高考物理力學(xué)與電場(chǎng)綜合題型匯編(編輯修改稿)
2024-09-28 10:19 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 一個(gè)可以通過(guò)開(kāi)關(guān)控制其有無(wú)的水平勻強(qiáng)電場(chǎng) ，場(chǎng)強(qiáng)為 E= l03V／ m．現(xiàn)將質(zhì)量為m=20 kg的貨物 B(不帶電且可當(dāng)作質(zhì)點(diǎn) )放置在小車(chē)的左端，讓它們以 v =2m/s的共同速度向右滑行，在貨物和小車(chē)快到終點(diǎn)時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)產(chǎn)生水平向左的電場(chǎng)．經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后關(guān)閉電場(chǎng)，使貨物到達(dá)目的地時(shí)，小車(chē)和貨物的速度恰好都為零．已知貨物與小車(chē)之間的動(dòng)摩擦因數(shù) ?? 取 g=10m/s2． (1)說(shuō)明關(guān)閉電場(chǎng)的瞬間，貨物和小車(chē)的速度方向； (2)為了使貨物不滑離小車(chē)，小車(chē)至 少多長(zhǎng) ? 參考答案 （ 1） 0． 4m；（ 2） 0． 2m。 （ 1）物塊恰能通過(guò)最高點(diǎn) C 時(shí)，圓弧軌道與物塊之間沒(méi)有力作用，物塊受到重力和電場(chǎng)力提供向心力。mgqE=mv2/R ① （ 物塊在由 A 運(yùn)動(dòng)到 C 的過(guò)程中，設(shè)物塊克服摩擦力做的功 W，根據(jù)動(dòng)能定理有： E B C A 22203212160s invgLvmvmvm g LCC????qE2RWmg2R=mvC2/2mv02/2 ② 解得 W= mvC2/2+5（ qEmg） R/2 （ 2）物塊離開(kāi)半圓形軌道后做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)， 設(shè)水平位移為 S 則水平方向有 S=v0t ① 豎直方向有 2R=(gqE/m)t2/2 ② 解得 S=2R 因此物塊離開(kāi)軌道落回水平面的水平距離與場(chǎng)強(qiáng) E 大小無(wú)關(guān)，大小為 2R. （ 1） 電荷做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，則有 a = Eqm Rsinθ= v0t R+Rcosθ=12 at2 由以上三式得mE qRmE qRv 2 )c os1()c os1(2 s i n20 ??? ???? （ 2） 由 （ 1）中的 結(jié)論可得粒子從 A點(diǎn)出發(fā)時(shí)的動(dòng)能為 4 )c os1(21 200 ???? E qRmvE k 則經(jīng)過(guò) P 點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為 Ek=Eq（ R+Rcosθ）＋ 12 m v02 = 14 EqR （ 5+3cosθ） （ 3）從上式可以看出 ， 當(dāng) θ從 120176。變化到 60176。的過(guò)程中， 接收屏上電荷的動(dòng)能逐漸增大 ， 因此 D 點(diǎn)接收到的電荷的末動(dòng)能最大 ． 最大動(dòng)能為： EkD=Eq(R+Rcos60176。)＋ 12 m v02 = 14 EqR (5+3cos60176。)= 138 EqR 設(shè) BC 中點(diǎn)為 M， MC=MD，故 D， C在等勢(shì)面上故由 D 到 C，電場(chǎng)力不做功。同動(dòng)能能定理： ………… .. ………… .. 在 D點(diǎn) :mgsin300Fcos300=ma mgsin300+Fcos300=ma2 a2=ga ⑴ 設(shè) B 受到的最大靜摩擦力為 mf1 ，則 . Ngmf Bm ?? ? ① 設(shè) A受到地面的滑動(dòng)摩擦力的 2f ，則 .)(22 Ngmmf BA ??? ? ② 施 加電場(chǎng)后，設(shè) A． B以相同的加速度向右做勻減速運(yùn)動(dòng)，加速度大小為 a ，由牛頓第二定律 300 A B C D mg mg F 電 F 電 N N O d B A C D O′ P L ammfqE BA )(2 ??? ③ 解得： 2/ sma? 設(shè) B 受到的摩擦力為 1f ，由牛頓第二定律得 amf B?1 ， ④ 解得： . Nf ? 