如圖(a)所示,傾角θ=30°的光滑固定斜桿底端固定一電量為Q=2×10-4C的正點(diǎn)電荷,將一帶正電小球(可視為點(diǎn)電荷)從斜桿的底端(但與Q未接觸)靜止釋放,小球沿斜桿向上滑動(dòng)過程中能量隨位移的變化圖象如圖(b)所示,其中線1為重力勢(shì)能隨位移變化圖象,線2為動(dòng)能隨位移變化圖象.則
(1)描述小球向上運(yùn)動(dòng)過程中的速度與加速度的變化情況;
(2)求小球的質(zhì)量m和電量q;
(3)斜桿底端至小球速度最大處由底端正點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)的電勢(shì)差U;
(4)在圖(b)中畫出小球的電勢(shì)能ε 隨位移s變化的圖線.(取桿上離底端3m處為電勢(shì)零點(diǎn))

【答案】分析:(1)根據(jù)圖線2分析速率的變化情況:速度先增大,后減小,根據(jù)庫(kù)侖定律分析物體的合外力的變化,即可確定加速度的變化情況,從而說明小球的運(yùn)動(dòng)情況.
(2)由線1得到EP=mgh=mgssinθ,讀出斜率,即可求出m;由圖線2看出,s=1m時(shí),速度最大,此時(shí)小球受力平衡,由庫(kù)侖力與重力沿斜面的分力平衡,即可求得q.
(3)由線2可得,當(dāng)帶電小球運(yùn)動(dòng)至1m處動(dòng)能最大為27J,根據(jù)動(dòng)能定理求得斜桿底端至小球速度最大處由底端正點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)的電勢(shì)差U;
(4)根據(jù)能量守恒,畫出小球的電勢(shì)能ε 隨位移s變化的圖線.
解答:解:(1)由圖線2得知,小球的先先增大,后減小.根據(jù)庫(kù)侖定律得知,小球所受的庫(kù)侖力逐漸減小,合外力先減小后增大,加速度先減小后增大,則小球沿斜面向上做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng),再沿斜面向上做加速度逐漸增大的減速運(yùn)動(dòng),直至速度為零.
(2)由線1可得EP=mgh=mgssinθ,斜率k=20=mgsin30°,所以m=4kg
當(dāng)達(dá)到最大速度時(shí)帶電小球受力平衡 mgsinθ=,由線2可得s=1m,
得q==1.11×10-5C
(3)由線2可得,當(dāng)帶電小球運(yùn)動(dòng)至1m處動(dòng)能最大為27J.
根據(jù)動(dòng)能定理WG+W=△Ek
 即有-mgh+qU=Ekm-0
代入數(shù)據(jù)得U=4.2×106V
(4)右圖中線3即為小球電勢(shì)能ε隨位移s變化的圖線

答:(1)小球沿斜面向上做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng),再沿斜面向上做加速度逐漸增大的減速運(yùn)動(dòng),直至速度為零.
(2)小球的質(zhì)量m是4kg,電量q是1.11×10-5C;
(3)斜桿底端至小球速度最大處由底端正點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)的電勢(shì)差U是4.2×106V;
(4)如圖線3即為小球電勢(shì)能ε隨位移s變化的圖線.
點(diǎn)評(píng):本題首先要抓住圖象的信息,分析小球的運(yùn)動(dòng)情況,再根據(jù)平衡條件和動(dòng)能定理進(jìn)行處理.
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

如圖(a)所示,傾角θ=30°的光滑固定斜桿底端固定一電量為Q=2×10-4C的正點(diǎn)電荷,將一帶正電小球(可視為點(diǎn)電荷)從斜桿的底端(但與Q未接觸)靜止釋放,小球沿斜桿向上滑動(dòng)過程中能量隨位移的變化圖象如圖(b)所示,其中線1為重力勢(shì)能隨位移變化圖象,線2為動(dòng)能隨位移變化圖象.(g=10m/s2,靜電力恒量K=9×109N?m2/C2)則
(1)描述小球向上運(yùn)動(dòng)過程中的速度與加速度的變化情況;
(2)求小球的質(zhì)量m和電量q;
(3)斜桿底端至小球速度最大處由底端正點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)的電勢(shì)差U;
(4)在圖(b)中畫出小球的電勢(shì)能ε 隨位移s變化的圖線.(取桿上離底端3m處為電勢(shì)零點(diǎn))
精英家教網(wǎng)

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科目:高中物理 來源: 題型:

精英家教網(wǎng)如圖(a)所示,傾角為θ的光滑斜面固定在水平地面上,一物體在水平推力F的作用下沿斜面向上運(yùn)動(dòng),逐漸增大F,物體的加速度隨之改變,其加速度a隨F變化的圖象如圖(b)所示.根據(jù)圖(b)中所提供的信息可以計(jì)算出物體的質(zhì)量為
 
kg;若斜面粗糙,其他條件保持不變,請(qǐng)?jiān)趫D(b)中畫出改變F后,物體加速度a隨F變化的大致圖象.

