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一质量M=0.8kg的中空的、粗细均匀的、足够长的绝缘细管,其内表面粗糙、外表面光滑;有一质量为m=0.2kg、电荷量为q=0.1C的带正电滑块以水平向右的速度进入管内,如图甲所示。

网友投稿  2022-11-16 00:00:00  互联网

◎ 题目

一质量M = 0.8 kg的中空的、粗细均匀的、足够长的绝缘细管,其内表面粗糙、外表面光滑;有一质量为m = 0.2 kg、电荷量为q = 0.1 C的带正电滑块以水平向右的速度进入管内,如图甲所示。细管置于光滑的水平地面上,细管的空间能让滑块顺利地滑进去,示意图如图乙所示。运动过程中滑块的电荷量保持不变。空间中存在垂直纸面向里的水平匀强磁场,磁感应强度为B = 1.0 T。(取水平向右为正方向,g =" 10" m/s2
(1)滑块以v0 = 10 m/s的初速度进入细管内,则系统最终产生的内能为多少?
(2)滑块最终的稳定速度 vt取决于滑块进入细管时的初速度v0
①请讨论当v0的取值范围在0至60 m/s的情况下,滑块和细管分别作什么运动,并求出vt 和v0的函数关系?
②以滑块的初速度v0横坐标、滑块最终稳定时的速度vt 为纵坐标,在丙图中画出滑块的vt—v0图像(只需作出v0的取值范围在0至60 m/s的图像)。

◎ 答案

(1)(8分)小球刚进入管内时受到洛仑兹力为: N ① (2分)
依题意小球受洛仑兹力方向向上,,小球与管的下壁有弹力,摩擦使球减速至最终与细管速度相同时,两者以共同速度v运动          (1分)
由动量守恒定律:     ② (2分)
对系统:由能量守恒定律:③ (2分)
由②③得:Q =" 8" J   (1分)
(2)(10分)如图。
分析:当滑块对管的上下壁均无压力时,滑块进入细管的速度满足:
      ④
得:m/s -----------------1分
当滑块初速小于m/s时,,滑块与管的下壁有弹力,并有摩擦力,使滑块作匀减速直线运动,细管作匀加速直线运动,最终两者共速----------1分
对系统:依动量守恒定律:⑤-----------1分
代入数据得: ⑥(m/s)-----------1分
②当滑块初速20m/s≤v0≤60m/s时,滑块与管的上壁有弹力,摩擦使滑块减速最终速度为m/s,而细管作匀加速直线运动,加速到V’ ⑧-------1分
当滑块以初速度为v0’进入,若恰好v’=vt=20m/s,则对系统依动量守恒定律有:

可得:>60m/s
当滑块以v0=60m/s进入时,
∴细管工不会离开地面。
可见:当滑块以初速度20m/s≤v0≤60m/s进入细管时,细管最终不能加速到20m/s-- 1分
(画图每段2分)

◎ 解析

◎ 知识点

    专家分析,试题“一质量M=0.8kg的中空的、粗细均匀的、足够长的绝缘细管,其内表面粗糙、外表面光滑;有一质量为m=0.2kg、电荷量为q=0.1C的带正电滑块以水平向右的速度进入管内,如图甲所示。…”主要考查了你对  【动量守恒定律】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。



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