题中变阻器滑动端向b端移动,变阻器电阻增大,与并联部分电阻增大,再与串联后外电路总电阻增大,导致全电路电阻增大,电动势不变,因此干路总电流减小,路端电压 : ,总电流减小,端电压增大,故电压表所测路端电压的读数增大.电流表所测电流为通过变阻器电流,由于变阻器电阻变了,两端电压也变了,因此需通过与的电路连接关系进行讨论,由于不变,通过的是总电流,总电流变小,因此: 两端电压由可知变小,由此可判断出:与并联两端电压是增大的,不变,电流也将增大,因此通过的电流,由于I减小,增大可判断出将减小.在这个分析过程中,综合运用了全电路、串并联特点等知识,其中最关键的要善于从相互关系中讨论分析问题.此题正确答案应为A.【典型例题2】两个定值电阻串联后接在输出电压U稳定于12V的直流电源上,用一个内阻不是远大于的电压表接在两端(如图),电压表示数为8V,如果把此电压表改接在两端,则电压表的系数将:(A)小于4V(B)等于4V(C)大于4V小于8V(D)等于或大于8V分析与解:电压表可视为一特殊的电阻,第一,的阻值较大,一般在几千欧以上,第二,这一电阻的电压值可从表盘上示出.用电压表测量阻值较小电阻的电压时,其分流很小,一般可以不计.但是本题的电阻不比小很多.的分流作用就不容忽略.下面介绍解答本题的两种推理方法.方法一:当与并联后,电压表的示数8V,这是并联电阻的电压值,由于所以测量前电压的真实值大于8V.这表明的电压真实值小于4V.同理,当电压表()改接在两端,电压表的示数也应小于电压的真实值,当然小于4V.选项A正确.方法二:电压表接在两端时,示数为8V,此时两端电压为4V,可知:,又,可知:.如果把电压表改接在两端的并联电阻:,则.根据总电压为12V及串联电阻的分压原理,此时伏特表的示数小于U的1/3,即小于4V.【典型例题3】如图所示的电路中,三个电阻的阻值之比为R1:R2:R3=1:2:3,电流表A1、A2和A3的内电阻均可忽略,它们的读数分别为I1、I2和I3,则I1:I2:I3 =_______:______:_______.又,如果把图中的电流表A1和A2换成内阻非常大的电压表V1和V2,则它们的示数U1和U2及总电压U的比值U1:U2:U =_______:______:_______.分析与解:解答本题的关键是正确分析电路的结构.我们把原图中各结点分别标上字母,如图1所示.由于三个电流表的内阻都可以忽略,可以认为各电流表的两端的电势是相等的,即图中A 点与C点电势相等,B点与D点电势相等,为此我们确定三个电阻是并联的,不画电流表的等效电路图如图2所示,画出电流表的等效电路图如图3所示.从图2可以看出,三电阻是并联在电路中的,因此通过三电阻的电流之比I R1:I R2:I R3 ==6:3:2.从图3可以看出,电流表A1量的是通过R2和R3的电流,电流表A2量的是通过R1和R2的电流,而A3量的是通过干路的总电流,因此I1:I2:I3 =5:9:11.如果把原图中的电流表A1和A2换成内阻非常大的电压表V1和V2,则三个电阻是串联在电路中的,电压表V1量的是电阻R1和R2两端的电压,而电压表V2量的是电阻R2和R3两端的电压,因此U1:U2:U =3:5:6.【典型例题4】如图所示的电路中,已知电容F,电源电动势V,内电阻不计,.则电容器极板所带的电量为:(A)C(B)C(C)C(D)C分析与解:在电路中分析有关点间电势差是一个应掌握的基本方法,这个方法的基本出发点是要选定一个电势零点(公共点)以便找到一个基准,将各有关点与这点进行比较.此题中可选电源负极为电势零点.然后根据串联特点,可以判断出点与零点电势差,即两端电压:,故V,同理,点电势与零点电势差即两端电压:,故V,由此可知:点电势比点高4V,电容器极带正电,带电量C,答案应为D。
峙对市爱惜阳光实验学校万有引力律用的12种典型案例万有引力律不仅是高考的一个大,而且是自然的一个重大课题,也是同学们最感兴趣的论题之一。
特别是我国“五号〞载人飞船的发射,更激发了同学们研究卫星,探索宇宙的信心。
