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如图所示,在真空中的竖直平面内,用长为2l的绝缘轻杆连接两个质量均为m的带电小球...

如图所示,在真空中的竖直平面内,用长为2l的绝缘轻杆连接两个质量均为m的带电小球A和B,A球的电荷量为+4q,B球的电荷量为-3q,组成一带电系统.虚线MN与PQ平行且相距3l,开始时PQ恰为杆的中垂线.在虚线MN与PQ间加竖直向上的匀强电场,恰好能使带电系统静止不动.现使电场强度突然变为原来2倍(已知重力加速度为g),求:
(1)B球刚进入电场时速度v的大小;
(2)B球的最大位移及从开始到最大位移处B球电势能的变化量.

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(1)带电系统静止时,A所受的电场力与总重力平衡,由二力平衡得出电场强度的表达式.电场强度突然加倍后,系统向上做匀加速直线运动,电场力对A作正功,重力做负功,由动能定理求出B球刚进入电场时的速度v1的大小; (2)B球进入电场后,系统做匀减速直线运动,从开始到A刚运动到MN线时,电场力对系统做功为2E•4q•2L-2E•3q•L=10qEL,系统克服重力做功为2mg•2L=8qEL,则电场力对系统做功大于系统克服重力做功,说明A到达MN线时系统仍有向上的速度,则A将越过MN线,根据动能定理求出B球在电场中最大位移.根据电场力对B球做的功,分析B球的电势能的变化量. 【解析】 (1)设带电系统静止时电场强度为E,则有2mg=4qE,解得    ①   电场强度加倍后,系统从开始静止到B进入电场,根据动能定理有    ②   联立①②得B球刚进入电场时的速度 (2)设B球在电场中的最大位移为s,经分析知A球向上越过了MN, 根据动能定理得   对整个过程:2E•4q•2L-2E•3q•s-2mg(s+L)=0   解得s=1.2L    故B球的最大位移s总=2.2L  电场力对B球做功W=-2E•3q•1.2L=-3.6mgL  所以B球电势能增加3.6mgL 答:(1)B球刚进入电场时速度v的大小; (2)B球的最大位移2.2L,从开始到最大位移处B球电势能增加3.6 mgL.
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考点分析:
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(1)欲使小球能通过最高点C,则半圈形轨道的半径最大为多少?
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(1)从理论上看,重物落地后,木块继续向左匀减速运动的加速度大小为______
(2)从图乙的数据看,重物落地后,木块继续向左做匀减速的加速度大小为______
(3)通过比较分析产生误差的原因是______
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B.物块与水平面之间的动摩擦因数为0.4
C.前4秒内电势能增加12 J
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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