因?yàn)?mff 11? ，所以電場(chǎng)作用后， A． B 仍保持相對(duì) 靜止以相同加速度 a 向右 做勻減速運(yùn)動(dòng)，所以剛加上勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)， B 的加速度大小 2/ sma? ⑵ A與擋板碰前瞬間，設(shè) A． B 向右的共同速度為 1v ， asvv 22021 ?? ， smv /11? A與擋板碰撞無(wú)機(jī)械能損失，故 A剛離開(kāi)擋板時(shí)速度大小為 smv /11? ⑶ A與擋板碰后，以 A． B 系統(tǒng)為研究對(duì)象， 2fqE? ⑥ 故 A． B 系統(tǒng)動(dòng)量守恒，設(shè) A． B 向左共同速度為 ? ，規(guī)定向左為正方向，得： vmmvmvm BABA )(11 ??? ⑦ 設(shè)該過(guò)程中， B 相對(duì)于 A向右的位移為 1s ，由系統(tǒng)功能關(guān)系得： 22111 )(21)(21 vmmvmmgsm BABAB ????? ⑧ ， ms ? 因 Ls?1 ，所以 B 不能離開(kāi) A， B 與 A的左端的最大距離為 ms ? 解：（ 1） 設(shè) 微粒穿過(guò) B 板小孔時(shí)的速度 為 v，根據(jù)動(dòng)能定理，有 212qU mv? ⑴ 解得 2qUvm? （ 2） 微粒進(jìn)入半圓形金屬板后，電場(chǎng)力提供向心力，有 222vvqE m mRL?? ⑵ 聯(lián)立 ⑴ 、 ⑵ ，得 4UE L? （ 3）微粒從釋放開(kāi)始經(jīng) t1射出 B 板的小孔，則 12 222d d mtdvv qU? ? ? ⑶ 設(shè)微粒在半圓形金屬板間運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò) t2第一次到達(dá)最低點(diǎn) P 點(diǎn)，則 2 4 4 2L L mt v q U???? ⑷ 所以從釋放微粒開(kāi)始，經(jīng)過(guò) ? ?12 2 42Lmt t d qU???? ? ?????微粒第一次到達(dá) P 點(diǎn)； 根據(jù)運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性，易知再經(jīng)過(guò) ? ?122 tt? 微粒再一次經(jīng)過(guò) P 點(diǎn)； 所以經(jīng)過(guò)時(shí)間 ? ?2 1 242Lmt k d qU???? ? ?????， 0,1,2,k ? 微粒經(jīng)過(guò) P 點(diǎn)。 （ 1）如圖所示，金屬球 A由 a到 b過(guò)程做勻加速直線運(yùn)動(dòng)， 細(xì)繩與水平方向夾角為 600時(shí)突然繃緊 由題意 030,33 ?? amgqE 故電場(chǎng)力和重力的合力： mgF 332? 由動(dòng)能定理得 021 2 ??bmvFL 求得：334 gLvb?；在 b點(diǎn)細(xì)繩突然繃緊時(shí)，小球只剩下切向速度； gLvv bb 360s in 0/ ?? 球 A由 b到 c過(guò)程中，細(xì)繩的拉力對(duì) A球不做功， 由動(dòng)能定理得 2200 212130s i n)30c os1( bc mvmvqE Lm gL ???? 解之得： gLgLvc 332 ?? （ 2） A球與 B球碰撞動(dòng)量守恒和機(jī)械能不損失有： mvc＝ mv/c+mvB 22/2 212121 Bcc mvmvmv ?? 解得 ?Bv gLgLvc 332 ??＝ 1m/s(即 ) A球與 B球接觸過(guò)程電荷量守恒有 2qqB ?? B球由碰后到落地過(guò)程中豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)： gHtgtH 2,21 2 ??； smgHgtv y /122 ??? 水平方向均加速直線運(yùn)動(dòng)， gmqEa x 632 ?? ∴ smtavv xBx /2??? 則 B球落地速度是 smvvv yx /422 ??? ：⑴電場(chǎng)方向改為豎直向上后，物塊相對(duì)木板運(yùn)動(dòng)的位移變小，說(shuō)明摩擦力變大 ，它們之間的壓力變大了，物塊所受的電場(chǎng)力向下，所以物塊帶負(fù)電． ⑵設(shè)勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小為 E，木板質(zhì)量為 M、長(zhǎng)度為 L，物塊的初速度為 v0，物塊和木板共同速度為
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