学年高二物理电学与力学规律的综合应用专题训练.docx
- 文档编号:1584432
- 上传时间:2023-05-01
- 格式:DOCX
- 页数:24
- 大小:151KB
学年高二物理电学与力学规律的综合应用专题训练.docx
《学年高二物理电学与力学规律的综合应用专题训练.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《学年高二物理电学与力学规律的综合应用专题训练.docx(24页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
学年高二物理电学与力学规律的综合应用专题训练
2020-2021学年高二物理:
电学与力学规律的综合应用专题训练
题组1有约束的带电粒子在电场中的运动(直杆或面约束)
1.如图所示,A、B、O、C为在同一竖直平面内的四点,其中A、B、O沿同一竖直线,B、C同在以O为圆心的圆周(用虚线表示)上,沿AC方向固定有一光滑绝缘细杆L,在O点固定放置一带负电的小球.现有两个质量和电荷量都相同的带正电小球a、b均可视为点电荷(a、b之间的库仑力忽略不计),先将a放在细杆上,让其从A点由静止开始沿杆下滑,后使b从A点由静止开始沿竖直方向下落,则下列说法中正确的是()
A.从A点到C点,小球a做匀加速运动
B.小球a在C点的动能等于小球b在B点的动能
C.从A点到C点,小球a的机械能先增加后减少,但机械能与电势能之和不变
D.小球a从A点到C点电场力做的功大于小球b从A点到B点电场力做的功
【答案】C
【解析】从A到C小球a受到的作用力是变力,故不可能做匀加速运动,A错;B和C在同一个等势面上,小球a和b在B和C点的电势能相等,故B、D错;电场力对小球a先做正功后做负功,故小球a的机械能先增加后减少,小球a只有重力和电场力做功,机械能和电势能之和不变,故C正确.
2.(多选)如图所示,长为L=0.5m、倾角为θ=37°的光滑绝缘斜面处于水平向右的匀强电场中,一带电荷量为+q,质量为m的小球(可视为质点),以初速度v0=2m/s恰能沿斜面匀速上滑,g取10m/s2,sin37°
=0.6,cos37°=0.8,则下列说法中正确的是()
A.小球在B点的电势能大于在A点的电势能
B.
水平匀强电场的电场强度为
C.若电场强度加倍,小球运动的加速度大小为3m/s2
D.若电场强度减半,小球运动到B点时的速度为初速度v0的一半
【答案】BD
【解析】在小球由A运动到B的过程中,重力做负功,电场力做正功,小球电势能减少,A错;由动能定理知qELcosθ-mgLsinθ=0,所以水平匀强电场的电场强度为
,B对;电场强度加倍后,则有q·2Ecosθ
-mgsinθ=ma,所以a=6m/s2,C错;电场强度减半后,则有mgsinθ-q
cosθ=ma1,a1=3m/s2,由v
-v2=2a1L代入数值得v=1m/s,D对.
3.(多选)如图所示,质量为m的带电滑块沿绝缘斜面匀加速下滑,当滑至竖直向下的匀强电场区域时(滑块受到的电场力小于重力),滑块的运动状态可能()
A.仍为匀加速下滑,加速度比原来的小B.仍为匀加速下滑,加速度比原来的大C.变成匀减速下滑,加速度和原来一样大D.仍为匀加速下滑,加速度和原来一样大
【答案】AB
【解析】设斜面倾角为θ,滑块在开始下滑的过程中,mgsinθ-μmgcosθ=ma,解得a=gsinθ-μgcosθ>0,故sinθ>μcosθ.滑块可能带正电也可能带负电,当滑块带正电时,(mg+Eq)sinθ-μ(mg+Eq)cosθ=ma1,a1=g(sinθ-μcosθ)+
(sinθ-μcosθ),可推出加速度变大;当滑块带负电时,(mg-Eq)sinθ-μ(mg
-Eq)cosθ=ma2,a2=g(sinθ-μcosθ)-
(sinθ-μcosθ),可推出加速度变小,选项A、B正确.
