- 机械能
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如图甲所示,M、N 为一对竖直放置的平行金属板,中心各有一小孔 P 和 Q,PQ 连线 垂直金属板,现有质量 m=2.0×10-27 kg,电荷量 q=1.6×10-19C 带正电的粒子连续不断地从 小孔 P 飘入 M、N 板之间,带电粒子在小孔 P 处的初速可忽略。在 M、N 间加有如图乙所 示的交变电压,且 t=0 时 M 板电势高于 N 板电势。带电粒子在 M、N 间运动过程中,粒子 所受重力以及粒子之间的相互作用力均可忽略不计。
28.如果两平行金属板间距离 d=5.0cm, 求:
①带电粒子从小孔 Q 中射出时的最大速度值;
② 在 t=0.125×10 s 时飘入小孔 P 的带电粒子到达小孔 Q 时的动能;
29.如果在 时间内(n=0,1,2,„„),由小孔 P 飘入的带 电粒子都能从小孔 Q 中射出,则两板间距离 d 应满足怎样的条件。
正确答案
(1)①②5.0×10-20J
解析
(1)带电粒子在电场中运动的加速度
①带电粒子经过半个周期加速运动,前进的距离 即从t=0时刻飘入P孔的粒子经过0.5T时间刚好运动到Q孔,并从Q孔射出。此时的速度即最大速度。
②在t=0.125×10-5s时刻飘入P孔的带电粒子,在时间内,加速向右运动位移
粒子做减速运动的位移
设带电粒子到达小孔Q的动能为EkQ,由动能定理
解得EkQ=5.0×10-20J
考查方向
解题思路
(1)进入到金属板之间的带电粒子的加速度根据牛顿第二定律和
结合求解.再由Vm=at即可求出最大速度。
易错点
此题很难,每个点都容易出错。
正确答案
(2)d<2.5cm
解析
(2)如果只在[n~(n+0.25)]×10-5s内,
即在每个周期的时间内从小孔P飘入的粒子均能从Q孔射出,
只要每个周期内时刻从小孔P飘入的带电粒子能从Q孔射出,
则在每个周期内之前飘入小孔P的粒子就一定能从Q孔射出。
每个周期内时刻飘入的带电粒子,
在时间内向右加速运动,
在时间内向右减速到零,此后则返回向左运动。
所以,
在每个周期内时刻飘入的带电粒子,
在时刻向右运动到最远点,
并可从小孔Q中射出,
则两板间距离d应满足的条件是时间内的位移s>
解得 s =2.5cm 即两板间距离d应满足的条件是d<2.5cm
考查方向
解题思路
(2)通过分析每个周期内带电粒子的运动情况,确定只有在每个周期的0~
时间内放出的带电粒子才能从小孔Q中射出时应满足的条件,根据牛顿第二定律和运动学公式求解各物理量之间应满足的关系.
易错点
此题很难,每个点都容易出错。
20.如图所示,可视为质点的质量为m且所带电量为q的小球,用一绝缘轻质细绳悬
挂于O点,绳长为L,现加一水平向右的足够大的匀强电场,电场强度大小为 ,小球初始位置在最低点,若给小球一个水平向右的初速度,使小球能够在竖直面内做圆周运动,忽略空气阻力,重力加速度为g。则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
因为在小球在运动过程中电场力做了功,所以机械能不守恒,故A错误,B正确;
小球在运动过程中电场力,方向为水平方向,重力和电场力的合力大小为
,方向与水平方向夹角为53度斜向下,则电场和重力场可等效为一个方向与水平方向夹角为53度斜向下的一个等效场,当小球在等效场的最高点绳上的力为0时速度最小,此时重力和电场力的合力提供向心力根据
解得小球在运动过程的最小速度为
。当小球在等效场的最高低点时根据动能定理
,解得
=
此时速度
为恰好做圆周运动时最大速度,所以为最大速度的最小值,所以D正确。所以本题正确答案为BD。
考查方向
解题思路
1、根据机械能守恒定律的条件判定是否守恒。
2、找出电场力和重力的合力的大小方向,将电场和重力场等效,在等效场的最高点速度最小,根据动能定理求出最小速度。
易错点
本题的易错点就是以为在竖直最高点速度最小。
知识点
17.如图所示,固定点O上系一长L = 0.5 m的轻细绳,细绳的下端系一质量m = 1.0 kg的小球(可视为质点),原来处于静止状态,球与平台的B点接触无压力,平台高h = 0.80 m,一质量M = 2.0 kg的物块开始静止在平台上的P点,现对物块施予一水平向右的初速度V0,物块沿粗糙平台自左向右运动到平台边缘B处与小球发生正碰,碰后小球在绳的约束下做圆周运动,恰好能通过最高点A,而物块落在水平地面上的C点,其水平位移S=1.0 m,不计空气阻力,g =10 m/s2 ,求:
(1)求物块碰撞后的速度;
(2)若平台表面与物块间动摩擦因数μ=0.5,物块与小球的初始距离为S1=1.5 m,物块在P处的初速度大小为多少?
