16.如圖a,長度L=0.8m的光滑桿左端固定一帶正電的點(diǎn)電荷A,其電荷量Q=1.8×10-7C;一質(zhì)量m=0.02kg,帶電量為q的小球B套在桿上.將桿沿水平方向固定于某非均勻外電場中,以桿左端為原點(diǎn),沿桿向右為x軸正方向建立坐標(biāo)系.點(diǎn)電荷A對小球B的作用力隨B位置x的變化關(guān)系如圖(b)中曲線I所示,小球B所受水平方向的合力隨B位置x的變化關(guān)系如圖(b)中曲線Ⅱ所示,其中曲線Ⅱ在0.16≤x≤0.20和x≥0.40范圍可近似看作直線.求:(靜電力常量k=9×109N•m/C2

(1)小球B所帶電量q;
(2)非均勻外電場在x=0.3m處沿細(xì)桿方向的電場強(qiáng)度大小E;
(3)在合電場中,x=0.4m與x=0.6m之間的電勢差U.
(4)已知小球在x=0.2m處獲得v=0.4m/s的初速度時(shí),最遠(yuǎn)可以運(yùn)動到x=0.4m.若小球在x=0.16m處受到方向向右,大小為0.04N的恒力作用后,由靜止開始運(yùn)動,為使小球能離開細(xì)桿,恒力作用的最小距離s是多少?

分析 如圖a,長度L=0.8m的光滑桿左端固定一帶正電的點(diǎn)電荷A,其電荷量Q=1.8×10-7C;一質(zhì)量m=0.02kg,帶電量為q的小球B套在桿上.將桿沿水平方向固定于某非均勻外電場中,以桿左端為原點(diǎn),沿桿向右為x軸正方向建立坐標(biāo)系.點(diǎn)電荷A對小球B的作用力隨B位置x的變化關(guān)系如圖(b)中曲線I所示,小球B所受水平方向的合力隨B位置x的變化關(guān)系如圖(b)中曲線Ⅱ所示,其中曲線Ⅱ在0.16≤x≤0.20和x≥0.40范圍可近似看作直線.求:(靜電力

解答 解:(1)由圖可知,當(dāng)x=0.3m時(shí),F(xiàn)1=k$\frac{qQ}{x^2}$=0.018N,因此:
q=$\frac{{{F_1}{x^2}}}{kQ}$=$\frac{{0.018×0.{3^2}}}{{9×1{0^9}×1.8×1{0^{-7}}}}$=1×10-6 C;
(2)設(shè)在x=0.3m處點(diǎn)電荷與小球間作用力為F2,則:F=F2+qE,
因此:E=$\frac{{{F_合}-{F_2}}}{q}$=$\frac{-0.012-0.018}{{1×1{0^{-6}}}}$N/C=-3×104N/C,
電場在x=0.3m處沿細(xì)桿方向的電場強(qiáng)度大小為3×104N/C,方向水平向左;
(3)根據(jù)圖象可知在x=0.4m與x=0.6m之間合力做功:
W=-0.004×0.2=-8×10-4J,
由qU=W可得:U=$\frac{W_合}{q}$=$\frac{{-8×1{0^{-4}}J}}{{1×1{0^{-6}}C}}$=-800V;
(4)由圖可知小球從x=0.16m到x=0.2m處,電場力做功W1=$\frac{0.03×0.04}{2}$=6×10-4J,
小球從x=0.2m到x=0.4m處,電場力做功W2=-$\frac{1}{2}$mv2=-1.6×10-3 J,
由圖可知小球從x=0.4m到x=0.8m處,電場力做功W3=-0.004×0.4=-1.6×10-3 J,
由動能定理可得:W1+W2+W3+Fs=0,
解得:s=$\frac{{{W_1}+{W_2}+{W_3}}}{F_外}$=$\frac{{6×1{0^{-4}}J-1.6×1{0^{-3}}J-1.6×1{0^{-3}}J}}{0.04N}$=0.065m;
答:(1)小球B所帶電量為1×10-6 C;
(2)非均勻外電場在x=0.3m處沿細(xì)桿方向的電場強(qiáng)度大小為3×104N/C;
(3)在合電場中,x=0.4m與x=0.6m之間的電勢差為-800V;
(4)恒力作用的最小距離s是0.065m.

