(12分)如圖所示,帶等量異種電荷的兩平行金屬板豎直放置(M板帶正電,N板帶負(fù)電),板間距為d=80cm,板長為L,板間電壓為U=100V。兩極板上邊緣連線的中點處有一用水平輕質(zhì)絕緣細(xì)線拴接的完全相同的小球A和B組成的裝置Q,在外力作用下Q處于靜止?fàn)顟B(tài),該裝置中兩球之間有一處于壓縮狀態(tài)的絕緣輕質(zhì)小彈簧(球與彈簧不拴接),左邊A球帶正電,電荷量為q=4×10-5C,右邊B球不帶電,兩球質(zhì)量均為m=1.0×10-3kg,某時刻裝置Q中細(xì)線突然斷裂,A、B兩球立即同時獲得大小相等、方向相反的速度(彈簧恢復(fù)原長)。若A、B之間彈簧被壓縮時所具有的彈性能為1.0×10-3J,小球A、B均可視為質(zhì)點,Q裝置中彈簧的長度不計,小球帶電不影響板間勻強電場,不計空氣阻力,取g=10m/s2。求:
(1)為使小球不與金屬板相碰,金屬板長度L應(yīng)滿足什么條件?
(2)當(dāng)小球B飛離電場恰好不與金屬板相碰時,小球A飛離電場時的動能是多大?
(3)從兩小球彈開進入電場開始,到兩小球間水平距離為30cm時,小球A的電勢能增加了多少?
(1) L<0.8m?? (2)8.5×10-2J? (3) 5×10-4J
【解析】
試題分析:(1)建立如圖所示的直角坐標(biāo)系。
又機械能守恒定律,得小球彈開時獲得的初速度m/s? (2分)
進入電場,A球水平方向做勻減速運動,B球水平方向做勻速運動,故B碰不到極板,A球就碰不到極板。B球進入電場后向右做平拋運動,平拋時間
s,0.4s內(nèi)的豎直位移m
即,為使小球不與金屬板相撞,金屬板長度L<0.8m??? (2分)
(2)水平方向上,A球向左做勻減速運動,其加速度
m/s2,方向向右??????? (1分)
當(dāng)小球B恰不與金屬板相撞時,A球飛離電場時沿水平方向的位移
??????? (1分)
由功能關(guān)系得A球離開電場時的動能
J??????? (2分)
(3)兩小球進入電場后,豎直方向均做自由落體運動,加速度為g,因此,A、B兩小球在運動過程中始終位于同一條直線上,當(dāng)兩小球間的距離為s=30cm時解得(舍去)??????? (1分)
此時A球水平位移為????? (1分)
由功能關(guān)系得A球電勢能的增加量為:J???? (2分)...
考點:本題考查帶電粒子在勻強電場中的運動,應(yīng)用自由落體運動和機械能守恒定律解答,該題的情景設(shè)置的較為復(fù)雜,兩個過程又相互聯(lián)系,在解題的過程中要理清它們之間的關(guān)系,根據(jù)運動的關(guān)系寫出相應(yīng)的方程來解題.
科目:高中物理 來源: 題型:
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A、適當(dāng)增大金屬板間的電壓 | B、適當(dāng)增大金屬板間的距離 | C、適當(dāng)減小金屬板間的磁感應(yīng)強度 | D、使帶電粒子的電性相反 |
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