9.如圖,半徑為 r的絕緣光滑環(huán)固定在豎直平面內(nèi),環(huán)上套有一質(zhì)量為 m,帶電量為+q的珠子,現(xiàn)欲加一個(gè)與圓環(huán)面平行的勻強(qiáng)電場,使珠子由最高點(diǎn)A從靜止開始釋放(AC、BD為圓環(huán)的兩條互相垂直的直徑),要使珠子沿圓弧經(jīng)過B、C剛好能運(yùn)動到D,
(1)求所加電場的場強(qiáng)最小值及所對應(yīng)的場強(qiáng)的方向;
(2)當(dāng)所加電場的場強(qiáng)為最小值時(shí),珠子由A到達(dá)D的過程中速度最大時(shí)對環(huán)的作用力大小.
(3)在(1)問電場中,要使珠子能完成完整的圓運(yùn)動在A點(diǎn)至少使它具有多大的初動能?

分析 (1)珠子達(dá)到D點(diǎn)的速度為0,由運(yùn)動的對稱性可知,BC弧中點(diǎn)為M,速度最大;
(2)根據(jù)1的分析指出等效最高點(diǎn),在該點(diǎn)時(shí),重力和電場力的合力提供向心力;
(3)A到該點(diǎn)的過程重力勢能、電勢能和珠子的動能之和保持不變.也使用動能定理解題.

解答 解:(1)設(shè)電場力與重力的合力為F,方向NM方向,BC弧中點(diǎn)為M,速度最大,
在M點(diǎn)建立F,重力,電場力的平行四邊形,當(dāng)E最小時(shí),
有Eq=$\frac{\sqrt{2}}{2}$mg 
 E=$\frac{\sqrt{2}mg}{2q}$,方向與CB平行 
(2)F=$\frac{\sqrt{2}}{2}$mg
對AM過程,由動能定理得:
F(r+$\frac{\sqrt{2}}{2}$r)=$\frac{1}{2}$mv2-0
做圓周運(yùn)動的物體合外力提供向心力,得FN-F=m$\frac{{v}^{2}}{r}$
FN=($\frac{3\sqrt{2}}{2}+1$)mg,
(3)由A到N的過程,設(shè)過A點(diǎn)的動能為EKA,由動能定理,-F(r-$\frac{\sqrt{2}}{2}$r)=0-EKA,得,EKA=$\frac{\sqrt{2}-1}{2}$mgr.
答:(1)所加電場的場強(qiáng)最小值為$\frac{\sqrt{2}mg}{2q}$,所對應(yīng)的場強(qiáng)的方向?yàn)槠叫杏贑B,C→B;
(2)當(dāng)所加電場的場強(qiáng)為最小值時(shí),珠子由A到達(dá)D的過程中速度最大時(shí)對環(huán)的作用力為($\frac{3\sqrt{2}}{2}+1$)mg;
(3)要使珠子能完成完整的圓運(yùn)動在A點(diǎn)至少使它具有的初動能為$\frac{\sqrt{2}-1}{2}$mgr.

點(diǎn)評 該題中,珠子處于重力和電場力的復(fù)合場中做豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動,指出等效最高點(diǎn)是解題的關(guān)鍵.做圓周運(yùn)動的物體合外力提供向心力.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:多選題

7.某汽車性能測試場有兩輛同型號的汽車甲和乙,在平直測試軌道上同時(shí)同向運(yùn)動,它們運(yùn)動的圖象如圖所示,下列說法正確的是(  )
A.若開始時(shí),甲車在乙車前方5m處,則兩車不會相遇
B.若開始時(shí),甲車在乙車前方10m處,則兩車相遇2次
C.若開始時(shí),甲車在乙車前方30m處,則兩車相遇1次
D.若開始時(shí),乙車在甲車前方25m處,則兩車一定相遇

