题目内容

（20分） 能的转化与守恒是自然界普遍存在的规律，如：电源给电容器的充电过程可以等效为将电荷逐个从原本电中性的两极板中的一个极板移到另一个极板的过程. 在移动过程中克服电场力做功，电源的电能转化为电容器的电场能．实验表明:电容器两极间的电压与电容器所带电量如图所示．
（1）对于直线运动，教科书中讲解了由v-t图像求位移的方法．请你借鉴此方法，根据图示的Q-U图像，若电容器电容为C，两极板间电压为U，证明：电容器所储存的电场能为．
（2）如图所示，平行金属框架竖直放置在绝缘地面上．框架上端接有一电容为C的电容器．框架上一质量为m、长为L的金属棒平行于地面放置，离地面的高度为h．磁感应强度为B的匀强磁场与框架平面相垂直．现将金属棒由静止开始释放，金属棒下滑过程中与框架接触良好且无摩擦．开始时电容器不带电，不计各处电阻．

求：a. 金属棒落地时的速度大小    b. 金属棒从静止释放到落到地面的时间

（1）见解析；（2）a.b.

解析试题分析： (1)由功能关系可知克服摩擦力做功等于产生的电场能；根据速度时间图像围成的面积代表位移可知在QU图像中，图像所围面积即为QU，也就是克服电场力所做的功，即；又由电容器的定义式;两式联立得：，电容器储存的电场能为：
（2）设导体棒落地的速度为v，此时导体棒切割磁感线产生感生电动势
感生电动势大小为    电容器储存的电场能为 
由动能定理得   解得 
（3）导体棒下落过程中受安培力和重力，由动量定理可知
解得  
考点：能量守恒定律；动能定理及动量定理；法拉第电磁感应定律。

练习册系列答案
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(7分)如图所示为固定在竖直平面内的光滑轨道ABCD，其中ABC部分为半径R=0.9m的半圆形轨道，CD部分为水平轨道。一个质量m="1" kg的小球沿水平方向进入轨道，通过最高点A时对轨道的压力为其重力的3倍。小球运动过程中所受空气阻力忽略不计，g取10m/s2。

(1)画出小球在A点时的受力示意图：
(2)求出小球在A点时的速度大小v；
(3)求出小球经过C点进入半圆形轨道时对轨道的压力N。

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（1）滑块A在半圆轨道最低点C受到轨道的支持力FN．
（2）炸药爆炸后滑块B的速度大小vB．
（3）请讨论滑块B从滑上小车在小车上运动的过程中，克服摩擦力做的功Wf与s的关系．

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（1）求孩子在A处被推出时初速度vo的大小；
（2）若小孩摆至最低处B点时沿BC方向用力推出飞镖，飞镖刚好能击中靶心，求在B处小孩对飞镖做的功W;
（3）在第（2）小题中，如果飞镖脱手时沿BC方向速度不变，但由于小孩手臂的水平抖动使其获得了一个垂直于BC的水平速度v，要让飞镖能够击中圆形靶，求v的取值范围。

《愤怒的小鸟》是时下一款很流行的游戏。为了报复偷走鸟蛋的肥猪们，鸟儿以自己的身体为武器，如炮弹般弹射出去攻击肥猪们的堡垒。某班的同学们根据自己所学的物理知识进行假设：视小鸟为质点，小鸟被弹弓沿水平方向弹出，如图所示。其中h1=0.8m，l1=2m，h2=2.4m，l2=1m，取g=10m/s2，则：

（1）小鸟以多大速度水平弹出刚好擦着台面草地边缘落在地面上？
（2）小鸟被弹出后能否直接打中肥猪？请用计算结果进行说明。
（3）如果小鸟以速度v0水平弹出后，先掉到台面的草地上，接触台面瞬间竖直速度变为零，水平速度不变，小鸟在草地上滑行一段距离后飞出，若要打中肥猪，小鸟和草地间的动摩擦因数μ应为多少（用题中所给的符号v0、h1、l1、h2、l2、g表示）？


如图，POy区域内有沿y轴正方向的匀强电场，POx区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，OP与x轴成θ角．不计重力的负电荷，质量为m、电量为q，从y轴上某点以初速度v0垂直电场方向进入，经电场偏转后垂直OP进入磁场，又垂直x轴离开磁场．求：
（1）电荷进入磁场时的速度大小
（2）电场力对电荷做的功
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水池中水的深度h至少应等于多少。（提示：椭圆面积，a、b分别为长半轴和短半轴）

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（1）偏转电压U；
（2）粒子进入磁场时速度的大小及速度与B板的夹角；
（3）磁感应强度B的大小。

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