4.(多选)如图所示,粗糙且绝缘的斜面体ABC在水平地面上始终静止.在斜面体AB边上靠近B点固定一点电荷,从A点无初速度释放带负电且电荷量保持不变的小物块(视为质点),运动到P点时速度恰为零.则小物块从A到P运动的过程()
A.水平地面对斜面体没有静摩擦作用力
B.小物块的电势能一直增大
C.小物块所受到的合外力一直减小
D.小物块损失的机械能大于增加的电势能
【答案】BD
【解析】对整体受力分析可知,带电物块在沿斜面运动过程中,受到库仑力、重力、垂直斜面的支持力、沿斜面向上的摩擦力,先做加速运动,后做减速运动,水平方向加速度大小先减小后增大,所以要受到地面的摩擦力,摩擦力大小先减小后反向增大,故A错误;由运动可知,B点电荷带负电,A也带负电荷,故A在下滑的过程中,库仑力做负功,故物块的电势能增大,故B正确;物块A先加速后减速,加速度大小先减小后增大,故受到的合力先减小后增大,故C错误;由能量守恒可知带电物块损失的机械能大于它增加的电势能,是因为克服摩擦力做了功,故D正确.
5.(多选)如图所示,离地H高处有一个质量为m、带电量为+q的物体处于电场强度随时间变化规律为E
=E0-kt(E0、k均为大于零的常数,电场水平向左为正方向)的电场中,物体与竖直绝缘墙壁间的动摩擦因数为μ,已知μqE0 物体下滑 后脱离墙面,此时速度大小为 ,物体最终落在地面上.则下列关于物体的运动说法正确的 是() A.当物体沿墙壁下滑时,物体先加速再做匀速直线运动B.物体从脱离墙壁到落地之前的运动轨迹是一段直线C.物体克服摩擦力所做的功Wf= mgH D.物体与墙壁脱离的时刻为t= 【答案】CD 【解析】竖直方向上有mg-μqE=ma,随着电场强度E的减小,加速度a逐渐增大,当E=0时,加速度增大到重力加速度g,此后物块脱离墙面,故A错误;物体脱离墙面时的速度向下,之后所受合外力与初速度不在同一条直线上,所以运动轨迹为曲线,故B错误;物体从开始运动到脱离墙面电场力一直不做功, 由动能定理得,mg-Wf=mv2,将v=代入解得Wf=mgH,故C正确;当物体与墙面脱离时电场 强度为零,所以E=E0-kt=0,解得时间t= ,故D正确. 6.如图所示,A、B两物块用一根轻绳跨过定滑轮相连,其中A带负电,电荷量大小为q.A静止于斜面的光滑部分(斜面倾角为37°,其上部分光滑,下部分粗糙且足够长,粗糙部分的动摩擦因数为μ,上方有一个平行于斜面向下的匀强电场),轻绳拉直而无形变.不带电的B、C通过一根轻弹簧拴接在一起,且处于静止状态,弹簧劲度系数为k.B、C质量相等,均为m,A的质量为2m,不计滑轮的质量和摩擦,重力加速度为g. (1)电场强度E的大小为多少? (2)现突然将电场的方向改变180°,A开始运动起来,当C刚要离开地面时(此时B还没有运动到滑轮处, A刚要滑上斜面的粗糙部分),请求出此时B的速度大小; (3)若 (2)问中A刚要滑上斜面的粗糙部分时,绳子断了,电场恰好再次反向,请问A再经多长时间停下来? 【答案】 (1) (2)(3) 【解析】 (1)分析物块A的受力,受到重力、支持力和电场力作用,根据平衡条件得,qE=2mgsin37°, 解得,E= = . (2)初态物块B静止,弹簧处于压缩状态,压缩量为x,由平衡条件得kx=mg,末态当物块C刚要离开地面时,弹簧处于伸长状态,伸长量为x′,由平衡条件得kx′=mg,则物块B上升2x,物块A沿斜面下降2x,初、末状态的弹性势能相等,物块A、B速度大小相等,根据动能定理得,-mg·2x+qE·2x+2mg·2xsin37° = ×3mv2-0,解得物块B的速度大小v=. (3)物块A滑上斜面粗糙部分,做匀减速直线运动,列牛顿第二定律关系式,2mgsin37°-qE-2μmgcos37° =2ma,解得a=-μgcos37°=- μg,运动时间t= =. 