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粗糙绝缘的水平面附近存在一个平行于水平面的电场,其中某一区域的电场线与x轴平行,...

粗糙绝缘的水平面附近存在一个平行于水平面的电场,其中某一区域的电场线与x轴平行,且沿x轴方向的电势ϕ与坐标值x的关系如表所示:

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

x/m

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

φ/105v

9.00

4.50

3.00

2.25

1.80

1.50

1.29

1.13

1.00

根据上述表格中的数据可作出如图的ϕ﹣x图象.现有一质量为0.10kg,电荷量为1.0×10﹣7C带正电荷的滑块(可视作质点),其与水平面的动摩擦因素为0.20.问:

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(1)由数据表格和图象给出的信息,写出沿x轴的电势ϕ与x的函数关系表达式.

(2)若将滑块无初速地放在x=0.10m处,则滑块最终停止在何处?

(3)在上述第(2)问的整个运动过程中,它的加速度如何变化?当它位于x=0.15m时它的加速度多大?

(4)若滑块从x=0.60m处以初速度v0沿﹣x方向运动,要使滑块恰能回到出发点,其初速度v0应为多大?

 

(1)V.(2)滑块最终停止在坐标为0.225m的位置.(3)它的加速度先变小后变大;当它位于x=0.15m时它的加速度为零.(4)2.12m/s. 【解析】 试题分析:(1)电势φ与坐标x图象是一条曲线,则φ与x关系可能是反比关系,即φ∝x﹣1;也可能φ与x2关系可能是反比关系,即φ∝x﹣2;…,依此类推,直到找到关系为止; (2)滑块运动过程中,只有电场力和滑动摩擦力做功,根据动能定理列式求解即可; (3)由于图象的切线的斜率表示电场强度,故场强逐渐变小,电场力逐渐变小; 电场力大于摩擦力时,物体加速,当电场力减小到等于摩擦力时,速度最大,此后电场力小于摩擦力,故物体开始减速,即滑块先由静到动,后由动到静,故先加速后减速; (4)滑块运动到最左端位置时速度为零;滑块向左运动过程中,电场力做负功,摩擦力做负功;滑块向右运动过程中,电场力做正功,摩擦力做负功;对滑块运动的全部过程和向右运动的过程分别运用动能定理列式求解即可. 【解析】 (1)由数据表格和图象可得,电势ϕ与x成反比关系,即φ=; 当x=0.1m时,电势φ=4.5V,代入上述公式,得到k=4.5×104 故沿x轴的电势ϕ与x的函数关系表达式V. (2)滑块运动的全部过程中,只有电场力和摩擦力做功,由动能定理得 WF+Wf=△EK=0 设滑块停止的位置为x2,有 q(ϕ1﹣ϕ2)﹣μmg(x2﹣x)=0 即 代入数据有 1.0×10﹣7 可解得x2=0.225m(舍去x2=0.1m) 故滑块最终停止在坐标为0.225m的位置. (3)先做加速度减小的加速运动,后做加速度增大的减速运动. 即加速度先减小后增大. 当它位于x=0.15m时,图象上该点的切线斜率表示场强大小 E=N/C 滑块在该点的水平合力FX=Eq﹣μmg=2.0×106×1.0×10﹣7﹣0.20×0.10×10=0 故滑块的加速度a==0 故在上述第(2)问的整个运动过程中,它的加速度先变小后变大;当它位于x=0.15m时它的加速度为零. (4)设滑块到达的最左侧位置为x1,则滑块由该位置返回到出发点的过程中 由动能定理 WF+Wf=△EK=0 有 q(ϕ1﹣ϕ2)﹣μmg(x﹣x1)=0 代入数据有 1.0×10﹣7 可解得x1=0.0375m(舍去x1=0.6m). 再对滑块从开始运动到返回出发点的整个过程,由动能定理 ﹣2μmg(x﹣x1)= 代入数据有2×0.20×0.10×10(0.60﹣0.0375)=0.5×0.10v02 可解得≈2.12m/s 即滑块从x=0.60m处以初速度v0沿﹣x方向运动,要使滑块恰能回到出发点,其初速度v0应为2.12m/s. 【点评】本题首先要明确φ﹣x图象中任意一点的切线的斜率表示电场强度的大小,由于是变加速运动,然后对各个过程分别运用动能定理列式求解.  
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考点分析:
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如图所示,半径为R,质量不计的圆盘盘面与地面相垂直,圆心处有一个垂直盘面的光滑水平固定轴O,在盘的最右边缘处固定一个质量为m的小球A,在O点的正下方离O点满分5 manfen5.com处固定一个质量也为m的小球B,放开盘让其自由转动,问:

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(1)A球转到最低点时线速度为多大?