下面我们就来探讨一下万有引力律在天文学上用的12个典型案例:【案例1】天体的质量与密度的估算 以下哪一组数据能够估算出地球的质量 A.月球绕地球运行的周期与月地之间的距离 B.地球外表的重力加速度与地球的半径 C.绕地球运行卫星的周期与线速度 D.地球外表卫星的周期与地球的密度解析:人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动。
月球也是地球的一颗卫星。
设地球的质量为M ,卫星的质量为m ,卫星的运行周期为T ,轨道半径为r根据万有引力律:r T 4m r Mm G 222π=……①得:232G T r 4M π=……②可见A 正确而Tr2v π=……由②③知C 正确 对地球外表的卫星,轨道半径于地球的半径,r=R ……④由于3R 4M3π=ρ……⑤结合②④⑤得:G3T 2π=ρ 可见D 错误地球外表的物体,其重力近似于地球对物体的引力由2RMmG mg =得:G g R M 2=可见B 正确【探讨评价】根据牛顿律,只能求出中心天体的质量,不能解决环绕天体的质量;能够根据条件和的常量,运用物理规律估算物理量,这也是高考对学生的要求。
总之,牛顿万有引力律是解决天体运动问题的关键。
【案例2】卫星的运动问题我国自行研制发射的“风号〞“风号〞气象卫星的运行轨道是不同的。
“风号〞是极地圆形轨道卫星,其轨道平面与赤道平面垂直,周期为12 h ,“风号〞是同步轨道卫星,其运行轨道就是赤道平面,周期为24 h 。
问:哪颗卫星的向心加速度大?哪颗卫星的线速度大?假设某天上午8点,“风号〞正好通过赤道附近太平洋上一个小岛的上空,那么“风号〞下次通过该岛上空的时间该是多少?解析:此题主要考察卫星的运动特点及其规律由开普勒第三律T 2∝r 3知:“风号〞卫星的轨道半径较大又根据牛顿万有引力律r v m ma rMm G 22==得:2r MGa =,可见“风号〞卫星的向心加速度大, rGM v =,可见“风号〞卫星的线速度大,“风号〞下次通过该岛上空,地球正好自转一周,故需要时间24h ,即第二天上午8点钟。
高中物理精选试题(较难)1.如图所示将一光滑的半圆槽置于光滑水平面上,槽的左侧有一固定在水平面上的物块。
今让一小球自左侧槽口A 的正上方从静止开始落下,与圆弧槽相切自A 点进入槽内,则以下结论中正确的是A .小球在半圆槽内运动的全过程中,只有重力对它做功B .小球在半圆槽内运动的全过程中,小球与半圆槽在水平方向动量不守恒C .小球自半圆槽的最低点B 向C 点运动的过程中,小球与半圆槽在水平方向动量守恒D .小球离开C 点以后,将做竖直上抛运动【答案】BC2..如图,在光滑水平面上有一质量为m 1的足够长的木板,其上叠放一质量为m 2的木块。
假定木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等。
现给木块施加一随时间t 增大的水平力F=kt (k 是常数),木板和木块加速度的大小分别为a 1和a 2,下列反映a 1和a 2变化的图线中正确的是A .B .C .D .【答案】A3.如图所示,串联阻值为R 的闭合电路中,面积为S 的正方形区域abcd 存在一个方向垂直纸面向外、磁感应强度均匀增加且变化率为k 的匀强磁场t B ,abcd 的电阻值也为R ,其他电阻不计.电阻两端又向右并联一个平行板电容器.在靠近M 板处由静止释放一质量为m 、电量为q +的带电粒子(不计重力),经过N 板的小孔P 进入一个垂直纸面向内、磁感应强度为B的圆形匀强磁场,已知该圆形匀强磁场的半径为qmSk B r 1=。
求: (1)电容器获得的电压;(2)带电粒子从小孔P 射入匀强磁场时的速度;(3)带电粒子在圆形磁场运动时的轨道半径及它离开磁场时的偏转角.【答案】(1) Sk U U R 21==(2) mqSk m qU v ==2 (3) 它离开磁场时的偏转角为90° 4.如图所示,在以O 为圆心,半径为R=103cm 的圆形区域内,有一个水平方向的匀强磁场,磁感应强度大小为B 2=0.1T ,方向垂直纸面向外。
M 、N 为竖直平行放置的相距很近的两金属板, S 1、S 2为M 、N 板上的两个小孔,且S 1、S 2跟O 点在垂直极板的同一水平直线上。
