(14分)如圖,一對很大的豎直放置的平行金屬板可以繞M、N左右轉(zhuǎn)動,其之間存在一水平勻強電場。有一長為l的輕質(zhì)細(xì)絕緣棒OA.處于電場中,其一端可繞O點在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動,另一端A.處固定一帶電-q、質(zhì)量為m的小球A.,質(zhì)量為2m的絕緣不帶電小球b固定在OA.棒中點處;瑒幼冏杵麟娮枳銐虼螅(dāng)變阻器滑片在P點處時,棒靜止在與豎直方向成30°角的位置,已知此時BP段的電阻為R,M、N兩點間的距離為d。試求:(重力加速度為g)

(1)求此時金屬板間電場的場強大小E;

(2)若金屬板順時針旋轉(zhuǎn)α=30°(圖中虛線表示),并移動滑片位置,欲使棒靜止在與豎直方向成30°角的位置,BP段的電阻應(yīng)調(diào)節(jié)為多大?

(3)若金屬板不轉(zhuǎn)動,將BP段的電阻突然調(diào)節(jié)為R,則小球b在擺動過程中的最大動能是多少?

 

【答案】

(1)(2)R2 R(3)

【解析】

試題分析:(1)(4分)小球和棒力矩平衡:

金屬板間電場的場強大小

(2)(5分)金屬板間電勢差U1E1d

金屬板旋轉(zhuǎn)30°后平衡,

, 板旋轉(zhuǎn)后,板距d′=d cos30°,U2Ed′=

金屬板間電勢差與變阻器BP電阻成正比,因此  =, R2 R

(3)(5分)BP段的電阻調(diào)節(jié)為R后,

設(shè)小球動能最大時,細(xì)線與豎直角度為θ,即擺動過程中的平衡位置,根據(jù)力矩平衡得到:,tgθ=1,θ=45°。

A.的速度是b的2倍,A.的質(zhì)量是b的一半,所以A.的動能是 b的動能2倍,設(shè)b的最大動能為Ek,對整體,根據(jù)動能定理得到:

解得:

考點:考查了動能定理以及靜電學(xué)的綜合應(yīng)用

點評:做此類型題目,需要從受力分析開始,因為涉及的過程比較多,所以采用動能定理或者能量守恒分析解題

 

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源:2013屆上海市奉賢區(qū)高考一模物理試卷(帶解析) 題型:計算題

(14分)如圖,一對很大的豎直放置的平行金屬板可以繞M、N左右轉(zhuǎn)動,其之間存在一水平勻強電場。有一長為l的輕質(zhì)細(xì)絕緣棒OA.處于電場中,其一端可繞O點在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動,另一端A.處固定一帶電-q、質(zhì)量為m的小球A.,質(zhì)量為2m的絕緣不帶電小球b固定在OA.棒中點處;瑒幼冏杵麟娮枳銐虼螅(dāng)變阻器滑片在P點處時,棒靜止在與豎直方向成30°角的位置,已知此時BP段的電阻為R,M、N兩點間的距離為d。試求:(重力加速度為g)

(1)求此時金屬板間電場的場強大小E;
(2)若金屬板順時針旋轉(zhuǎn)α=30°(圖中虛線表示),并移動滑片位置,欲使棒靜止在與豎直方向成30°角的位置,BP段的電阻應(yīng)調(diào)節(jié)為多大?
(3)若金屬板不轉(zhuǎn)動,將BP段的電阻突然調(diào)節(jié)為R,則小球b在擺動過程中的最大動能是多少?

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