(2)在转动过程中半径OA向左偏离竖直方向的最大角度是多少?

 

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质量为m的小球在竖直向上的恒定拉力作用下,由静止开始从水平地面向上运动,经一段时间,拉力做功为W.此后撤去拉力,球又经相同时间回到地面.以地面为零势能面,不计空气阻力.求:

(1)球回到地面时的动能满分5 manfen5.com

(2)撤去拉力前球的加速度大小a及拉力的大小F;

(3)球动能为满分5 manfen5.com时的重力势能EP

 

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如图所示,一质量为m、带电量为﹣q的小球A,用长为L的绝缘轻杆与固定转动轴O相连接,绝缘轻杆可绕轴O无摩擦转动.整个装置处于水平向右的匀强电场中,电场强度E=2满分5 manfen5.com,现将轻杆从图中的竖直位置由静止释放.求:

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(1)轻杆转过90°时,小球A的速度为多大?

(2)轻杆转过多大角度时小球A的速度最大?

(3)小球A转过的最大角度为多少?

 

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如图1所示,一端带有定滑轮的长木板上固定有甲、乙两个光电门,与之相连的计时器可显示带有遮光片的小车在其间的运动时间,与跨过定滑轮的轻质细绳相连的传感器能显示挂钩处所受的拉力,不计空气阻力及一切摩擦.

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(1)在探究“合外力一定时,加速度与质量的关系”时要使实验成功,操作中必须满足      ;此实验中      (填“需要”或“不需要”)砂和砂桶的总质量m远小于小车和砝码的总质量M.

(2)实验时,先测出小车和砝码的总质量M,再让小车从靠近光电门甲处由静止开始运动,读出小车在两光电门间的运动时间t.改变M,测得多组M、t的值,建立坐标系描点画出图线.下列能直观得出“合外力一定时,加速度与质量成反比”的图线是图3中的      (单选题)

(3)若实验中抬高长木板的左端,使小车从靠近光电门乙处由静止开始运动,读出传感器的示数F和小车在两光电门之间的运动时间t,改变木板倾角测得多组数据,得到的F﹣满分5 manfen5.com的图线如图2示,若两光电门的距离L=0.80m,砂和砂桶的总质量m=0.34kg,取g=9.8m/s2,则图线的斜率为      (小数点后保留两位有效数字);若小车与长木板间的摩擦不能忽略,测得的图线斜率将        (填:变大、变小、不变).

 

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某同学利用如图所示的装置测量当地的重力加速度.实验步骤如下:

A.按装置图安装好实验装置;

B.用三角尺测量小球的直径 d;

C.用米尺测量悬线的长度 l;

D.让小球在竖直平面内小角度摆动.当小球经过最低点时开始计时,并计数为0,此后小球每经过最低点一次,依次计数1、2、3….当数到20时,停止计时,测得时间为 t;

E.多次改变悬线长度,对应每个悬线长度,都重复实验步骤C、D;

F.计算出每个悬线长度对应的 t 2

G.以 t 2 为纵坐标、l 为横坐标,作出 t 2﹣l 图象.

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(1)该同学根据实验数据,利用计算机作出 t 2﹣l

图象如图所示.根据图象拟合得到方程为:t 2=404.0l+3.5(s2).由此可以得出当地的重力加速度g=      m/s2.(取π 2=9.86,结果保留3位有效数字)

(2)图象没有过坐标原点的原因可能是:

A.不应在小球经过最低点时开始计时,应该在小球运动到最高点开始计时

B.开始计时后,不应记录小球经过最低点的次数,而应记录小球全振动的次数

C.不应作 t 2﹣l 图象,而应作 t﹣l 图象

D.不应作 t 2﹣l 图象,而应作 t 2﹣(l+满分5 manfen5.comd)图象.

 

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