7.如图所示,可视为质点的三物块A、B、C放在倾角为30°的固定斜面上,物块与斜面间的动摩擦因数μ= ,A与B紧靠在一起,C紧靠在固定挡板上,三物块的质量分别为mA=0.60kg,mB=0.30kg,mC= 0.50kg,其中A不带电,B、C均带正电,且qC=1.0×10-5C,开始时三个物块均能保持静止且与斜面间均 无摩擦力作用,B、C间相距L=1.0m.现给A施加一平行于斜面向上的力F,使A在斜面上做加速度a=1.0m/s2的匀加速直线运动,假定斜面足够长.已知静电力常量k=9.0×109N·m2/C2,g=10m/s2.求: (1)B物块的带电量qB; (2)A、B运动多长距离后开始分离. 【答案】 (1)5.0×10-5C (2)0.5m 【解析】 (1)设B物块的带电量为qB,A、B、C处于静止状态时,C对B的库仑斥力 F0= 以A、B为研究对象,根据力的平衡有F0=(mA+mB)gsin30° 联立解得qB=5.0×10-5C (2)给A施加力F后,A、B沿斜面向上做匀加速直线运动,C对B的库仑斥力逐渐减小,A、B之间的弹力也逐渐减小.设经过时间t,B、C间距离变为L′,A、B两者间弹力减小到零,此后两者分离.则t时刻C 对B的库仑斥力为F0′= 以B为研究对象,由牛顿第二定律有F0′-mBgsin30°-μmBgcos30°=mBa 联立以上各式解得L′=1.5m 则A、B分离时,A、B运动的距离ΔL=L′-L=0.5m 题组2有约束的带电粒子在电场中的运动(圆轨道约束) 8.(多选)如图所示,MPQO为有界的竖直向下的匀强电场,电场强度为E,ACB为光滑固定的半圆形轨道, 圆轨道半径为R,AB为圆水平直径的两个端点,AC为 圆弧.一个质量为m、电荷量为-q的带电小球,从 A点正上方高为H处由静止释放,并从A点沿切线进入半圆轨道.不计空气阻力及一切能量损失,关于带电粒子的运动情况,下列说法正确的是() A.小球一定能从B点离开轨道 B.小球在AC部分可能做匀速圆周运动 C.若小球能从B点离开,上升的高度一定小于H D.小球到达C点的速度可能为零 【答案】BC 【解析】由于题中没有给出H与R、E的关系,所以小球不一定能从B点离开轨道,故A错误;若重力大小等于电场力,小球在AC部分做匀速圆周运动,故B正确.由于小球在AC部分运动时电场力做负功,所以若小球能从B点离开,上升的高度一定小于H,故C正确;若小球到达C点的速度为零,则电场力大于重力,则小球不可能沿半圆轨道运动,所以小球到达C点的速度不可能为零.故D错误. 9.(多选)如图所示,光滑的水平轨道AB与半径为R的光滑的半圆形轨道BCD相切于B点,AB水平轨道部分存在水平向右的匀强电场,半圆形轨道在竖直平面内,B为最低点,D为最高点.一质量为m、带正电的小球从距B点x的位置在电场力的作用下由静止开始沿AB向右运动,恰能通过最高点,则() A.R越大,x越大 B.R越大,小球经过B点后瞬间对轨道的压力越大 C.m越大,x越小 D.m与R同时增大,电场力做功增大 【答案】AD 【解析】小球在BCD部分做圆周运动,在D点,mg=m,小球由B到D的过程中有: -2mgR=mv- mv,解得vB= ,R越大,小球经过B点时的速度越大,则x越大,选项A正确;在B点有: FN- mg=m,解得FN=6mg,与R无关,选项B错误;由Eqx= mv ,知m、R越大,小球在B点的动能越大,则x越大,电场力做功越多,选项C错误,D正确. 10. 