點(diǎn)評 解答此題的關(guān)鍵是從圖象中獲得信息,求各區(qū)間電場力做的功.正確理解庫侖定律和電場力做功,尤其是運(yùn)用動能定理時(shí)要注意正功和負(fù)功.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

17.“自由落體”演示實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示.當(dāng)牛頓管被抽成真空后,將其迅速倒置,管內(nèi)一輕一重兩個(gè)物體從頂部下落到底端.如果在地球和月球表面(已知地球表面重力加速度是月球表面重力加速度的6倍)分別用該裝置做實(shí)驗(yàn),操作過程視作完全一致,則關(guān)于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,下列說法正確的是( 。
A.在地球上重的物體比輕的物體先到底端
B.在月球上重的物體比輕的物體先到底端
C.在月球上重的物體和地球上輕的物體同時(shí)到底端
D.在地球上輕的物體比月球上重的物體先到底端

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

7.已知兩個(gè)質(zhì)量分布均勻的星球半徑之比為2:1,第一宇宙速度之比為1:2,則下列有關(guān)這兩個(gè)星球的說法中正確的是( 。
A.兩星球密度之比是1:8
B.兩星球質(zhì)量之比是1:2
C.兩星球表面的重力加速度之比是1:4
D.分別繞兩星球表面附近的衛(wèi)星繞行一周所用時(shí)間之比是2:1

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科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

4.實(shí)驗(yàn)室新購進(jìn)一捆長度為100m的銅導(dǎo)線,某同學(xué)想通過實(shí)驗(yàn)測量此銅導(dǎo)線的電阻率ρ.

(1)用圖(a)所示的螺旋測微器測量銅導(dǎo)線的直徑d,在測砧、測微螺桿與被測銅導(dǎo)線將要接觸時(shí),應(yīng)轉(zhuǎn)動部件C(填“A”“B”或“C”),當(dāng)聽到“喀喀”聲時(shí),停止轉(zhuǎn)動,從圖(a)中讀出銅導(dǎo)線的直徑d=1.130mm.
(2)在測量銅導(dǎo)線的電阻R0時(shí),該同學(xué)用9根導(dǎo)線將器材連接如圖(b)所示.電路中所有元器件都完好,且電壓表和電流表已調(diào)零,保護(hù)電阻R0=3.00Ω
①閉合開關(guān)前,應(yīng)將滑動變阻器的滑片移至左端(填“左”“右”或“中間位置”);
②閉合開關(guān)后,反復(fù)調(diào)節(jié)滑動變阻器,發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)、電壓表的示數(shù)總為零.若只有一根導(dǎo)線斷路,則這根導(dǎo)線是6(填數(shù)字代號);
③排出故障后,調(diào)節(jié)滑動變阻器,當(dāng)電流表的示數(shù)為0.500A時(shí),電壓表(量程范圍0-3V)的示數(shù)如圖(c)所示,其讀數(shù)為2.40V.由以上數(shù)據(jù)可求得ρ=1.8×10-8Ω•m(保留2位有效數(shù)字)

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

11.航母艦載機(jī)的彈射裝置是制約我國航母發(fā)展的技術(shù)瓶頸.為了解決這一難題,某中學(xué)課外活動小組對此進(jìn)行了一系列的研究.他們把航母的彈射裝置及飛機(jī)在航母上的起飛過程,簡化為一個(gè)如下的中學(xué)物理模型:

(1)如圖所示,在一塊固定在水平地面上的粗糙木板(等效于航母靜止)左端A處,水平拴接一根輕彈簧,彈簧處于自然長度時(shí),其右端點(diǎn)在木板上的O點(diǎn).先壓縮彈簧至木板上的B點(diǎn),其彈簧的壓縮量記為x1,然后,將一個(gè)質(zhì)量為m的小物體,緊靠彈簧的右端點(diǎn)放置而不與彈簧拴接在一起.通過釋放這根被壓縮的彈簧,小物體到達(dá)O點(diǎn)后可獲得一個(gè)“彈射速度”,小物體從此脫離彈簧,系統(tǒng)同時(shí)自動生成一個(gè)水平向右的恒力F(等效于艦載機(jī)滑行時(shí)的牽引力),繼續(xù)給小物體P加速.又通過位移x2 (等效于艦載機(jī)在甲板上的滑行距離)后,可使小物體獲得一個(gè)理想的“起飛速度”v.已知小物體與木板之間的動摩擦因數(shù)為μ,當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間. 求彈簧壓縮至B點(diǎn)時(shí)所具有的彈性勢能Ep
(2)若拆除彈簧,并使木板以速度u向右做勻速直線運(yùn)動,小物體仍在恒力F作用下,相對于木板從靜止開始加速(等效于艦載機(jī)的滑躍式起飛),試求小物體在木板上,相對于木板的滑行距離仍為x2(此時(shí)小物塊木脫離木板)時(shí),所獲得的最終速度.

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科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

1.用如圖1所示的裝置“探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系”,帶滑輪的長木板水平固定,跨過小車上定滑輪的兩根細(xì)線均處于水平.

