题1  如图12-1所示,细杆的一端与一小球相连,可绕过O点的水平轴自由转动。现给小球一初速度,使它做圆周运动,图中分别表示小球轨道的最低点和最高点,则杆对球的作用力可能是(   )

A、处为拉力,为拉力

B、处为拉力,为推力

C、处为推力,为拉力

D、处为推力,为推力

解析  因为圆周运动的物体,向心力指向圆心,小球在最低点时所需向心力沿杆由指向O,向心力是杆对小球的拉力与小球重力的合力,而重力方向向下,故杆必定给球向上的拉力,小球在最高点时若杆恰好对球没有作用力,即小球的重力恰好对球没有作用力,即小球的重力恰好提供向心力,设此时小球速度为,则: 

当小球在最高点的速度时,所需的向心力,杆对小球有向下的拉力;若小球的速度时,杆对小球有向上推力,故选A、B正确

评析  本题关键是明确越过临界状态时,杆对球的作用力方向将发生变化。

题2  在光滑的水平轨道上有两个半径都是的小球A和B,质量分别为和2,当两球心间距离大于L(L比2r大得多)时,两球之间无相互作用力;当两球心间距离等于或小于L时,两球间存在相互作用的恒定斥力F。设A球从远离B球处以速度沿两球连心线向原来静止的B球运动,如图12-2所示,欲使两球不发生接触,必须满足什么条件

解析  据题意,当A、B两球球心间距离小于L时,两球间存在相互作用的恒定斥力F。故A减速而B加速。当时,A、B间距离减小;当时,A、B间距离增大。可见,当时,A、B相距最近。若此时A、B间距离,则A、B不发生接触(图12-3)。上述状态即为所寻找的临界状态,则为临界条件。

两球不接触的条件是:                (1)

L+sB-sA>2r                         (2)

其中为两球间距离最小时,A、B球的速度;sAsB为两球间距离从L变至最小的过程中,A、B球通过的路程。

为A球的初速度,由动量守恒定律得:  (3)

由动能定律得               (4)

                        (5)

联立解得:

评析  本题的关键是正确找出两球“不接触”的临界状态,为且此时

题3  如图12-4所示,一带电质点,质量为,电量为,以平行于轴的速度轴上的点射入图中第一象限所示的区域。为了使该质点能从轴上的点以垂直于轴的速度射出,可在适当的地方加一个垂直于平面、磁感应强度为B的匀强磁场。若此磁场仅分布在一个圆形区域内,试求这圆形磁场区域的最小半径。重力忽略不计。

解析  质点在磁场中作半径为R的圆周运动,

,得           (1)

根据题意,质点在磁场区域中的轨道是半径等于R的圆上的1/4圆弧,这段圆弧应与入射方向的速度、出射方向的速度相切。过点作平行于轴的直线,过点作平行于轴的直线,则与这两直线均相距R的O'为圆心、R为半径的圆(圆中虚线圆)上的圆弧MN,M点和N点应在所求圆形磁场区域的边界上。

在通过M、N两点的不同的圆周中,最小的一个是以MN连线为直径的圆周。所以本题所求的圆形磁场区域的最小半径为

    (2)

所求磁场区域如图12-5中实线圆所示。

评析  临界值可能以极值形式出现,也可能是边界值(即最大值和最小值)此题中最小值是利用几何知识判断而得到的。A、B两点及AB圆弧分别是磁场的边界点和磁场内的一段弧,是寻找最小圆形磁场区域的依据。

题4  圆筒形的薄壁玻璃容器中,盛满某种液体,容器底部外面有光源S,试问液体折射率至少为多少时,才不能通过容器壁在筒外看到光源S(壁厚不计)。

解析  要在容器外空间看不到光源S,即要求光源S进入液体后,射向容器壁光线的入射角(临界角),如图所示,由折射定律可知

                (1)

由图可知      (2)

在A点入射处,由折射定律有

所以                   (3)

由(1)(3)两式可知

由(2)式可知:越小越好,临界角C也是越小越好:由可知,越大,C越小;而由可知,当一定时,越大,小。

所以液体的折射率

评析  本题临界条件有两个,当折射角为90°时的入射角为临界角C和当入射角为90°时最大。一般几何光学中习题涉及前一个临界条件的较多,涉及后一个临界条件的较少。而求出折射率的临界值为,还要进一步利用(3)式进行讨论的范围。该题的分析方法是从结果利用临界值C,采取倒推的方法来求解。一般来讲,凡是求范围的物理问题都会涉及临界条件。

 0  405482  405490  405496  405500  405506  405508  405512  405518  405520  405526  405532  405536  405538  405542  405548  405550  405556  405560  405562  405566  405568  405572  405574  405576  405577  405578  405580  405581  405582  405584  405586  405590  405592  405596  405598  405602  405608  405610  405616  405620  405622  405626  405632  405638  405640  405646  405650  405652  405658  405662  405668  405676  447090 

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