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

20.如圖所示,光滑絕緣水平面上靜止放置一根長為L、質(zhì)量為m、帶+Q電量的絕緣棒AB,棒的質(zhì)量和電量分布均勻,O點(diǎn)右側(cè)區(qū)域存在大小為E、水平向左的勻強(qiáng)電場,B、O之間的距離為x0.現(xiàn)對棒施加水平向右、大小為F=$\frac{1}{4}$QE的恒力作用,求:
(1)B端進(jìn)入電場$\frac{1}{8}$L時(shí)加速度的大小和方向.
(2)棒在運(yùn)動過程中獲得的最大動能.
(3)棒具有電勢能的最大可能值.(設(shè)O點(diǎn)處電勢為零)

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

17.如圖所示,兩平行金屬板M、N與電源相連,N板接地,在距兩板等距離的P點(diǎn)固定一個(gè)帶負(fù)電的點(diǎn)電荷,則(  )
A.若保持S接通,將M板上移一小段距離,M板的帶電量增加
B.若保持S接通,將M板上移一小段距離,P點(diǎn)的電勢降低
C.若將S接通后再斷開,將M板上移一小段距離,兩板間場強(qiáng)增大
D.若將S接通后再斷開,將M板上移一小段距離,點(diǎn)電荷在P點(diǎn)的電勢能保持不變

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科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

4.(1)某研究小組的同學(xué)為了測量某一電阻Rx的阻值,甲同學(xué)先用多用電表進(jìn)行粗測.使用多用電表歐姆擋時(shí),將選擇開關(guān)S于合適的擋位后,必須先將兩表筆短接,再進(jìn)行歐姆調(diào)零,使指針指在歐姆刻度的“0”處.若該同學(xué)將選擇旋鈕置于“×l”位置,指針在刻度盤上停留的位置如圖甲所示,則所測量的值為18Ω.

(2)為進(jìn)一步精確測量該電阻,實(shí)驗(yàn)臺上擺放有以下器材:
A.電流表(量程15mA,內(nèi)阻未知)
B.電流表(量程0.6A,內(nèi)阻未知)
C.電阻箱(最大電阻99.99Ω)
D.電阻箱(最大電阻999.9Ω)
E.電源(電動勢3V,內(nèi)阻1Ω)
F.單刀單擲開關(guān)2只
G.導(dǎo)線若干
乙同學(xué)設(shè)計(jì)的電路圖如圖乙所示,現(xiàn)按照如下實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn):
①調(diào)節(jié)電阻箱,使電阻箱有合適的阻值R1,僅閉合S1,使電流表有較大的偏轉(zhuǎn)且讀數(shù)為I;
②調(diào)節(jié)電阻箱,保持開關(guān)S1閉合,開關(guān)S2閉合,再次調(diào)節(jié)電阻箱的阻值為R2,使電流表讀數(shù)仍為I.
a.根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)器材規(guī)格可知,電流表應(yīng)選擇A,電阻箱應(yīng)選擇D.(填器材前字母)
b.根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟可知,待測電阻Rx=R2-R1(用題目所給測量數(shù)據(jù)表示).
(3)利用以上實(shí)驗(yàn)電路,閉合S2調(diào)節(jié)電阻箱R,可測量出電流表的內(nèi)阻RA,丙同學(xué)通過調(diào)節(jié)電阻箱R,讀出多組R和I值,作出了$\frac{1}{I}$-R圖象如圖丙所示.若圖象中縱軸截距為1A-1,則電流表內(nèi)阻RA=2Ω.

