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158742. (2023•西安中学•高三上二月) 如图所示,水平细杆MN、CD,长度均为L,两杆间距离也为L,M、C两端与半圆形细杆相连,半圆形细杆与MN、CD在同一竖直平面内,且MN、CD恰为半圆弧在M、C两点处的切线。质量为m的带正电的小球P,电荷量为q,穿在细杆上,已知小球P与两水平细杆间的动摩擦因数μ=0.5,且与半圆形细杆之间的摩擦不计,小球P与细杆之间相互绝缘。若整个装置处在水平向右,场强大小为
mg
q
的匀强电场中,如图甲所示。
(1)要使得小球能沿半圆形细杆滑到MN水平杆上,求小球P从D端出发的初速度条件;
(2)撤去题中所述的电场,改为在MD、NC连线的交点O处固定一电荷量为Q的负电荷,如图乙所示,使小球P从D端出发沿杆滑动,滑到N点时速度恰好为零(已知小球所受库仑力始终小于重力),求小球P从D端出发时的初速度大小。
德优题库
共享时间:2023-12-16 难度:2
[考点]
带电粒子在单个或多个点电荷电场中的运动,带电粒子(计重力)在匀强电场中的圆周运动,
[答案]
(1)小球P从D点出发时的初速度大小满足
(2)小球P从D点出发时的初速度大小为
[解析]
解:(1)根据题意:E=,则有:Eq=×q=mg
可知重力场和电场的复合场的方向与水平方向夹45°斜向右下方,圆周运动的等效最高点为半圆形轨道斜向左上方45°的位置处,只要该点速度大于零即可。
从D点到该位置的过程,由动能定理得:
解得:
故从D端出发时的初速度大小满足:v
(2)设受到的库仑力沿竖直方向分量为Fy,小球在水平细杆MN、CD上运动时,在关于﹣Q成点对称位置受到的库仑力大小相等,根据对称性,应用微元法可得:
ΔWf=μ(mg﹣Fy)Δs+μ(mg+Fy)Δs=2μmgΔs
可得整个过程中克服摩擦力做功:Wf=2μmgL
又因为小球P在D点和N点电势能相等,所以从D到N:W=0
由动能定理:
解得:
答:(1)小球P从D点出发时的初速度大小满足
(2)小球P从D点出发时的初速度大小为
[点评]
本题考查了"带电粒子在单个或多个点电荷电场中的运动,带电粒子(计重力)在匀强电场中的圆周运动,",属于"易错题",熟悉题型是解题的关键。
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162429. (2023•铁一中学•高二上期中) 德优题库如图,圆弧轨道AB的圆心为O,半径为R=2.5m,圆弧轨道AB的B点与水平地面BE相切,B点在O点的正下方,在B点的右侧有一竖直虚线CD,B点到竖直虚线CD的距离为L1=2.5m,竖直虚线CD的左侧有一水平向左的匀强电场,场强大小为E1(大小未知),竖直虚线CD的右侧有场强大小为E2(大小未知)、竖直向上的匀强电场。竖直虚线CD的右侧有一竖直墙壁EF,墙壁EF到竖直虚线CD的距离为L2=1m,墙壁EF底端E点与水平地面BE相连接,墙壁EF的高度也为L2=1m。现将一电荷量为q=+4×10-2C、质量为m=1kg的完全绝缘的滑块从A点由静止释放沿圆弧轨道AB下滑,过B点时的速度大小为4m/s,最后进入竖直虚线CD右侧。已知滑块可视为质点,圆弧轨道AB光滑,水平地面BE与滑块间的动摩擦因数为μ=0.2,g=10m/s2,∠AOB=53°,sin53°=0.8,cos53°=0.6。求:
(1)场强E1的大小;
(2)滑块到达竖直虚线CD时速度的大小和滑块从B点到达竖直虚线CD所用时间;
(3)要使滑块与竖直墙壁EF碰撞,求E2的取值范围。
共享时间:2023-11-10 难度:2 相似度:1
162694. (2022•西北大附中•高二上期中) 德优题库一长为L的细线一端固定于O点,另一端拴一质量为m、带电荷量为+q的小球,处于如图所示的水平向右的匀强电场中。开始时,将细线与小球拉成水平伸直状态,小球静止在A点,释放后小球由静止开始向下摆动,当细线转动到O点左侧且与竖直方向夹角θ=30°时,小球速度恰好为零,重力加速度大小为g,求:
(1)匀强电场的电场强度大小E;
(2)小球运动过程中的最大速度vm
(3)小球达到最大速度时,细线对小球的拉力FT
(4)若想让小球做完整的圆周运动,则小球在A点释放瞬间至少要获得多大的竖直向下的初速度v0m
共享时间:2022-11-15 难度:2 相似度:1

dygzwlyn

2023-12-16

高中物理 | 高三上 | 解答题

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2020*西工大*期末
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