多少年了,高考题可是个宝藏啊。
练一练,多一份感悟和自信。
高考题源解密:让我悄悄的告诉你,往年高考真题,课本原型材料,生产生活科技 (1)高三物理 力学高考典题集锦1.(2000 全国 10).如图为一空间探测器的示意图,1P 、2P 、3P 、4P是四个喷气发动机,1P 、3P 的连线与空间一固定坐标系的x 轴平行,2P、4P 的连线与y 轴平行,每台发动机开动时,都能向探测器提供推力,但不会使探测器转动,开始时,探测器以恒定的速率0v 向正x 方向平行,要使探测器改为向正x 偏负y60°的方向以原来的速率0v 平动,则可A .先开动1P 适当时间,再开动4P 适当时间B .先开动3P 适当时间,再开动2P 适当时间C .开动4P 适当时间D .先开动3P 适当时间,再开动4P 适当时间多少年了,高考题可是个宝藏啊。
练一练,多一份感悟和自信。
2.(2002 全国30).(27分)有三根长度皆为l=1.00m的不可伸长的绝缘轻线,其中两根的一端固定在天花板上的O点,另一端分别拴有质量皆为m=1.00×10-2kg的带电小球A和B,它们的电量分别为-q和+q,q=1.00×10-7C。
A、B之间用第三根线连接起来。
空间中存在大小为E=1.00×106N/C的匀强电场,场强方向沿水平方向右,平衡时A、B球的位置如图所示。
现将O、B之间的线烧断,由于有空气阻力,A、B 球最后会达到新的平衡位置。
求最后两球的机械能与电势能总和与烧断前相比改变了多少。
(不计两带电小球间相互作用的静电力)高考题源解密:让我悄悄的告诉你,往年高考真题,课本原型材料,生产生活科技 (2)多少年了,高考题可是个宝藏啊。
练一练,多一份感悟和自信。
高考题源解密:让我悄悄的告诉你,往年高考真题,课本原型材料,生产生活科技 (3)3. (2005全国 23).(16分)原地起跳时,先屈腿下蹲,然后突然蹬地。
日期高中物理第一轮复习—运动学(学案+练习)——自由落体与竖直上抛一、自由落体运动:例题1.一只小球自屋檐自由落下,在△t=0.25s内通过高度为△h=2m的窗口,则窗口的顶端距屋檐多高?(g取10m/s2)1.2.2 【掌握竖直上抛运动】二、竖直上抛运动:1.定义:物体有竖直向上的初速度且只受重力作用的运动。
2.特点:初速度方向;只受重力,加速度a= 。
3.计算公式:4.基本规律:(1)物体上升到最高点的时间(2)物体上升的最大高度(3)在同一高度,上升的速度和下降的速度关系:(4)由某一高度到达最高点的时间与最高点落到这一高度的时间相等5.注意要点:(1)取为正方向,即为正方向(2)h意义:(3)t意义:(4)注意速度v和位移h的正负值的意义v>0,说明与初速方向相同,物体在v<0,说明与初速方向相反,物体在v=0,物体到达h>0,物体在抛出点h<0,物体在抛出点h=0,物体回到例题2.气球下挂一重物,以速度v0=10m/s匀速上升,当到达离地面高h=175m处时悬挂重物的绳子突然断裂,那么物体经过多长时间落到地面?落地的速度多大?(空气阻力不计,g取10m/s2)例题3.竖直向上抛出一小球,3s末落回到抛出点,则小球在第2秒内的位移(不计空气阻力)是多少?例题4.从20m高的楼房的阳台上以20m/s的初速度竖直向上抛出一小球,不计空气阻力,g取10m/s2,求小球运动到离抛出点15m处所经历的时间可能是多少?例题5.从离地H高处自由落下一小球A,同时在它正下方以初速v0竖直上抛另一小球B,求:经历多少时间后,两个小球相遇;例题6.从同一地点用相同的速度先后竖直向上抛出两个小球,第二个小球比第一个小球晚抛出2s,若抛出时速度均为50m/s,问第二个小球抛出后多长时间与第一个小球在空中相遇?三、竖直下抛运动:1.定义:物体有竖直向下的初速度且只受重力作用的运动。
2.特点:初速度竖直向下;只受重力,即a=g。
完整版)高三物理电场经典习题电场练题1.如下图所示,一个静止的点电荷+Q在其周围产生电场,有三个点A、B、C在与+Q共面的平面上,其中B、C在以+Q为圆心的同一圆周上。
设A、B、C三点的电场强度大小分别为EA、EB、EC,电势分别为φA、φB、φC,则正确的选项是:A。