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

14.如圖所示,兩平行金屬板A、B水平放置,長為L=8cm,兩板間距離d=8cm,電勢差為UAB=680V,MN右側(cè)存在豎直向下的勻強(qiáng)電場,大小為E=104V/m.兩界面MN、PS相距為12cm,D是中心線RO與界面PS的交點(diǎn),O點(diǎn)在中心線上,距離界面PS為9cm,一比荷為$\frac{q}{m}$=10-3C/kg的帶負(fù)電油滴,沿平行金屬板的中心線RO飛入電場,初速度v0=0.4m/s,g取10m/s2.求:
(1)油滴到達(dá)界面MN時(shí)速度v的大;
(2)到達(dá)PS界面時(shí)離D點(diǎn)的距離Y;
(3)若油滴到達(dá)界面PS時(shí)在O點(diǎn)突然固定一個(gè)點(diǎn)電荷Q(設(shè)點(diǎn)電荷的電場分布不影響原勻強(qiáng)電場),于是油滴穿過界面PS做勻速圓周運(yùn)動,最后垂直打在放置于中心線上的熒光屏bc上(靜電力常量k=9.0×109N•m2/C2).試確定點(diǎn)電荷Q的電性并求其電荷量.

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科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

1.某實(shí)驗(yàn)小組在“探究加速度與物體受力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,設(shè)計(jì)出如下的實(shí)驗(yàn)方案,其實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示.已知小車質(zhì)量為M,砝碼盤質(zhì)量為m0,所使用的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器交流電頻率f=50Hz.其實(shí)驗(yàn)步驟是:

A.按圖所示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置;
B.調(diào)節(jié)長木板的傾角,輕推小車后,使小車能沿長木板向下做勻速運(yùn)動;
C.取下細(xì)繩和砝碼盤,記下砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m;
D.先接通電源,再放開小車,打出一條紙帶,由紙帶求得小車的加速度a;
E.重新掛上細(xì)繩和砝碼盤,改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量,重復(fù)B~D步驟,求得小車在不同合外力F作用下的加速度a.
回答下列問題:
(1)按上述方案做實(shí)驗(yàn),是否要求砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量?否(填“是”或“否”).
(2)實(shí)驗(yàn)中打出的其中一條紙帶如圖乙所示,由該紙帶可求得小車的加速度a=0.88m/s2
(3)某同學(xué)將有關(guān)測量數(shù)據(jù)填入他所設(shè)計(jì)的表格中,如下表:
次數(shù)12345
砝碼盤中砝碼的重力F/N0.100.200.290.390.49
小車的加速度a/(m•s-20.881.441.842.382.89
他根據(jù)表中的數(shù)據(jù)畫出a-F圖象(如圖丙).造成圖線不過坐標(biāo)原點(diǎn)的一條最主要原因是在計(jì)算小車所受的合外力時(shí)未計(jì)入砝碼盤的重力;,從該圖線延長線與橫軸的交點(diǎn)可求出的物理量是砝碼盤的重力,其大小為0.08N.

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科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

18.現(xiàn)有下列器材:
A.6V蓄電池一組(內(nèi)阻約0.1Ω)
B.直流電流表(0~0.2A) 一只
C.直流電流表(0~0.02A) 一只
D.直流電壓表(0~3V) 一只
E.直流電壓表(0~100V) 一只
F.滑動變阻器(0~10Ω) 一只
G.滑動變阻器(0~500Ω) 一只
H.電阻箱(0~9999.9Ω,Im=0.1A) 一只
I.電鍵一只
現(xiàn)在要比較準(zhǔn)確地測量一只約0.6Ω電阻的阻值:
①在虛線框中畫出實(shí)驗(yàn)的原理圖;
②實(shí)驗(yàn)中除了電源、電鍵和導(dǎo)線處,還需要的器材是BDFH;(用器材前面的字母表示)
③寫出測量電阻的表達(dá)式Rx=$\frac{U}{I}$-R.表達(dá)式中各符號的物理意義是U為電壓表的讀數(shù),I為電流表的讀數(shù),R為電阻箱的讀數(shù).

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

19.下列說法正確的是( 。
A.若物體受摩擦力作用,則物體的運(yùn)動速度一定減小
B.單向直線運(yùn)動中,加速度方向向東時(shí),速度變化量的方向一定向東
C.一定質(zhì)量的物體作曲線運(yùn)動時(shí),速度不斷變化,動能也隨之變化
D.地球同步衛(wèi)星的發(fā)射速度小于第一宇宙速度

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同步練習(xí)冊答案