精英家教網(wǎng)如圖所示,兩組完全相同的電源E1、E2分別通過(guò)開(kāi)關(guān)S1、S2與兩對(duì)金屬板相連,每對(duì)金屬板的距離均為d,如果S1、S2分別閉合能夠在金屬板相對(duì)的空間內(nèi)建立起豎直和水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng).一長(zhǎng)為l的絕緣細(xì)線(xiàn)一端固定在O點(diǎn),另一端栓著一個(gè)質(zhì)量為m、帶有一定電量q的小球,原來(lái)S1、S2都斷開(kāi),小球在最低點(diǎn)A點(diǎn)處于靜止?fàn)顟B(tài).問(wèn):
(1)若只將S1閉合并給小球一沖量,它可在豎直平面內(nèi)繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),那么小球帶何種電荷?電源的電動(dòng)勢(shì)E1等于多少?
(2)若只將S2閉合,小球從A點(diǎn)由靜止釋放,那么,運(yùn)動(dòng)過(guò)程中細(xì)線(xiàn)所受的最大拉力是多少?并在圖中標(biāo)明此時(shí)小球的位置.
(3)若只將S2閉合,要使小球從A點(diǎn)開(kāi)始在豎直平面內(nèi)做完整的圓周運(yùn)動(dòng),至少在A點(diǎn)給小球多大的瞬時(shí)沖量?(已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間)
分析:(1)可在豎直平面內(nèi)繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),說(shuō)明小球受到的重力與電場(chǎng)力始終平衡,故小球必帶正電.根據(jù)平衡條件,可解得電源的電動(dòng)勢(shì)E1
(2)只將S2閉合,由合場(chǎng)的觀(guān)點(diǎn)分析知,小球在細(xì)線(xiàn)與豎直方向偏右下方為45°時(shí)的D點(diǎn)拉力T最大(設(shè)為T(mén)M).
在D點(diǎn)細(xì)線(xiàn)與電場(chǎng)力和重力的合力提供向心力TM-
2
mg=m
vD2
l
,從A到D過(guò)程,運(yùn)用動(dòng)能定理-mgl(1-cos45°)+q
E1
d
lsin45°=
1
2
mvD2
,化簡(jiǎn)可解得細(xì)線(xiàn)所受的最大拉力TM
(3)由合場(chǎng)的觀(guān)點(diǎn)分析知,小球應(yīng)在圓周上與D點(diǎn)對(duì)稱(chēng)的C點(diǎn)時(shí)最容易離軌,即C點(diǎn)為合場(chǎng)中的等效最高點(diǎn),在C點(diǎn)重力和電場(chǎng)力的合力恰好提供向心力
2
mg=m
vmin2
l

從A到C運(yùn)用動(dòng)能定理-mgl(1+cos45°)-q
E1
d
lsin45°=
1
2
mvmin2
-
1
2
mvA2
,由上面二式解得vA,所以I=mvA,代入數(shù)據(jù)可得瞬時(shí)沖量I.
解答:精英家教網(wǎng)解:(1)由題意分析知:小球必帶正電.
小球受到的重力與電場(chǎng)力始終平衡,即:
q
E1
d
=mg

所以E1=
mgd
q

(2)只將S2閉合,由題意分析可知,由合場(chǎng)的觀(guān)點(diǎn)分析知,小球在細(xì)線(xiàn)與豎直方向偏右下方為45°時(shí)的D點(diǎn)拉力T最大(設(shè)為T(mén)M),受力如圖所示:
在D點(diǎn)細(xì)線(xiàn)與電場(chǎng)力和重力的合力提供向心力TM-
2
mg=m
vD2
l

從A到D過(guò)程,運(yùn)用動(dòng)能定理-mgl(1-cos45°)+q
E1
d
lsin45°=
1
2
mvD2

由以上二式可解得:TM=(3
2
-2)mg

(3)設(shè)至少給球的沖量為I,此時(shí)對(duì)應(yīng)的速度為vA,
如下圖所示,由合場(chǎng)的觀(guān)點(diǎn)分析知,小球應(yīng)在圓周上與D點(diǎn)對(duì)稱(chēng)的C點(diǎn)時(shí)最容易離軌,即C點(diǎn)為合場(chǎng)中的等效最高點(diǎn),精英家教網(wǎng)
在C點(diǎn)重力和電場(chǎng)力的合力恰好提供向心力
2
mg=m
vmin2
l