EA<EB,φB=φCB。
EA>EB,φA>φBC。
EA>EB,φA<φBD。
EA>EC,φB=φC2.下图中,有一个水平匀强电场,在竖直平面内有一个带电微粒,其初速度为v,沿着虚线从点A运动到点B。
此时,能量的变化情况是:A。
动能减少,重力势能增加,电势能减少B。
动能减少,重力势能增加,电势能增加C。
动能不变,重力势能增加,电势能减少D。
动能增加,重力势能增加,电势能减少3.在匀强电场中,将一带电小球,其质量为m,带电量为q,由静止释放,其运动轨迹为一条与竖直方向夹角为θ的直线。
此时,匀强电场的场强大小为:A。
唯一值是mgtgθ/qB。
最大值是mgtgθ/qC。
最小值是mgsinθ/qD。
最小值是mgcosθ/q4.下图中,从灯丝发出的电子经过加速电场加速后,进入偏转电场。
若加速电压为U1,偏转电压为U2,为了使电子在电场中的偏转量y增大为原来的两倍,正确的方法是:A。
使U1减小到原来的1/2B。
使U2增大为原来的2倍C。
使偏转板的长度增大为原来的2倍D。
使偏转板的距离减小为原来的1/25.下图中,将乙图所示的交变电压加在甲图所示的平行板电A、B两极板上,开始时B板的电势比A板高,有一位于极板中间的电子,在t=0时刻由静止释放,它只在电场力作用下开始运动,设A、B两板间距足够大,则电子的运动情况是:A.电子一直向A板运动B.电子一直向B板运动C.电子先向A板运动,再向B板运动,再返回,如此做周期性运动D.电子先向B板运动,再向A板运动,再返回,如此做周期性运动6.一个动能为Ek的带电粒子垂直于电力线方向飞入平行板电,飞出电时动能为2Ek。
高三物理典型例题集锦三电学部分25、如图22-1所示,A 、B 为平行金属板,两板相距为d ,分别与电源两极相连,两板的中央各有小孔M 、N 。
今有一带电质点,自A 板上方相距为d 的P 点由静止自由下落(P 、M 、N 三点在同一竖直线上),空气阻力不计,到达N 点时速度恰好为零,然后按原路径返回。
若保持两板间的电压不变,则:A.若把A 板向上平移一小段距离,质点自P 点下落仍能返回。
B.若把B 板向下平移一小段距离,质点自P 点下落仍能返回。
C.若把A 板向上平移一小段距离,质点自P 点下落后将穿过N 孔继续下落。
D.若把B 板向下平移一小段距离,质点自P 点下落后将穿过N 孔继续下落。
分析与解:当开关S 一直闭合时,A 、B 两板间的电压保持不变,当带电质点从M 向N 运动时,要克服电场力做功,W=qU AB ,由题设条件知:带电质点由P 到N 的运动过程中,重力做的功与质点克服电场力做的功相等,即:mg2d=qU AB若把A 板向上平移一小段距离,因U AB 保持不变,上述等式仍成立,故沿原路返回,应选A 。
若把B 板下移一小段距离,因U AB 保持不变,质点克服电场力做功不变,而重力做功增加,所以它将一直下落,应选D 。
由上述分析可知:选项A 和D 是正确的。
想一想:在上题中若断开开关S 后,再移动金属板,则问题又如何?(选A 、B)。
26、两平行金属板相距为d ,加上如图23-1(b)所示的方波形电压,电压的最大值为U0,周期为T 。
现有一离子束,其中每个离子的质量为m ,电量为q ,从与两板等距处沿着与板平行的方向连续地射入两板间的电场中。
设离子通过平行板所需的时间恰为 T(与电压变化周期相同),且所有离子都能通过两板间的空间打在右端的荧光屏上。
试求:离子击中荧光屏上的位置的范围。
(也就是与O‘点的最大距离与最小距离)。
重力忽略不计。
分析与解:各个离子在电场中运动时,其水平分运动都是匀速直线运动,而经过电场所需时间都是T ,但不同的离子进入电场的时刻不同,由于两极间电压变化,因此它们的侧向位移也会不同。
当离子在t=0,T ,2T……时刻进入电场时,两板间在T/2时间内有电压U 0,因而侧向做匀加速运动,其侧向位移为y 1,速度为V 。
接着,在下一个T/2时间内,两板间没有电压,离子以V 速度作匀速直线运动,侧向位移为y 2,如图23-2所示。
这些离子在离开电场时,侧向位移有最大值,即(y 1+y 2)。
