题目内容

（2009?丰台区一模）如图所示，水平地面上方被竖直线MN分隔成两部分，M点左侧地面粗糙，动摩擦因数为μ=0.5，右侧光滑．MN右侧空间有一范围足够大的匀强电场．在O点用长为R=5m的轻质绝缘细绳，拴一个质量mA=0.04kg，带电量为q=+2×10-4的小球A，在竖直平面内以v=10m/s的速度做顺时针匀速圆周运动，运动到最低点时与地面刚好不接触．处于原长的弹簧左端连在墙上，右端与不带电的小球B接触但不粘连，B球的质量mB=0.02kg，此时B球刚好位于M点．现用水平向左的推力将B球缓慢推至P点（弹簧仍在弹性限度内），MP之间的距离为L=10cm，推力所做的功是W=0.27J，当撤去推力后，B球沿地面右滑恰好能和A球在最低点处发生正碰，并瞬间成为一个整体C（A、B、C均可视为质点），碰后瞬间立即把匀强电场的场强大小变为E=6×103N/C，电场方向不变．（取g=10m/s2）求：
（1）A、B两球在碰前匀强电场的大小和方向．
（2）碰撞后整体C的速度．
（3）整体C运动到最高点时绳的拉力大小．
分析：（1）小球在竖直平面内做匀速圆周运动，合力始终指向圆心且大小不变，所以电场力要与重力抵消，绳子的拉力提供向心；
（2）先根据功能关系求出小球B运动到M点时速度，由动量守恒定律求得共同速度；
（3）小球从最低点到最高点过程先是类似平抛运动，然后是圆周运动；由类似平抛运动的规律和动能定理求得小球达到最高点的速度，再根据向心力公式即可求解；
解答：解：（1）要使小球在竖直平面内做匀速圆周运动，必须满足  F电=Eq=mAg
所以 E=
mAg
q
=2×103N/C            方向竖直向上
（2）由功能关系得，弹簧具有的最大弹性势能 EP=W-μmBgl=0.27J
设小球B运动到M点时速度为vB，由功能关系得
EP-μmBgL=
1
2
mB
v
2
B

vB=5m/s
两球碰后结合为C，设C的速度为v1，
由动量守恒定律得 mAv-mBvB=mCv1
v1=5m/s
（3）加电场后，因
Eq-mCg=0.6N
mc
v
2
1
R
=0.3N
mc
v
2
1
R
＜(Eq-mcg)
所以C不能做圆周运动，而是做类平抛运动，设经过时间t绳子在Q处绷紧，由运动学规律得
x=v1t
y=
1
2
at2
a=
Eq-mCg
mC

x2+（R-y）2=R2可得
t=1s
vy=at=10m/s
x=y=R=5m
即：绳子绷紧时恰好位于水平位置，水平方向速度变为0，
以竖直分速度vy开始做圆周运动
设到最高点时速度为v2由动能定理得；
1
2
mC
v
2
2
-
1
2
mC
v
2
1
=EqR-mCgR
得v2=10
2
m/s
在最高点由牛顿运动定律得；T+mCg-Eq=mc
v
2
2
R

求得  T=3N
点评：本题主要考查了动能定理、动量守恒定律、牛顿第二定律及功能关系的应用，要求同学们能正确分析物体的受力情况及运动过程，难度较大．
练习册系列答案
相关题目
（2009?丰台区一模）如图所示是世界上早期制作的发电机及电动机的实验装置，有一个可绕固定转轴转动的铜盘，铜盘的一部分处在蹄形磁铁当中．实验时用导线A连接铜盘的中心，用导线B连接铜盘的边缘．若用外力摇手柄使得铜盘转动起来时，在AB两端会产生感应电动势；若将AB导线连接外电源，则铜盘会转动起来．下列说法正确的是（　　）
（2009?丰台区一模）如图所示，真空中有（r，0）为圆心，半径为r的圆柱形匀强磁场区域，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里，在y=r的虚线上方足够大的范围内，有方向水平向左的匀强电场，电场强度的大小为E，从O点向不同方向发射速率相同的质子，质子的运动轨迹均在纸面内，设质子在磁场中的偏转半径也为r，已知质子的电量为e，质量为m，不计重力及阻力的作用，求：
（1）质子射入磁场时的速度大小；
（2）速度方向沿x轴正方向射入磁场的质子，到达y轴所需的时间；
（3）速度方向与x轴正方向成30°角（如图中所示）射入磁场的质子，到达y轴的位置坐标．
（2009?丰台区一模）（1）在《验证机械能守恒定律》的实验中，已知重锤的质量为m，使用的交流电的频率为f．重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点进行测量并通过计算，就可以验证机械能守恒定律．
①如图1所示，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起始点O的距离为s0，点A、C间的距离为s1，点C、E间的距离为s2，用以上给出的已知量写出C点速度的表达式为υc=
(s1+s2)f
4
(s1+s2)f
4
，打点计时器在打O点到C点的这段时间内，重锤的重力势能的减少量为
mg（s0+s1）
mg（s0+s1）
，动能的增加量为
m(s1+s2)2f2
32
m(s1+s2)2f2
32
．
②某同学上交的实验报告显示，重锤增加的动能略大于重锤减小的重力势能，则出现这一问题的原因可能是
BC
BC
．（填字母）
A．重锤的质量测量错误
B．该同学自编了实验数据
C．该同学实验操作时先释放纸带，后接通电源
D．重锤下落时受到的阻力过大

（2）有一根很细的均匀空心金属管，管长约50cm、电阻约为10Ω，现需测定它的内径d，但因其内径较小，无法用游标卡尺直接测量．已知这种金属的电阻率为ρ．实验室中可以提供下列器材：
A．厘米刻度尺；   B．毫米刻度尺；
C．螺旋测微器；   D．电流表（量程300mA，内阻约lΩ）；
E．电流表（量程3A，内阻约0．lΩ）”；   F．电压表（量程3V，内阻约6kΩ）；
G．滑动变阻器（最大阻值1kΩ，额定电流0.5A）；
H．滑动变阻器（最大阻值5Ω，额定电流2A）；
L．蓄电池（电动势6V，内阻0.05Ω）；J．开关一个及带夹子的导线若干．
请设计一个实验方案，要求实验误差小，便于调节．回答下列问题：
①实验中应测物理量的名称及符号是
金属管的长度L、外径D、加在管两端的电压U、通过管的电流强度I．
金属管的长度L、外径D、加在管两端的电压U、通过管的电流强度I．
；
②应选用的实验器材有
B、C、D、F、H、I、J
B、C、D、F、H、I、J
；（填字母）
③在图2所示的方框中画出实验电路图；
④按照你设计的电路图将图2中所示仪器连成实验电路；
⑤用测得的物理量和已知量写出计算金属管内径d的表达式为d=
d=
D2-
4ρLI
πU
d=
D2-
4ρLI
πU
．
（2009?丰台区模拟）下列关于电源电动势的说法正确的是（　　）

违法和不良信息举报电话：027-86699610 举报邮箱：58377363@163.com

精英家教网