正确答案
(1)V=2.5 m/s;
(2)
解析
(1)碰后物块M做平抛运动,设其平抛运动的初速度为V
S = Vt 得:
= 2.5 m/s
(2)物块与小球在B处碰撞,设碰撞前物块的速度为V1,碰撞后小球的速度为V2,
由动量守恒定律: MV1 = mV2 + MV
碰后小球从B处运动到最高点A过程中机械能守恒,设小球在A点的速度为VA:
小球在最高点时依题给条件有:
物块M从P运动到B处过程中,由动能定理:
解得:=2
m/s
考查方向
解题思路
(1)平抛运动在水平方向上做匀速直线运动,在竖直方向上做自由落体运动,根据水平方向上和竖直方向上的运动规律求出质量为M的物块落地时的速度大小。
(2)根据牛顿第二定律和机械能守恒定律求出碰撞后B球的速度,根据平抛运动得出M碰后的速度,结合动量守恒定律求出碰撞前M到达B点的速度,根据动能定理求出物块M在P处的初速度大小。
易错点
非弹性碰撞,动量守恒定律,机械能不守恒。
知识点
8.如图所示,已知某匀强电场方向平行于正六边形ABCDEF所在平面。若规定D点电势为零,则A、B、C的电势分别为8V、6V、2V。初动能为12eV、电荷量大小为2e(e为元电荷)的带电粒子从A沿着AC方向射入电场,恰好经过BC的中点G。不计粒子的重力,下列说法正确的是()
正确答案
解析
如图,作辅助线BH垂直平分AC;连接HG;作HI垂直平分BG
G、H、I是中点,所以电势分别为4V、5V、5V,所以HI为等势面,CE也是等势面,所以电场线方向沿AD方向。A、根据曲线运动的轨迹要夹在F与V之间,所以该粒子一定带负电,A正确;B、从A到G由动能定理得:q(φA-φG)=EkG-EkA
带入数据得EkG=4eV,所以B错误;C、根据曲线运动的规律知,C正确;D、因为DF不是电场线方向,粒子做曲线运动,不可能垂直等势面CE,所以D错误。
考查方向
解题思路
该电场中已知三点的电势,可以通过作辅助线找出它们之间的关系,从而确定该电场的特点与方向。
匀强电场中U=Ed ,d是在电场线方向的距离,根据这个公式可以知道无论两点在哪两点间距离都能分解为沿电场线方向和垂直电场线方向,垂直电场线方向上电势不变,只需看沿电场线方向的距离,再根据公式可知UAG=φA-φG=Ed UGC=φG-φC=Ed 所以 φA-φG=φG-φC ,即 φG=(φA+φC)/2 所以两点间的电势是两点电势的平均值 匀强电场中等势线是互相平行的,因为电场线互相平行且等势线与电场线垂直,所以等势线知道电场线就知道了。
易错点
该题通过比较几个点的电势,得出该电场的特点与方向,解题的关键是通过使用辅助线来说明问题.
