[例1](★★★★)质量为m 、电量为+q的小球以初速度v0以与水平方向成θ角射出,如图17-3所示,如果在某方向加上一定大小的匀强电场后,能保证小球仍沿v0方向做直线运动,试求所加匀强电场的最小值,加了这个电场后,经多长时间速度变为零?
命题意图:考查分析综合能力及思维发散能力。B级要求。
错解分析:部分考生挖掘隐含条件的能力差,不能据“保证小球仍沿v0方向做直线运动”的条件,推测重力和电场力在垂直于v0方向合力为零,从而无法切入。
解题方法与技巧:
由题知小球在重力和电场力作用下沿v0方向做直线运动,可知垂直v0方向上合外力为零,或者用力的分解或力的合成方法,重力与电场力的合力沿v0所在直线。
建如图17-4所示坐标系,设场强E与v0成φ角,则受力如图:
由牛顿第二定律可得
Eqsinφ-mgcosθ = 0 ①
Eqcosφ-mgsinθ = ma ②
由①式得:E =
③
由③式得:φ = 90°时,E最小为Emin =![]()
其方向与v0垂直斜向上,
将φ = 90°代入②式可得a =-gsinθ
即在场强最小时,小球沿v0做加速度为a =-gsinθ的匀减速直线运动,设运动时间为t时速度为0 ,则:0 = v0-gsinθt
可得:t =![]()
[例2](★★★★)如图17-5所示,在相互垂直的水平匀强电场和水平匀强磁场中,有一竖直固定绝缘杆MN ,小球P套在杆上,已知P的质量为m ,电量为q ,P与杆间的动摩擦因数为μ ,电场强度为E ,磁感应强度为B ,小球由静止起开始下滑,设电场、磁场区域足够大,杆足够长,求:
(1)当下滑加速度为最大加速度一半时的速度;
(2)当下滑速度为最大下滑速度一半时的加速度。
命题意图:考查考生逻辑推理能力、分析综合能力。B级要求。
错解分析:不能沿正确的路径推理辨析各物理量隐含的制约关系,据牛顿运动定律列方程。
解题方法与技巧:
因电场力方向与洛伦兹力方向相反,小球先做加速度逐渐增加的加速运动,当加速度达到最大后,又做加速度逐渐减小的加速运动,当加速度为零时,速度达到最大。因此,加速度达到最大之前,加速度可能取最大值的一半,加速度达到最大值后,一定有某一时刻加速度为最大加速度的一半。小球速度(达到最大值前)始终在增大,一定只有某一时刻速度为最大速度的一半,要研究这一时刻是在加速度最大之前还是之后。
(1)小球刚开始下滑时速度较小,Bqv<Eq受力分析如图17-6所示,由牛顿第二定律得:
mg-μ(Eq-Bqv)= ma ①
当Bqv = Eq时
a达最大为am = g
随v的增大,Bqv>Eq,小球受力如图17-7所示。
则:mg-μ(Bqv-Eq)= ma ②
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图17-7 |
将a =
g,am = g分别代入①式和②式,解得在a达到am之前,当a =
g时,速度为:
v1 =![]()
当a达到am后,当a =
g时,速度为v2 =
,其中v1存在是有条件的,只有mg≤2Eqμ时,在a增加阶段才有a =
g可能。
(2)在a达到am后,随着v增大,a减小,当a = 0时v = vm ,由②式可解得:
vm =![]()
设在a达am之前有v =
,则由①式解得此时加速度为a = g +
,
因mg>Eqμ ,故a>g ,这与题设相矛盾,说明在a = am之前不可能有v =
。
显然a<g ,符合题意。
将v =
vm代入②式解得a =
。
2、 如图所示的电路中,电源电压保持不变,电流表量程为3A,电阻R1=12Ω,闭合开关S,当滑动变阻器滑片p在b点时,电流表示数为0.50A,当p滑到距a端1/3处的c点时,电流表示数为1.0A。求:(1)电源电压U和变阻器的最大阻值R;(2)变阻器允许接入电路的最小阻值。
![]()
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3、如图所示的电路,电源电压6V,电灯L1,L2的电阻均为15Ω,当开关S闭合后,两灯均正常发光。在某时刻。电路出现故障,电流表和电压表的示数出现异常。造成该现象的电路故障由多种可能,如下表中1、2所列故障。请分析写出可能出现的第三种由电灯引起的电路故障(其中一盏灯完好),并填上与2、3相应的电流表和电压表的大约示数。 |
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故障序号 |
电路故障 |
电压表读数 |
电流表读数 |
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1 |
L2灯丝烧断 |
6V |
0A |
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2 |
L1灯短路 |
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3 |
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