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如图所示,空间有场强E=1.0×102V/m竖直向下的电场,长L=0.8m不可伸...

如图所示,空间有场强E=1.0×102V/m竖直向下的电场,长L=0.8m不可伸长的轻绳固定于O点.另一端系一质量m=0.5kg带电q=5×10-2C的小球.拉起小球至绳水平后在A点无初速度释放,当小球运动至O点的正下方B点时绳恰好断裂,小球继续运动并垂直打在同一竖直平面且与水平面成θ=53°、无限大的挡板MN上的C点.试求:
(1)绳子的最大张力;
(2)A、C两点的电势差;
(3)当小球运动至C点时,突然施加一恒力F作用在小球上,同时把挡板迅速水平向右移至某处,若小球仍能垂直打在档板上,所加恒力F的方向及取值范围.

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根据动能定理求出小球经过最低点时的速度.经过最低点时,由重力和细线的拉力的合力提供小球的向心力,由牛顿第二定律求出细线对小球的拉力粒子在电场中做类平抛运动,水平方向是匀速直线运动,竖直方向是匀加速直线运动,由此可以求得粒子末速度的大小. 【解析】 (1)A→B由动能定理及圆周运动知识有:…① …② 联解①②得:T=30N…③ (2)A→C由功能关系及电场相关知识有: …④ vCsinθ=vB…⑤ UAC=E•hAC…⑥ 联解④⑤⑥得:UAC=125V…⑦ (3)由题可知施加恒力F后小球必须做匀速直线或匀加速直线运动,才能垂直打在档板上. 设恒力F与竖直方向的夹角为α,作出小球的受力矢量三角形分析如图所示.(或由矢量三角形可知:当F与F合(或运动)的方向垂直时,F有最小值而无最大值)…⑧ 由矢量三角形图有:Fmin=(mg+qE)•sinθ…⑨ θ≤(α+θ)≤180°…⑩ 联解⑨⑩得:F≥8N…(11) 0°≤α<127°…(12) 答:(1)绳子的最大张力为30N; (2)A、C两点的电势差为125V; (3)所加恒力F的取值范围F≥8N;方向范围为0°≤α<127°.
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考点分析:
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(1)当传送带静止时,若滑块恰能在b轮最高点C离开传送带,则BC两点间的距离是多少?
(2)当a、b两轮以某一角速度顺时针转动时,滑块从C点飞出落到地面D点,已知CD两点水平距离为3m.试求a、b两轮转动的角速度和滑块与传送带间产生的内能.

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时刻t1t2t3t4t5
速度v(m/s)4.524.043.563.082.60
v2(m2/s220.4316.3212.679.496.76
①在所给的坐标纸上作出v2-h图象;
②分析说明,图象斜率的绝对值表示的物理意义是:______
③由图象求得的重力加速度是______m/s2(结果保留三位有效数字).
(2)第2小组:DIS实验是利用现代信息技术进行的实验.“用DIS研究机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示,小组同学在实验中利用小铁块从很光洁的曲面上滑下,选择DIS以图象方式显示实验的结果,所显示的图象如图乙所示.图象的横轴表示小铁块距d点(最低点)的高度h,纵轴表示小铁块的重力势能EP、动能Ek或机械能E.试回答下列问题:
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3
3

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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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