知识点
4.如图所示,真空中的电场方向水平向右,从O点斜向上射入该电场中的带电油滴质量为m,其初速度大小为v,方向与电场方向成60°角,当油滴到达运动轨迹的最高点P时,速度大小仍为v。重力加速度为g,则对油滴从O点运动P点过程中,下列说法正确的是
正确答案
解析
试题分析:将油滴的运动分解为水平方向的匀加速运动和竖直方向的匀减速运动,则竖直方向的分速度为:,水平方向的分速度为:
,则竖直方向:
如果油滴带正电:水平方向:,带入数据,可以得到:
;
如果油滴带负电:水平方向:,带入数据,可以得到:
,故选项A错误;受力分析知,合力与速度的夹角先为钝角后为锐角,根据初末速度相等可以知道,整个过程中动能先减小后增大,故选项正确;如果油滴带正电,电场力一直做正功,根据功能关系可以知道,机械能一直增加,如果油滴带负电,电场力先做负功后做正功,则整个过程机械能先减小后增加,故选项C错误;竖直方向的位移:
,若油滴带正电,则水平方向的位移为:
,则O点与P点之间的距离
,故选项D错误。故选B.
考查方向
解题思路
A将油滴的运动分解为水平方向的匀加速运动和竖直方向的匀减速运动,
B 根据动能定理,看合外力做功可以影响动能变化
C 除了重力以外力的功决定机械能的增减,可以判断机械能的增减
D 利用分运动中速度和位移的关系式,之后将分运动进行合成,可以解决OP之间的距离
易错点
不去分解合运动,分运动不能确定。
知识点
如图所示,长 L=0.20m 的不可伸长的轻绳上端固定在 O 点, 下端系一质量 m=0.10kg 的小球(可视为质点),将绳拉至水平位 置,无初速地释放小球。当小球运动至 O 点正下方的 M 点时,绳 刚好被拉断。经过一段时间,小球落到了水平地面上 P 点,P 点 与 M 点的水平距离 x=0.80m,不计空气阻力,取重力加速度 g=10m/s2。求:
23.小球运动至 M 点时的速率 v;
24.M 点距水平地面的高度 h。
25.绳所能承受的最大拉力 F 的大小;
正确答案
(1)2.0
解析
(1)小球自绳处于水平位置释放到最低点的过程机械能守恒,则有mgL=mv2 解得
m/s
考查方向
抛体运动功能关系、机械能守恒定律及其应用牛顿运动定律、牛顿定律的应用
解题思路
(1)因为是曲线运动,所以对小球由机械能守恒或者动能定理列方程求解;
易错点
不应该出错
正确答案
0.8m
解析
设小球自M点到P点的运动时间为t,则h=gt2, x=vt 解得h=0.80m
考查方向
解题思路
由平抛运动规律求解。
易错点
不应该出错
正确答案
3N
解析
设小球通过最低点时绳的拉力为F′,根据牛顿第二定律有 解得 F′=3.0N 根据牛顿第三定律可知绳所能承受最大拉力F=3N。
考查方向
抛体运动功能关系、机械能守恒定律及其应用牛顿运动定律、牛顿定律的应用
解题思路
在M点由合力提供向心力可求F;
易错点
不应该出错
7.如图所示,一半径为R,粗糙程度处处相同的半圆形轨道竖直固定放置,直径POQ水平。轨道上的A点离PQ的距离为R,一质量为m的质点自P点上方某处由静止开始下落,从P点进入轨道后刚好能到达Q点并能再次返回经过N点。已知质点第一次滑到轨道最低点N时速率为v1,第一次到达A点时速率为v2,选定N点所在的水平面为重力势能的零势能面,则()
正确答案
解析
从Q到N摩擦力做功为WQN由动能定理得:mgR-WQN=0,即WQN= mgR,又因为速度减小摩减小,所以。出发点到P点的高h,从出发点到Q点:mgh-WPQ=0,即
,P点动能
。
AB、P到N点:mgR-WPN=1/2mv12-Ekp,即。同理
,所以v1 >
v2,A错误B正确;
CD、在N点有,又f=
N,所以速度减小摩擦力减小,速度增大摩擦力增大。N到P,摩擦力做功NA段大于AQ段,由动能定理知动能与势能相等的点在A点上方,同理可知从Q到N的过程中,动能与势能相等的点在A点下方。所以C正确,D错误。
故选BC
考查方向
解题思路
因为是曲线运动,所以应该根据动能定理结合牛顿第二定律分析
易错点
在N点有,又f=
N,所以速度减小摩擦力减小,速度增大摩擦力增大。
知识点
《智勇大冲关》是湖南卫视全新制作全民体验竞技魅力的节目在这档节目中,除了能让观众体会到亲身参与挑战的兴奋和激情外,还邀请众多明星现身其中,做到真正的全民娱乐。如图为水上滑梯示意图,滑梯斜面轨道与水平面间的夹角为,底部平滑连接一小段水平轨道(长度可以忽略),斜面轨道长
,水平端与下方水面高度差为
.一质量为
的人从轨道最高点A由静止滑下,若忽略空气阻力,将人看作质点,人与轨道间的动摩擦因数为0.5,重力加速度为
,
,
求:
15.人在斜面轨道上的加速度大小;
16.若在水面上与滑梯末端B水平相距的位置放置一宽度为
,厚度不计的海绵垫子,要使人最终落到海绵垫子上,则从A点下滑时,人具有的初动能在什么范围内?
