2018年高考物理二轮复习精练二计算题32分标准练二
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计算题32分标准练(二)
24.(12分)如图1甲所示,可视为质点的物块静止在倾角为37°的足够长的固定斜面的底端,斜
面的底面为零势能面。先用一沿斜面向上的恒力F拉物块沿斜面向上运动,运动一段距离后撤去
拉力,物块运动的过程中机械能随位移变化的规律如图乙所示。物块的质量为2 kg,重力加速度
g
=10 m/s2已知,求:
图1
(1)物块在拉力作用下运动的加速度的大小;
(2)从最低点运动到最高点所用的时间。
解析 (1)由乙图可知,物块在拉力作用下向上运动2 m的过程中,根据功能关系
(F-f)x1=ΔE1(1分)
撤去拉力后,-fx2=ΔE2(1分)
解得,f=4 N,拉力F=24 N(1分)
在拉力作用下向上运动时,F-f-mgsin θ=ma1(1分)
求得以a1=4 m/s2(1分)
(2)设在拉力作用下运动的时间为t1,x1=12a1t21(1分)
求得t1=1 s(1分)
撤去拉力时的速度v=a1t1,v=4 m/s(1分)
撤去拉力后,f+mgsin θ=ma2(1分)
求得a2=8 m/s2(1分)
撤去拉力后向上运动到最高点的过程中
t
2
=va2=0.5 s(1分)
因此运动的总时间为t=t1+t2=1.5 s(1分)
答案 (1)4 m/s2 (2)1.5 s
25.(20分)如图2甲所示,两平行金属板接有如图乙所示随时间t变化的电压U,两板间电场可
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看作均匀的,且两板外无电场,板长L=0.2 m,板间距离d=0.2 m。在金属板右侧有一边界为
MN的区域足够大的匀强磁场,MN与两板中线OO′垂直,磁感应强度B
=5×10-3 T,方向垂直纸
面向里。现有带正电的粒子流沿两板中线OO′连续射入电场中,已知每个粒子速度v0=105 m/s,
比荷qm=108 C/kg,重力忽略不计,在每个粒子通过电场区域的极短时间内,电场可视作是恒定不
变的。
图2
(1)试求带电粒子射出电场时的最大速度;
(2)证明:在任意时刻从电场射出的带电粒子,进入磁场时在MN上的入射点和在MN上出射点的
距离为定值,写出该距离的表达式;
(3)从电场射出的带电粒子,进入磁场运动一段时间后又射出磁场,求粒子在磁场中运动的最长
时间和最短时间。
解析 (1)偏转电压由0变化到200 V的过程中,粒子流可能都能射出电场,也可能只有部分粒
子能射出电场。设偏转电压为U0时,粒子刚好能经过极板的右边缘射出。则d2=12U0qmdLv02(2分)
即U0=100 V。(1分)
则偏转电压为100 V时,粒子恰好能射出电场,且速度最大。
根据动能定理得,12mv2max-12mv20=qU02;(2分)
v
max
=2×105 m/s=1.41×105 m/s。(1分)
方向斜向右上方或斜向右下方,与初速度方向成45°夹角。(1分)
(2)设粒子射出电场的速度方向与MN间夹角为θ。粒子射出电场时速度大小为:
v
=v0sin θ,(1分)
qvB
=mv2R;(2分)
解得R=mvqB=mv0qBsin θ。(1分)
因此粒子射进磁场点与射出磁场点间距离
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s=2R
sin θ=2mv0qB。(2分)
由此可看出,距离s与粒子在磁场中运行速度的大小无关,s为定值。(1分)
(3)由(1)中结论可知,粒子射出磁场的竖直分速度越大,θ越小,故θ最小值为θmin=45°,
此情景下圆弧对应的圆心角为270°,入射粒子在磁场中运行最长时间
tmax=34T
=3πm2qB。(3分)
同理,粒子由右上方射入磁场且速度方向与MN间夹角为45°时在磁场中运行的时间最短,
最短时间tmin=14T=πm2qB。(3分)
答案 (1)1.41×105 m/s 方向斜向右上方或斜向右下方,与初速度方向成45°角 (2)s=2Rsin
θ=2mv0qB
(3)3πm2qB πm2qB