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科目:高中物理 來源: 題型:

(2013?浦東新區(qū)一模)如圖(a)所示,傾角為θ的平行金屬軌道AN和A′N′間距為L(zhǎng),與絕緣光滑曲面在NN′處用平滑圓弧相連接,金屬軌道的NN′和MM′區(qū)間處于與軌道面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,軌道頂端接有定值電阻R和電壓傳感器,不計(jì)金屬軌道電阻和一切摩擦,PP′是質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒.現(xiàn)開啟電壓傳感器,將該金屬棒從斜面上高H處?kù)o止釋放,測(cè)得初始一段時(shí)間內(nèi)的U-t(電壓與時(shí)間關(guān)系)圖象如圖(b)所示(圖中Uo為已知).求:
(1)t3-t4時(shí)間內(nèi)金屬棒所受安培力的大小和方向;
(2)t3時(shí)刻金屬軌道的速度大小;
(3)t1-t4時(shí)間內(nèi)電阻R產(chǎn)生的總熱能QR
(4)在圖(c)中定性畫出t4時(shí)刻以后可能出現(xiàn)的兩種典型的U-t關(guān)系大致圖象.

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科目:高中物理 來源: 題型:

(2013上海市13校聯(lián)考)如圖(a)所示,傾角為θ的光滑斜面上有兩個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小都為B,沿斜面寬度都為d,區(qū)域Ⅰ的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直斜面向上,區(qū)域Ⅱ的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直斜面向下,兩磁場(chǎng)區(qū)域間距為d 。斜面上有一矩形導(dǎo)體框,其質(zhì)量為m,電阻為R,導(dǎo)體框abcd邊長(zhǎng)為L,bcad邊長(zhǎng)為3d/2。剛開始時(shí),導(dǎo)體框cd邊與磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ的上邊界重合;t=0時(shí)刻,靜止釋放導(dǎo)體框;t1時(shí)刻ab邊恰進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域Ⅱ,框中電流為I1;隨即平行斜面垂直于cd邊對(duì)導(dǎo)體框施加力,使框中電流均勻增加,到t2時(shí)刻框中電流為I2。此時(shí),ab邊未出磁場(chǎng)區(qū)域Ⅱ,框中電流如圖(b)所示。

(1)0- t2時(shí)間內(nèi),通過導(dǎo)體框截面的電量為多少?

(2)在0- t1時(shí)間內(nèi),導(dǎo)體框產(chǎn)生的熱量為多少?

3)證明金屬框在t1-t2時(shí)間內(nèi)做勻加速運(yùn)動(dòng),并求出加速度;

(4)令t1-t2時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體框加速度為a , 寫出t1-t2時(shí)間內(nèi)施加在導(dǎo)體框上的力F與時(shí)刻t的函數(shù)式,并定性分析F大小的變化情況。

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科目:高中物理 來源:2013-2014學(xué)年浙江省溫州市十校聯(lián)合體高三上學(xué)期期末考試物理試卷(解析版) 題型:計(jì)算題

22分)如圖(a)所示,傾角θ30的光滑固定斜桿底端固定一電量為Q2×10-4C的正點(diǎn)電荷,將一帶正電小球(可視為點(diǎn)電荷)從斜桿的底端(但與Q未接觸)靜止釋放,小球沿斜桿向上滑動(dòng)過程中能量隨位移的變化圖像如圖(b)所示,其中線1為重力勢(shì)能隨位移變化圖像,線2為動(dòng)能隨位移變化圖像。(g10m/s2,靜電力恒量K=9×109N·m2/C2)則:?

1)描述小球向上運(yùn)動(dòng)過程中的速度與加速度的大小變化情況;

2)求小球的質(zhì)量m和電量q

3)斜桿底端至小球速度最大處由底端正點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)的電勢(shì)差U;

4)在圖(b)中畫出小球的電勢(shì)能 隨位移s變化的圖線。(取桿上離底端3m處為電勢(shì)零點(diǎn))

 

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