如图所示,半径为R的光滑圆环竖直置于场强为E的水平方向的匀强电场中,质量为m、带电荷量为+q的空心小球穿在环上,当小球从顶点A由静止开始下滑到与圆心O等高的位置B时,求小球对环的压力. 【答案】2mg+3Eq,方向水平向右 【解析】小球从A运动到B的过程中,重力做正功,电场力做正功,动能增加,由动能 定理有mgR+EqR=mv2 在B点小球受到重力mg、电场力F和环对小球的弹力F1三个力的作用,沿半径方向指向圆心的合力提供向心力,则F1-Eq=m 联立以上两式可得F1=2mg+3Eq 小球对环的作用力与环对小球的作用力为一对作用力与反作用力,两者等大反向,即小球对环的压力F1′= 2mg+3Eq,方向水平向右. 11.在电场强度为E=104N/C、方向水平向右的匀强电场中,用一根长L=1m的绝缘细杆(质量不计)固定一个质量为m=0.2kg、电荷量为q=5×10-6C带正电的小球,细杆可绕轴O在竖直平面内自由转动.现将杆从水平位置A轻轻释放,在小球运动到最低点B的过程中,电场力对小球做功多少? A、B两位置的电势差多少? 小球的电势能如何变化? 小球到达B点时的速度多大? (取g=10m/s2) 【答案】0.05J104V减少4.5m/s 【解析】①电场力做功W=qEL=5×10-6×104×1J=0.05J ②UAB=EL=104×1V=104V ③由于电场力做正功,所以电势能减少 ④由动能定理可知: qEL+mgL= mv 代入数据解得,vB≈4.5m/s. 12.如图所示,在竖直向下的匀强电场中有一绝缘的光滑轨道,一个带负电的小球从斜轨上的A点由静止释放,沿轨道滑下,已知小球的质量为m,电荷量为-q,匀强电场的场强大小为E,斜轨道的倾角为α,圆轨道半径为R,小球的重力大于所受的电场力. (1)求小球沿轨道滑下的加速度的大小; (2)若使小球通过圆轨道顶端的B点,求A点距水平地面的高度h1至少为多大; (3)若小球从斜轨道h2=5R处由静止释放.假设其能通过B点.求在此过程中小球机械能的改变量. 【答案】 (1) (2) R(3)3qER 【解析】 (1)由牛顿第二定律有(mg-qE)sinα=ma得: a= . (2)球恰能过B点有: mg-qE=m ① 由动能定理,从A点到B点过程,则有: (mg-qE)(h1-2R)= mv -0②由①②解得h1= R. (3)因电场力做负功,导致机械能减少,电势能增加,则增加量: ΔE=qE(h2-2R)=qE(5R-2R)= 3qER. 由能量守恒定律得机械能减少,且减少量为3qER. 13.如图所示,A、B为半径R=1m的四分之一光滑绝缘竖直圆弧轨道,在四分之一圆弧区域内存在着E= 1×106V/m、竖直向上的匀强电场,有一质量m=1kg、带电量q=+1.4×10-5C的物体(可视为质点),从A点的正上方距离A点H处由静止开始自由下落(不计空气阻力),BC段为长L=2m、与物体间动摩擦因数为μ=0.2的粗糙绝缘水平面,CD段为倾角θ=53°且离地面DE高h=0.8m的斜面.(取g=10m/s2) (1)若H=1m,物体能沿轨道AB到达最低点B,求它到达B点时对轨道的压力大小; (2)通过你的计算判断: 是否存在某一H值,能使物体沿轨道AB经过最低点B后最终停在距离B点0.8m 处; (3)若高度H满足: 0.85m≤H≤1m,请通过计算表示出物体从C处射出后打到的范围.