(1)實(shí)驗(yàn)時(shí),一定要進(jìn)行的操作是AB.(填步驟序號)
A.小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,先接通電源,再釋放小車,打出一條紙帶,同時(shí)記錄拉力傳感器的示數(shù)F0;
B.改變砂和砂桶質(zhì)量,打出幾條紙帶
C.用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量
D.為減小誤差,實(shí)驗(yàn)中一定要保證砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量
(2)以拉力傳感器示數(shù)的二倍F(F=2F0)為橫坐標(biāo),以加速度a為縱坐標(biāo),畫出的a-F圖象如圖2所示,則可能正確的是C.

(3)在實(shí)驗(yàn)中,得到一條如圖3所示的紙帶,按時(shí)間順序取0、1、2、…、5共6個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),1~5每相鄰兩個(gè)點(diǎn)間各有四個(gè)打印點(diǎn)未畫出,用刻度尺測出1、2、…、5各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為:10.92、18.22、23.96、28.30、31.10(cm),通過電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的交流電頻率為50Hz.則:小車的加速度大小為1.5m/s2,(結(jié)果保留一位小數(shù))

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科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

8.某同學(xué)利用如圖所示的裝置探究加速度與合外力的關(guān)系,圖中A為裝有窄遮光片的滑塊,B處可懸掛鉤碼,遮光片的寬度為d,1、2處有兩個(gè)光電門.
(1)實(shí)驗(yàn)中為了使繩的拉力等于滑塊A受到的合外力,需要平衡摩擦力,將長木板左端適當(dāng)墊高,在不懸掛(填“懸掛”或“不懸掛”)鉤碼的情況下,給滑塊A一個(gè)初速度,如果觀察到滑塊做勻速直線運(yùn)動,則表明已平衡摩擦力.
(2)為了使滑塊A受到外力的合力近似等于B的重力,實(shí)驗(yàn)必須滿足的條件還有滑塊A的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼B的質(zhì)量;如果實(shí)驗(yàn)過程中遮光片通過兩個(gè)光電門1、2的時(shí)間分別為△t1、△t2,及滑塊從光電門1運(yùn)動到光電門2所用的時(shí)間為t,則滑塊運(yùn)動的加速度為$\frac{d(△{t}_{1}-△{t}_{2})}{t△{t}_{1}△{t}_{2}}$.

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科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

5.如圖1所示,為“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量及小車和砝碼的質(zhì)量對應(yīng)關(guān)系圖.鉤碼的質(zhì)量為m1,小車和砝碼的質(zhì)量為m2,重力加速度為g.

(1)下列說法正確的是D.
A.每次在小車上加減砝碼時(shí),應(yīng)重新平衡摩擦力
B.實(shí)驗(yàn)時(shí)若用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)先釋放小車后接通電源
C.本實(shí)驗(yàn)m2應(yīng)遠(yuǎn)小于m1
D.在用圖象法探究加速度與質(zhì)量關(guān)系時(shí),應(yīng)作a-$\frac{1}{m_2}$圖象
(2)實(shí)驗(yàn)時(shí),某同學(xué)由于疏忽,遺漏了平衡摩擦力這一步驟,測得F=m1g,作出a-F圖象,他可能作出圖2中丙 (選填“甲”、“乙”、“丙”)圖線.此圖線的AB段明顯偏離直線,造成此誤差的主要原因是C.
A.小車與軌道之間存在摩擦          B.導(dǎo)軌保持了水平狀態(tài)
C.鉤碼的總質(zhì)量太大                     D.所用小車的質(zhì)量太大
(3)實(shí)驗(yàn)時(shí),某同學(xué)遺漏了平衡摩擦力這一步驟,若軌道水平,他測量得到的a-$\frac{1}{m_2}$圖象,如圖3.設(shè)圖中直線的斜率為k,在縱軸上的截距為b,則小車與木板間的動摩擦因數(shù)μ=$\frac{gk}$,鉤碼的質(zhì)量m1=$\frac{1}{gk}$.
(4)實(shí)驗(yàn)中打出的紙帶如圖4所示.相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間是0.1s,由此可以算出小車運(yùn)動的加速度是0.46m/s2

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

6.如圖所示,平行板電容器充電后與電源斷開,兩個(gè)極板為A、B,B板接地,A板帶電量+Q,板間電場有一固定點(diǎn)P,若將B板固定,A板下移一些,或?qū)板固定,B板上移一些,在這兩種情況中,下列說法正確的是( 。
A.A板下移時(shí),P點(diǎn)的電場強(qiáng)度不變,P點(diǎn)電勢不變
B.A板下移時(shí),P點(diǎn)的電場強(qiáng)度不變,P點(diǎn)電勢升高
C.B板上移時(shí),P點(diǎn)的電場強(qiáng)度減小,P點(diǎn)電勢降低
D.B板上移時(shí),P點(diǎn)的電場強(qiáng)度不變,P點(diǎn)電勢降低

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同步練習(xí)冊答案