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4.如图所示,竖直面内有一个固定圆环,MN是它在竖直方向上的直径.两根光滑滑轨MP、QN的端点都在圆周上,MP>QN.将两个完全相同的小球a、b分别从M、Q点无初速释放,在它们各自沿MP、QN运动到圆周上的过程中,下列说法中正确的是(  )
A.两球的动量变化大小相同B.重力对两球的冲量大小相同
C.合力对a球的冲量较大D.弹力对a球的冲量较大

分析 先受力分析后根据牛顿第二定律计算出滑环沿任意一根杆滑动的加速度,然后根据位移时间关系公式计算出时间,然后结合冲量的定义以及.

解答 解:对小球,受重力和支持力,将重力沿轨道的方向和垂直杆的方向正交分解,根据牛顿第二定律得小滑环做初速为零的匀加速直线运动的加速度为
a=gsinθ(θ为杆与水平方向的夹角)
由图中的直角三角形可知,小滑环的位移S=2Rsinθ
所以$t=\sqrt{\frac{2S}{a}}=\sqrt{\frac{2×2Rsinθ}{gsinθ}}=\sqrt{\frac{4R}{g}}$,t与θ无关,即t1=t2
A、C、小球受到的合外力等于重力沿轨道方向的分力,即:mgsinθ,所以合外力的冲量大小为:mgsinθ•t.由图可知MP与水平方向之间的夹角大,所以沿MP运动的a球受到的合外力的冲量大;沿MP运动的a球受到的合外力的冲量大,由动量定理可知,a球的动量变化大.故A错误,C正确;
B、重力的冲量为mgt,由于运动的时间相等,所以重力的冲量大小相等.故B正确;
D、弹力的冲量:mgcosθ•t,由图可知MP与水平方向之间的夹角大,所以a球的弹力的冲量小.故D错误.
故选:BC

点评 该题也可以根据“等时圆”的适用条件构造出“等时圆”,作出图象,根据位移之间的关系即可判断运动时间,难度适中.

练习册系列答案
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3.电视机的显像管中电子束的偏转是应用磁偏转技术实现的.如图1所示为显像管的原理示意图.显像管中有一个电子枪,工作时阴极发射的电子(速度很小,可视为零)经过加速电场加速后,穿过以O点为圆心、半径为r的圆形磁场区域(磁场方向垂直于纸面),撞击到荧光屏上使荧光屏发光.
已知电子质量为m、电荷量为e,加速电场的电压为U,在没有磁场时电子束通过O点打在荧光屏正中央的M点,OM间距离为S.电子所受的重力、电子间的相互作用力均可忽略不计,也不考虑磁场变化所激发的电场对电子束的作用.由于电子经过加速电场后速度很大,同一电子在穿过磁场的过程中可认为磁场不变.

(1)求电子束经偏转磁场后打到荧光屏上时的速率;
(2)若磁感应强度随时间变化关系如图2所示,其中B0=$\frac{1}{3r}$$\sqrt{\frac{6mU}{e}}$,求电子束打在荧光屏上发光所形成的“亮线”长度.
(3)若其它条件不变,只撤去磁场,利用电场使电子束发生偏转.把正弦交变电压加在一对水平放置的矩形平行板电极上,板间区域有边界理想的匀强电场.电场中心仍位于O点,电场方向垂直于OM,为了使电子束打在荧光屏上发光所形成的“亮线”长度与(2)中相同,问:极板间正弦交变电压的最大值Um,极板长度L、极板间距离d之间需要满足什么关系?(由于电子的速度很大,交变电压周期较大,同一电子穿过电场的过程可认为电场没有变化,是稳定的匀强电场)

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