(已知sin53°=0.8,cos53°=0.6.不需要计算过程,但要有具体的位置,不讨论物体反弹以后的情况) 【答案】 (1)8N (2)不存在(3)在斜面上距离D点 m范围内,在水平面上距离D点0.2m范围内 【解析】 (1)物体由初始位置运动到B点的过程中根据动能定理有mg(R+H)-qER= mv到达B点时由支持力FN、重力、电场力的合力提供向心力FN-mg+qE=m ,解得FN=8N根据牛顿第三定律,可知物体对轨道的压力大小为8N,方向竖直向下 (2)要使物体沿轨道AB到达最低点B,当支持力为0时,最低点有个最小速度v,则qE-mg=m 解得v=2m/s 在粗糙水平面上,由动能定理得: -μmgx=- mv2,所以x=1m>0.8m 故不存在某一H值,使物体沿着轨道AB经过最低点B后,停在距离B点0.8m处. (3)在斜面上距离D点 m范围内(如图PD之间区域) 在水平面上距离D点0.2m范围内(如图DQ之间区域) 14. 一长为L的细线,上端固定,下端拴一质量为m、带电荷量为q的小球,处于如图所示的水平向右的匀强电场中.开始时,将线与小球拉成水平,小球静止在A点,释放后小球由静止开始向下摆动,当细线转过60°角时,小球到达B点速度恰好为零.试求: (1)A、B两点的电势差UAB; (2)匀强电场的场强大小; (3)小球到达B点时,细线对小球的拉力大小. 【答案】 (1)- (2) (3)mg 【解析】 (1)小球由A到B过程中,由动能定理得 mgLsin60°+qUAB=0 所以UAB=- (2)E= = (3)小球在AB间摆动,由对称性知,B处细线拉力与A处细线拉力相等,而在A处,由水平方向平衡有 FTA=qE= mg 所以FTB=FTA= mg 或在B处,沿细线方向合力为零,有 FTB=qEcos60°+mgcos30°= mg 题组3无约束的带电粒子在电场中的运动(计重力) 15.如图所示,不带电的金属球A固定在绝缘底座上,它的正上方有一点B,该处有带电液滴不断地自静止开始落下,液滴到达A球后将电荷量全部传给A球,设前一液滴到达A球后,后一液滴才开始下落,不计空气阻力和下落液滴之间的影响,则下列叙述中正确的是() A.第一滴液滴做自由落体运动,以后液滴做变加速运动,都能到达A球 B.当液滴下落到重力与电场力大小相等的位置时,开始做匀速运动C.所有液滴下落过程所能达到的最大动能不相等 D.所有液滴下落过程中电场力做功相等 【答案】C 【解析】第一滴液滴下落时,只受重力,所以做自由落体运动,以后的液滴在下落过程中,将受电场力作用,且在靠近A的过程中电场力变大,所以做变加速运动,当A电荷量较大时,使得液滴所受的电场力大于重力时,液滴有可能不能到达A球,所以A错误;当液滴下落到重力与电场力大小相等的位置时,液滴向下运动速度最大,再向下运动重力将小于电场力,所以不会做匀速运动,故B错误;每滴液滴在下落过程中A所带的电荷量不同,故下落液滴动能最大的位置不同,此时合外力做功不同,最大动能不相等,所以C正确;每滴液滴在下落过程中A所带的电荷量不同,液滴所受的电场力不同,电场力做功不同,所以D错误. 16.如图所示,质量为m、电荷量为+q的小球从距地面一定高度的O点,以初速度v0沿着水平方向抛出,已知在小球运动的区域里,存在着一个与小球的初速度方向相反的匀强电场,如果测得小球落地时的速度方向恰好是竖直向下的,且已知小球飞行的水平距离为L,求: (1)电场强度E为多大? (2)小球落地点A与抛出点O之间的电势差为多大? (3)小球落地时的动能为多大? 