当离子在T=t/2,3/2T,5/2T……时刻进入电场时,两板间电压为零,离子在水平方向做匀速直线运动,没有侧向位移,经过T/2时间后,两板间有电压U 0,再经过T/2时间,有了侧向位移y 1,如图23-3所示。
这些离子离开电场时有侧向位移的最小值,即y 1。
当离子在上述两种特殊时刻之外进入电场的,其侧向位移值一定在(y 1+y 2)与y 1之间。
根据上述分析就可以求出侧向位移的最大值和最小值。
所以,离子击中荧光屏上的位置范围为:27、如图24-1所示,R 1=R 2=R 3=R 4=R ,电键S 闭合时,间距为d 的平行板电容器C 的正中间有一质量为m ,带电量为q 的小球恰好处于静止状态;电键S 断开时,小球向电容器一个极板运动并发生碰撞,碰撞后小球带上与极板同种性质的电荷。
设碰撞过程中没有机械能损失,小球反弹后恰好能运动到电容器另一极板。
若不计电源内阻,求:(1)电源的电动势,(2)小球与极板碰撞后的带电量。
图22-1 图23-1 图23-1(b) 图23-2图23-3分析与解:(1)电键S 闭合时,R 1、R 3并联与R 4串联,(R 2中没有电流通过)U C =U 4=(2/3)ε对带电小球有:mg=qE=qU C /d=(2/3)qε/d 得:ε=(3/2)mgd/q(2)电键S 断开后,R 1、R 4串联,则U C ’=ε/2=(3/4)mgd/q [1]小球向下运动与下极板相碰后,小球带电量变为q’,向上运动到上极板,全过程由动能定理得:mgd/2-qU C ’/2-mgd+q’U C ’=0 [2] 由[1][2]式解得:q’=7q/6。
28、如图25-1所示为矩形的水平光滑导电轨道abcd ,ab 边和cd 边的电阻均为5R 0,ad 边和bc 边长均为L ,ad 边电阻为4R 0,bc 边电阻为2R 0,整个轨道处于与轨道平面垂直的匀强磁场中,磁感强度为B 。
轨道上放有一根电阻为R 0的金属杆mn ,现让金属杆mn 在平行轨道平面的未知拉力F 作用下,从轨道右端以速率V 匀速向左端滑动,设滑动中金属杆mn 始终与ab 、cd 两边垂直,且与轨道接触良好。
ab 和cd 边电阻分布均匀,求滑动中拉力F 的最小牵引功率。
分析与解:mn 金属杆从右端向左端匀速滑动切割磁感线产生感应电动势,mn 相当于电源,其电路为内电路,电阻为内电阻。
当外电阻最大时,即当mn 滑到距离ad=(2/5)ab 时,此时电阻R madn =R mbcn =8R 0时,外阻最大值R max =4R 0,这时电路中电流最小值:I min =ε/(R max +r)=BLV/(4R 0+R 0)=BLV/5R 0所以,P min =F min V=BLI min V=BLVBLV/5R 0=B 2L 2V 2/5R 029、如图26-1所示,用密度为D 、电阻率为ρ的导线做成正方形线框,从静止开始沿竖直平面自由下落。
线框经过方向垂直纸面、磁感应强度为B 的匀强磁场,且磁场区域高度等于线框一边之长。
为了使线框通过磁场区域的速度恒定,求线框开始下落时的高度h 。
(不计空气阻力)分析与解:线框匀速通过磁场的条件是受到的竖直向上的安培力与重力平衡,即:F 安=mg [1]设线框每边长为L ,根据线框进入磁场的速度为,则安培力可表达为: F 安=BIL= [2] 设导线横截面积为S ,其质量为:m=4LSD [3]其电阻为:R=ρ4L/S [4]联立解[1]、[2]、[3]、[4]式得:h=128D 2ρ2g/B 4想一想:若线框每边长为L ,全部通过匀强磁场的时间为多少?(t=2L/V)线框通过匀强磁场产生的焦耳热为多少?(Q=2mgL)30、如图27-1所示,光滑导轨EF 、GH 等高平行放置,EG 间宽度为FH 间宽度的3倍,导轨右侧水平且处于竖直向上的匀强磁场中,左侧呈弧形升高。
ab 、cd 是质量均为m 的金属棒,现让ab 从离水平轨道h 高处由静止下滑,设导轨足够长。
试求:(1)ab 、cd 棒的最终速度,(2)全过程中感应电流产生的焦耳热。
