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如图所示,空间存在范围足够大的竖直向下的匀强电场,电场强度大小E=1.0×104...

如图所示,空间存在范围足够大的竖直向下的匀强电场,电场强度大小E=1.0×104v/m,在绝缘地板上固定有一带正电的小圆环A.初始时,带正电的绝缘小球B静止在圆环A的圆心正上方,B的电荷量为q=9×10-7C,且B电荷量始终保持不变.始终不带电的绝缘小球C从距离B为x=2.1m的正上方自由下落,它与B发生对心碰撞,碰后不粘连但立即与B一起竖直向下运动.它们到达最低点后(未接触绝缘地板及小圆环A)又向上运动,当C、B刚好分离时它们不再上升.巳知绝缘小球B、C均可以视为质点,质量均为m=7.2×10-3kg,圆环A可看作电量集中在圆心处电荷量也为q=9×10-7C的点电荷,静电引力常量k=9×109Nm2/C2,(g取10m/s2).求:
(1)初始时,B离A圆心的高度;
(2)从碰后到刚好分离过程中A对B的库仑力所做的功;
(3)若C从B的正上方距离为2x处自由下落,则C、B刚好分离时还有向上的速度,求C向上运动到达的最高点与分离处的距离.

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初始时B静止,对其受力分析,根据平衡状态求出B离A圆心的高度. 由机械能守恒定律研究C从B的正上方自由下落到它与B碰撞前,求出碰撞前C的速度. C与B碰撞并立即与B一起向下运动,由动量守恒定律列出等式. 由动能定理研究C与B从碰后到刚好分离过程求解. 由机械能守恒定律C从B的正上方距离为2x处自由下落到与B碰前求解C与B碰前速度,再由动能定理求解刚好分离时C与B的速度. 【解析】 (1)初始时B静止,设此时A、B间的距离为r1,则有:                 ① 解①得:r1=0.3m                            (2)设C从B的正上方自由下落到它与B碰前速度为v1,由机械能守恒定律有                ② C与B碰撞并立即与B一起向下运动,设碰后速度为v2,则由动量守恒定律有:mv1=2mv2                ③ 它们到达最低点后又向上运动,设C、B刚好分离时A、B间的距离为r2,此时对B有     ④ 设C与B从碰后到刚好分离过程中A对B的库仑力做的功为W,则由动能定理有:                   ⑤ 解①②③④⑤得  W=1.62×10-2J                             (2)若C从B的正上方距离为2x处自由下落到与B碰前速度为v3,由机械能守恒定律有: ⑥ C与B碰撞并立即与B一起向下运动,设碰后速度为v4, 则有:mv3=2mv                                         ⑦ 它们到达最低点后又向上运动,刚好分离时C与B的速度为v5,A、B间的距离仍为r2,从碰后到刚好分离过程中,由动能定理有              ⑧ C与B分离后作竖直上抛运动,设C向上运动到达的最高点与分离处的距离为h,则:   ⑨ 解⑥⑦⑧⑨得h=0.525m      答:(1)初始时,B离A圆心的高度是0.3m; (2)从碰后到刚好分离过程中A对B的库仑力所做的功是1.62×10-2J; (3)C向上运动到达的最高点与分离处的距离是0.525m.
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考点分析:
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(1)第一次上拉时,该同学持续用力(可视为恒力),经过t=1s时间,下颚到达单杠面,求该恒力F的大小及此时他的速度大小;
(2)第二次上拉时,用恒力F′=720N拉至某位置时,他不再用力,而是依靠惯性继续向上运动,为保证此次引体向上合格,恒力F的作用时间至少为多少.

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d/×10-2m6.507.508.509.5010.511.512.513.514.5
I/W•m-28.296.664.963.923.372.612.301.971.70
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(1)根据图中三个数据点图,可看出I与哪个量存在线性关系,因此可将I与d之间的数学关系式表达为______,其中的常量为______W(保留两位有效数字).
(2)在与光源等距的各点,认为光源向各方向发出的光强大小几乎相等,依点光源光能向周围空间360球面均匀散射的物理模型,写出光源的发光功率P,光强值I及相应的与光源距离d之间的关系式______
(3)根据以上条件,算出小电珠的电-光转换效率η=______% (保留一位有效数字).

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B.撤去F时,墙壁对球B的弹力FB=0
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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