從A到C運(yùn)用動(dòng)能定理-mgl(1+cos45°)-q
E1
d
lsin45°=
1
2
mvmin2
-
1
2
mvA2

由上面二式解得vA=
gl(3
2
+2)

所以I=mvA=m
gl(3
2
+2)

答:(1)若只將S1閉合并給小球一沖量,它可在豎直平面內(nèi)繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),那么小球帶正電,電源的電動(dòng)勢(shì)E1等于
mgd
q

(2)若只將S2閉合,小球從A點(diǎn)由靜止釋放,那么,運(yùn)動(dòng)過(guò)程中細(xì)線(xiàn)所受的最大拉力是(3
2
-2)mg
,此時(shí)小球的位置如圖所示.
(3)若只將S2閉合,要使小球從A點(diǎn)開(kāi)始在豎直平面內(nèi)做完整的圓周運(yùn)動(dòng),至少在A點(diǎn)給小球m
gl(3
2
+2)
的瞬時(shí)沖量.
點(diǎn)評(píng):此題考查了重力場(chǎng)合電場(chǎng)兩個(gè)復(fù)合場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題,同時(shí)要結(jié)合牛頓第二定律和動(dòng)能定理的知識(shí)分析、解決問(wèn)題,是一道非常好的題目,但是綜合能力要求較高,難度較大,屬于難題.
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源:高中物理復(fù)習(xí)題 題型:058

為了測(cè)定和描繪“220V 40W”白熾電燈燈絲的伏安特性曲線(xiàn),可以利用調(diào)壓變壓器供電.調(diào)壓變壓器是一種自耦變壓器,它只有一組線(xiàn)圈L,繞在閉合的環(huán)形鐵心上,輸入端接在220V交流電源的火線(xiàn)與零線(xiàn)間,輸出端有一個(gè)滑動(dòng)觸頭P,移動(dòng)它的位置,就可以使輸出電壓在0~250V之間連續(xù)變化,圖左邊畫(huà)出的是調(diào)壓變壓器的電路圖符號(hào).實(shí)驗(yàn)室內(nèi)備有交流電壓表.交流電流表.滑動(dòng)變阻器.開(kāi)關(guān).導(dǎo)線(xiàn)等實(shí)驗(yàn)器材.

①在圖中完成實(shí)驗(yàn)電路圖.

②說(shuō)明按你的實(shí)驗(yàn)電路圖進(jìn)行測(cè)量,如果電表內(nèi)阻的影響不能忽略,在電壓較高段與電壓較低段相比較,哪段的誤差更大?為什么?

③如果根據(jù)測(cè)量結(jié)果作出的伏安特性曲線(xiàn)如右邊圖所示,試根據(jù)圖線(xiàn)確定,把兩個(gè)完全相同的“220V 40W”白熾電燈串聯(lián)在220V交流電源的火線(xiàn)與零線(xiàn)間,這兩只電燈消耗的總電功率是多大?

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

“牛頓秋千”是300多年前牛頓發(fā)明的儀器。它具有獨(dú)特的演示魅力,吸引了無(wú)數(shù)成人和兒童。現(xiàn)在讓我們一起來(lái)動(dòng)手制作一個(gè)“牛頓秋千”。
如圖,秋千由兩根平行木桿和5個(gè)完全相同的金屬球組成。金屬球直徑為1~2cm,由兩根細(xì)線(xiàn)組成雙線(xiàn)擺。將這樣的5個(gè)擺球沿直線(xiàn)排列并彼此相貼,組成擺組。

⑴把球1向左拉高釋放,撞向其余靜止的4個(gè)球。猜測(cè)一下,將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象?你會(huì)看到只有球5向右升起,所右圖所示。然后球5返回,向左去撞擊球4,結(jié)果也只有球1向左升起。球1再返回撞擊2,球5又升起,如此循環(huán)往復(fù)。
⑵如果把球1和球2一起向左升起,同時(shí)釋放,再猜測(cè)一下,將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象?
⑶同時(shí)向左升起并釋放3個(gè)球,又將看到什么現(xiàn)象?如改為4個(gè)球,又會(huì)怎樣?
如何解釋這些現(xiàn)象呢?