【答案】 (1) (2)(3) 【解析】 (1)分析水平方向的分运动有: v=2aL= ,所以E= . (2)A与O之间的电势差 UAO=E·L= . (3)设小球落地时的动能为EkA,空中飞行的时间为t,分析水平方向和竖直方向的分运动有: v0= ·t,vA=gt,EkA= mv 解得: EkA= . 17.如图所示,水平放置的平行板电容器的两极板M、N,接上直流电源.上极板M的中央有一小孔A,在A 的正上方h=20cm处的B点,有一小油滴自由落下.已知小油滴的电量Q=-3.5×10-14C,质量m=3.0×10 -9kg.当小油滴即将落到下极板时,速度恰为零.(不计空气阻力,g=10m/s2,L=15cm)求: (1)两极板间的电场强度E; (2)两极板间的电势差U; (3)设平行板电容器的电容C=4.0×10-12F,则该电容器带电量Q是多少? 【答案】 (1)2.0×106V/m方向竖直向下 (2)3.0×105V(3)1.2×10-6C 【解析】由动能定理W=ΔEk得 mg(h+L)=|Q|U,U= 代入数据 U= V=3.0×105V E= = V/m=2.0×106V/m Q=CU=4.0×10-12×3.0×105C=1.2×10-6C 18. 如图所示,一根长为L=1.5m的光滑绝缘细直杆MN竖直固定在电场强度大小为E=1.0×105N/C、与水平方向成θ=30°角的斜向上的匀强电场中,杆的下端M固定一个带电小球A,带电荷量为Q=+4.5×10-6C;另一带电小球B穿在杆上可自由滑动,带电荷量为q=+1.0×10-6C,质量为m=1.0×10-2kg.现将小球B从杆的N端由静止释放,小球B开始运动.(静电力常量k=9.0×109N·m2/C2,g=10m/s2) (1)求小球B开始运动时的加速度a的大小; (2)当小球B的速度最大时,求小球距M端的高度h1; (3)若小球B从N端运动到距M端的高度为h2=0.61m时,速度v=1.0m/s,求此过程中小球B电势能的改变量ΔEp. 【答案】 (1)3.2m/s2 (2)0.9m(3)8.4×10-2J 【解析】 (1)开始运动时小球B受重力、库仑力、杆的弹力和电场力,沿杆的方向运动,由牛顿第二定律得 mg- -qEsinθ=ma解得a=3.2m/s2 (2)小球B速度最大时受到的合力为零,即 +qEsinθ=mg 代入数据得h1=0.9m (3)小球B在从开始运动到速度为v的过程中,设重力做功为W1,电场力做功为W2,库仑力做功为W3,则根据动能定理得 W1+W2+W3= mv2W1=mg(L-h2) 又由功能关系知ΔEp=|W2+W3| 代入数据得ΔEp=8.4×10-2J 题组4有约束的带电粒子在电场中的运动(不计重力) 19.(多选)两个共轴的半圆柱形电极间的缝隙中,存在一沿半径方向的电场,如图所示.带正电的粒子流由电场区域的一端M射入电场,沿图中所示的半圆形轨道通过电场并从另一端N射出,由此可知() A.若入射粒子的电荷量相等,则出射粒子的质量一定相等B.若入射粒子的电荷量相等,则出射粒子的动能一定相等 C.若入射粒子的电荷量与质量之比相等,则出射粒子的速率一定相等D.若入射粒子的电荷量与质量之比相等,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 学年 物理 电学 力学 规律 综合 应用 专题 训练