(22分)如图(a)所示,倾角θ=30(的光滑固定斜杆底端固定一电量为Q=2×10-4C的正点电荷,将一带正电小球(可视为点电荷)从斜杆的底端(但与Q未接触)静止释放,小球沿斜杆向上滑动过

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 功能关系/2022-11-10 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

(22分)如图(a)所示,倾角θ=30(的光滑固定斜杆底端固定一电量为Q=2×10-4C的正点电荷,将一带正电小球(可视为点电荷)从斜杆的底端(但与Q未接触)静止释放,小球沿斜杆向上滑动过程中能量随位移的变化图像如图(b)所示,其中线1为重力势能随位移变化图像,线2为动能随位移变化图像。(g=10m/s2,静电力恒量K=9×109N·m2/C2)则: 

(1)描述小球向上运动过程中的速度与加速度的大小变化情况;
(2)求小球的质量m和电量q;
(3)斜杆底端至小球速度最大处由底端正点电荷形成的电场的电势差U;
(4)在图(b)中画出小球的电势能( 随位移s变化的图线。(取杆上离底端3m处为电势零点)

◎ 答案

(1)先沿斜面向上做加速度逐渐减小的加速运动,再沿斜面向上做加速度逐渐增大的减速运动,直至速度为零。(2)m=4kg  1.11×10-5C (3)4.2×106V (4)如图所示

◎ 解析


试题分析:

解:(1)先沿斜面向上做加速度逐渐减小的加速运动,再沿斜面向上做加速度逐渐增大的减速运动,直至速度为零。  (2分)
(2)由线1可得EP=mgh=mgssinθ, (2分)
斜率k=20=mgsin30(   (2分) ,    所以m=4kg (1分)
当达到最大速度时带电小球受力平衡mgsinθ=kqQ/s02,  (2分)
由线2可得s0=1m,   (2分)
得q=mgs02sinθ/kQ=1.11×10-5C   (2分)
(3)由线2可得当带电小球运动至1m处动能最大为27J。           (2分)
根据动能定理WG+W=(Ek
-mgh+qU=Ekm-0     (2分)
代入数据得U=4.2×106V (2分)
(4)右图中线3即为小球电势能ε随位移s变化的图线               (3分)

◎ 知识点

    专家分析,试题“(22分)如图(a)所示,倾角θ=30(的光滑固定斜杆底端固定一电量为Q=2×10-4C的正点电荷,将一带正电小球(可视为点电荷)从斜杆的底端(但与Q未接触)静止释放,小球沿斜杆向上滑动过…”主要考查了你对  【功能关系】  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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