分析与解:ab 下滑进入磁场后切割磁感线,在abcd 电路中产生感应电流,ab 、cd 各受不同的磁场力作用而分别作变减速、变加速运动,电路中感应电流逐渐减小,当感应电流为零时,ab 、cd 不再受磁场力作用,各自以不同的速度匀速滑动。
全过程中系统内机械能转化为电能再转化为内能,总能量守恒。
(1) ab 自由下滑,机械能守恒:mgh=(1/2)mV 2 [1] 由于ab 、cd 串联在同一电路中,任何时刻通过的电流总相等,金属棒有效长度 L ab =3L cd ,故它们的磁场力为:F ab =3F cd [2]在磁场力作用下,ab 、cd 各作变速运动,产生的感应电动势方向相反,当εab =εcd 时,电路中感应电流为零,(I=0),安培力为零,ab 、cd 运动趋于稳定,此时有:BL ab V ab =BL cd V cd 所以V ab =V cd /3 [3]ab 、cd 受磁场力作用,动量均发生变化,由动量定理得:F ab △t=m(V -V ab ) [4] F cd △t=mV cd [5]联立以上各式解得:V ab =(1/10),V cd =(3/10)(2)根据系统能量守恒可得:Q=△E 机=mgh-(1/2)m(V ab 2+V cd 2)=(9/10)mgh说 明:本题以分析ab 、cd 棒的受力及运动情况为主要线索求解。
注意要点:①明确ab 、cd 运动速度稳定的条件。
②理解电磁感应及磁场力计算式中的“L”的物理意义。
图24-1图25-1图26-1图27-1③电路中的电流、磁场力和金属棒的运动之间相互影响制约变化复杂, 解题时抓住每一瞬间存在F ab =3F cd 及终了状态时V ab =(1/3)V cd 的关系,用动量定理求解十分方便。
④金属棒所受磁场力是系统的外力,且F ab ≠F cd 时,合力不为零,故系统动量不守恒,只有当L ab =L cd 时,F ab =F cd ,方向相反,其合力为零时,系统动量才守恒。
31、如图28-1所示,X 轴上方有匀强磁场B ,下方有匀强电场E 。
电量为q 、质量为m 、重力不计的粒子y 轴上。
X 轴上有一点N(L.0),要使粒子在y 轴上由静止释放而能到达N 点,问:(1)粒子应带何种电荷? (2)释放点M 应满足什么条件? (3)粒子从M点运动到N 点经历多长的时间?分析与解:(1) 粒子由静止释放一定要先受电场力作用 (磁场对静止电荷没有作用力),所以 M 点要在-Y 轴上。
要进入磁场必先向上运动,静上的电荷要向上运动必须受到向上的电场力作用,而场强 E 方向是向下的,所以粒子带负电。
(2)粒子在M 点受向上电场力,从静止出发做匀加速运动。
在 O 点进入匀强磁场后,只受洛仑兹力(方向沿+X 轴)做匀速周围运动,经半个周期,回到X 轴上的P 点,进入匀强电场,在电场力作用下做匀减速直线运动直到速度为零。
然后再向上做匀加速运动,在X 轴上P 点进入匀强磁场,做匀速圆运动,经半个周期回到X 轴上的Q 点,进入匀强电场,再在电场力作用下做匀减速运动直到速度为零。
此后,粒子重复上述运动直到 X 轴上的N 点,运动轨迹如图28-2所示。
设释放点M 的坐标为(0.-y O ),在电场中由静止加速,则:qEy O =mV 2 [1]在匀强磁场中粒子以速率V 做匀速圆周运动,有:qBV=mV 2/R [2]设n 为粒子做匀速圆周运动的次数(正整数)则:L=n2R ,所以R=L/2n [3]解[1][2][3]式得:V=qBL/2mn ,所以y O =qB 2L 2/8n 2mE (式中n 为正整数) (3)粒子由M 运动到N 在电场中的加速运动和减速运动的次数为(2n-1)次, y O =at 12=qEt 12/m 每次加速或减速的时间都相等,设为t 1,则:所以t 1=粒子在磁场中做匀速圆周运动的半周期为t 2,共n 次,t 2=πm/qB粒子从M 点运动到N 点共经历的时间为:t=(2n-1)t 1+nt 2=(2n-1)BL/2nE+nπm/qB (n=1、2、3……)32、平行金属,板长1.4米,两板相距30厘米,两板间匀强磁场的B 为1.3×10-3特斯拉,两板间所加电压随时间变化关系如29-1图所示。