正确答案
解析
(1)设人在滑梯上的加速度为a,由牛顿第二定律得:
代入数据解得
考查方向
解题思路
据题目信息可知:本题考查牛顿第二定律知识点,具体解题步骤如下: 1.对人进行受力分析,求出人沿斜面方向上的合外力; 2.依据牛顿第二定律列方程求解;
易错点
关键对人进行正确的受力分析根据牛顿第二定律列方程。
正确答案
解析
人从滑梯的末端B落到海绵垫子上的过程做平抛运动设人离开滑梯的速度为v,运动的水平位移为x,则有
当,人离开滑梯时的水平速度最小,为
当时,人离开滑梯时的水平速度最大,为
设人在A点的初动能为,由动能定理得从A点到滑梯末端B点的运动过程中有:
由此可得人在A点的最小动能和最大动能分别为
即初动能的范围为
考查方向
解题思路
据题目信息可知:本题考查平抛运动;动能定理的应用知识点,具体解题步骤如下: 1.人从B点飞出后做平抛运动,水平方向分运动是匀速直线运动,竖直方向分运动是自由落运动从竖起分运动求出人落在水面上的时间; 2.依海绵垫左右边界确定出人从B点飞出时的速度,再根据动能定理求出人在A的动能的范围;
易错点
关键是要使人最终落到海绵垫子上,找出人做平抛运动水平位移的范围。
2.如图所示,实线是两个等量点电荷形成电场的等势面,虚线是一带电粒子仅在电场力作用下运动的轨迹,a、b、c、d是轨迹上的四个点,b是P、Q连线的中点.则( )
正确答案
解析
由带电粒子运动轨迹可以看出其靠近P、Q两电荷时均受到库仑斥力作用,所以P、Q两点电荷电性相同,选项A错误;若带电粒子从b点向a点运动,电场力做负功,其电势能增加,选项B正确.;由于两点电荷带等量同种电荷,从图象可以看出d点与a点电势相等,经判断可知带电粒子在a点的速度等于在d点的速度,选项C错误;由于a点等势面比b点等势面密,故a点电场强度大,选项D错误
考查方向
解题思路
本题考查电势能、等势面、曲线运动及动能定理
易错点
等量的异种电荷之间的等势面和等量的同种电荷的等势面相混淆,合力的功影响动能变化和电场力做功影响电势能的变化相混淆
知识点
6.如图所示,轻质弹簧一端固定,另一端与一质量为m=0.1kg,套在粗糙固定杆A处的圆环相连,弹簧水平且处于原长,圆环从A处由静止开始下滑,经过B处的速度最大,到达C处的速度为零,AC间距离为h=0.2m,若圆环在C处获得一竖直向上的速度υ=2m/s,恰好能回到A处,弹簧始终在弹性范围内,重力加速度为g=10m/s2,则圆环 ( )
(在每小题给出的四个选项中,至少有一个选项是正确,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,不选或有选错的得0分。)
正确答案
解析
A 受力分析知下滑的过程中,加速度是先减小后增加
B 对上滑过程列动能定理, ,而下滑过程
,两式联立解得Wf=0.1J,故B选项正确
C 由B选项的分析,可发现=0.1J,所以C选项错误
D 下滑过程中,A到B:,上滑过程中B到A:
,比较可知
考查方向
解题思路
A可以受力分析,应用牛顿第二定律判断力的变化,引起加速度a的变化
B可以在下滑过程中应用动能定理来求解克服摩擦力做的功
C在C处的弹性势能可以应用功能关系来进行计算
D可以列上滑和下滑的两个动能定理
易错点
关于动能定理中克服摩擦力做功的计算
知识点
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