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

為了測(cè)量和描繪“220 V40 W”白熾電燈燈絲的伏安特性曲線(xiàn),可以利用調(diào)壓變壓器供電.調(diào)壓變壓器是一種自耦變壓器,它只有一組線(xiàn)圈L繞在閉合的環(huán)形鐵芯上,輸入端接在220 V交流電源的火線(xiàn)與零線(xiàn)間,輸出端有一個(gè)滑動(dòng)觸頭P,移動(dòng)它的位置,就可以使輸出電壓在0—250 V之間連續(xù)變化,圖16-10-4甲中畫(huà)出的是調(diào)壓變壓器的電路圖符號(hào).實(shí)驗(yàn)室內(nèi)備有交流電壓表,交流電流表,滑動(dòng)變阻器,開(kāi)關(guān),導(dǎo)線(xiàn)等實(shí)驗(yàn)器材.

(1)在圖16-10-4甲中完成實(shí)驗(yàn)電路圖;

(2)說(shuō)明按你的實(shí)驗(yàn)電路圖進(jìn)行測(cè)量,如果電表內(nèi)阻的影響不能忽略,在電壓較高段與電壓較低段相比較,哪段的誤差更大?為什么?

(3)如果根據(jù)測(cè)量結(jié)果作出的伏安特性曲線(xiàn)如圖16-10-4乙所示,試根據(jù)圖線(xiàn)確定:把兩個(gè)完全相同的“220 V40 W”白熾電燈串聯(lián)在220 V交流電源的火線(xiàn)與零線(xiàn)間,這兩只電燈消耗的總電功率是多大?

圖16-10-4

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

為了測(cè)定和描繪“220V  40W”白熾電燈燈絲的伏安特性曲線(xiàn),可以利用調(diào)壓變壓器供電。調(diào)壓變壓器是一種自耦變壓器,它只有一組線(xiàn)圈L,繞在閉合的環(huán)形鐵芯上,輸入端接在220V交流電源的火線(xiàn)與零線(xiàn)間,輸出端有一個(gè)滑動(dòng)觸頭P,移動(dòng)它的位置,就可以使輸出電壓在0~250V之間連續(xù)變化,圖所示左邊畫(huà)出的是調(diào)壓變壓器的電路圖符號(hào),實(shí)驗(yàn)室內(nèi)備有交流電壓表、交流電流表、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線(xiàn)等實(shí)驗(yàn)器材。

(1)在圖中完成實(shí)驗(yàn)電路圖

(2)如果根據(jù)測(cè)量結(jié)果作出的伏安特性曲線(xiàn)如圖所示,試根據(jù)圖線(xiàn)確定,把兩個(gè)完全相同的“220V  40W”白熾電燈串聯(lián)在220V交流電源的火線(xiàn)與零線(xiàn)間,這兩只電燈消耗的總電功率是        W。

(3)說(shuō)明按你的實(shí)驗(yàn)電路圖進(jìn)行測(cè)量,如果電表內(nèi)阻的影響不能忽略,在電壓較高段與電壓較低段相比較,哪段的誤差更大?為什么?

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

為了測(cè)定和描繪“220V、40W”白熾電燈燈絲的伏安特性曲線(xiàn),可以利用調(diào)壓變壓器供電.調(diào)壓變壓器是一種自耦變壓器,它只有一組線(xiàn)圈L,繞在閉合的環(huán)形鐵心上,輸入端接在220V交流電源的火線(xiàn)與零線(xiàn)間,輸出端有一個(gè)滑動(dòng)觸頭P,移動(dòng)它的位置,就可以使輸出電壓在0~250V之間連續(xù)變化.在圖11中,左圖畫(huà)出的是調(diào)壓變壓器的電路圖符號(hào).實(shí)驗(yàn)室內(nèi)備有交流電壓表、交流電流表、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線(xiàn)等實(shí)驗(yàn)器材.
(1)在圖10的左圖中完成實(shí)驗(yàn)電路圖.
(2)說(shuō)明按你的實(shí)驗(yàn)電路圖進(jìn)行測(cè)量,如果電表內(nèi)阻的影響不能忽略,在電壓較高段與電壓較低段相比較,哪段的誤差更大?為什么?
(3)如果根據(jù)測(cè)量結(jié)果作出的伏安特性曲線(xiàn)如圖10中的右圖所示,試根據(jù)圖線(xiàn)確定,把兩個(gè)完全相同的“220V、40W”白熾電燈串聯(lián)在220V交流電源的火線(xiàn)與零線(xiàn)間,這兩只電燈消耗的總電功率是多大?

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