题目内容

3.如图所示,P、Q为可视为点电荷的带电物体,电性相同,倾角为θ=30°的斜面放在粗糙的水平面上,将物体P放在粗糙的斜面上,当物体Q放在与P等高(PQ连线水平)且与物体P相距为r的右侧位置时,P静止且不受摩擦力,现保持Q与P的距离r不变,将物体Q顺时针缓慢转过α角度(α=60°),整个过程斜面和P始终静止,则在Q旋转的过程中,下列说法正确的是(  )
A.P物体会受到沿斜面向下的静摩擦力
B.斜面给物体P的作用力方向始终竖直向上
C.物体P受到的静摩擦力先增大后减小到0
D.地面对斜面的摩擦力不断变小

分析 根据库仑定律求解两个球间的库仑斥力大小,然后根据共点力平衡条件列式分析.

解答 解:A、C、根据库仑定律,小球Q与P之间库仑力的大小为:F;
对物体P进行受力分析则:

小球Q在与P等高处时,物体P受重力、支持力和库仑斥力而平衡,根据共点力平衡条件,库仑力与支持力的合力与重力大小相等,方向相反.
当小球Q的位置变化后,库仑力的大小不变而方向发生变化,库仑力矢量的终点在以物体的重心O为圆心的圆上,(如图红色的圆),同时,由图可知,小球转过60°后的位置与O的连线的反向延长线(库仑力的方向)与平行四边形的交点D恰好也是小球转过60°后的位置与O的连线的反向延长线与红色的圆的交点,所以此时库仑力与支持力的合力恰好等于mg′.
在小球Q转动的过程中,红色的圆始终在平行四边形以外,根据矢量合成的方法可知,库仑力与支持力的合力在沿斜面向上的方向上的分力不可能为0,物体P有向上运动的趋势,所以物体P还要受到沿斜面向下的摩擦力的作用.由图可知,物体受到的沿斜面向下的摩擦力先增大,后减小.故A正确,C正确;
B、由以上的分析可知,小球Q在开始时的位置与最后时的位置上,物体P都只受到重力、支持力和库仑力的作用,所以斜面给物体P的作用力方向不可能始终竖直向上.故B错误;
D、选取物体P与斜面体组成的整体为研究的对象,它们受到重力、支持力、库仑力和地面的摩擦力的作用,沿水平方向上,地面对整体的摩擦力大小与库仑力沿水平方向的分力始终大小相等.而库仑力在水平方向的分力:Fx=F•cosβ,β是PQ的连线与水平方向之间的夹角,可知Q向下转动的过程中,PQ与水平方向之间的夹角增大,所以库仑力沿水平方向的分力减小,则地面对斜面体的摩擦力逐渐减小.故D正确.
故选:ACD

点评 本题关键是明确滑块P的受力情况,然后根据共点力平衡条件列方程求解,注意P静止且不受摩擦力的临界条件.
如何说明P与斜面体之间的摩擦力的变化是该题解答的难点.

练习册系列答案
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12.如图1所示,将打点计时器固定在铁架台上,用重物带动纸带从静止开始自由下落,利用此装置可验证机械能守恒定律.

(1)实验中需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h.某同学对实验得到的纸带,设计了以下四种测量方案,这些方案中合理的是:D.
A.用刻度尺测出物体下落高度h,由打点间隔数算出下落时间t,通过v=gt计算出瞬时速度v
B.用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过v=$\sqrt{2gh}$ 计算出瞬时速度v
C.根据做匀变速直线运动时,纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度v,并通过h=$\frac{{v}^{2}}{2g}$ 计算得出高度h
D.用刻度尺测出物体下落的高度h,根据做匀变速直线运动时,纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度v
(2)实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量,关于这个误差下列说法正确的是AD.
A.该误差属于偶然误差
B.该误差属于系统误差
C.可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差
D.可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差
(3)某同学在实验中发现重锤增加的动能略小于重锤减少的重力势能,于是深入研究阻力对本实验的影响.他测出各计数点到起始点的距离h,并计算出各计数点的速度v,用实验测得的数据绘制出v2-h图线,如图2所示.图象是一条直线,此直线斜率的物理含义是加速度的2倍
(4)已知当地的重力加速度g=9.8m/s2,由图线求得重锤下落时受到阻力与重锤所受重力的百分比为$\frac{f}{mg}$=2.0%%(保留两位有效数字).

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