《2020届高考系统复习物理大题精做7 电场中的力和能（学生版）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020届高考系统复习物理大题精做7 电场中的力和能（学生版）（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1如图甲，M、N、P为直角三角形的三个顶点，M37，MP中点处固定一电量为Q的正点电荷，MN是长为a的光滑绝缘杆，杆上穿有一带正电的小球(可视为点电荷)，小球自N点由静止释放，小球的重力势能和电势能随位置x(取M点处x0)的变化图象如图乙所示，取sin 370.6，cos 370.8。(1)图乙中表示电势能随位置变化的是哪条图线？(2)求势能为E1时的横坐标x1和带电小球的质量m；(3)已知在x1处时小球与杆间的弹力恰好为零，求小球的电量q；(4)求小球运动到M点时的速度。2如图所示，匀强电场中A、B、C三点构成一个直角三角形，把电荷量q21010 C的点电荷由A点移到B点，电场力做功W14.
2、8108 J，再由B点移到C点克服电场力做功W22.4108 J。(1)求A、B和A、C间的电势差UAB和UAC；(2)若取B点的电势为零，求A、C两点的电势A和C；(3)在图中定性画出匀强电场线的方向及分布情况。1如图甲所示，一光滑绝缘细杆竖直放置，在细杆右侧d0.30 m的A点处有一固定的点电荷。细杆上套有一带电荷量q1106 C、质量m0.05 kg的小环。设小环与点电荷的竖直高度差为h，将小环由静止释放后，其动能Ek随h的变化曲线如图乙所示。已知静电力常量k9.0109 Nm2/C2，重力加速度g10 m/s2。(计算结果保留两位有效数字)(1)试估算点电荷所带电荷量Q的大小；(2)求
3、小环位于h10.40 m处时的加速度a；(3)求小环从h20.30 m处下落到h30.12 m处的过程中，其电势能的改变量。2如图所示，长度为l的绝缘细线将质量为m、电量为q的带正电小球悬挂于O点，整个空间中充满了匀强电场。(取sin 370.6，cos 370.8)(1)当电场方向竖直向上时，若使小球在A点获得水平速度v1，小球刚好能在竖直平面内做完整的圆周运动，求电场强度E1；(2)当电场方向水平，且电场强度E2时，要不能让细线松弛，求小球在A点获得的水平速度v2应该满足的条件。3如图所示，ABCD竖直放置的光滑绝缘细管道，其中AB部分是半径为R的四分之一圆弧形管道，BCD部分是固定的水平
4、管道，两部分管道恰好相切于B。水平面内的M、N、B三点连线构成边长为L等边三角形，MN连线过C点且垂直于BCD。两个带等量异种电荷的点电荷分别固定在M、N两点，电荷量分别为Q和Q。现把质量为m、电荷量为q的小球(小球直径略小于管道内径，小球可视为点电荷)，由管道的A处静止释放，已知静电力常量为k，重力加速度为g。求：(1)小球运动到B处时受到电场力的大小；(2)小球运动到C处时的速度大小；(3)小球运动到圆弧最低点B处时，小球对管道压力的大小。4如图所示，较大的平行金属板正对水平放置，P板在上、Q板在下，距离为d。质量为m，电荷量为q的带电小球自距P板处O点静止释放，运动时间t，在PQ两板间加
5、未知电压U，又经过2t小球返回出发点，该过程中小球未与下板Q接触。已知重力加速度为g，小球运动过程中电荷量保持不变，忽略空气阻力。求：(1)PQ两板电势差U；(2)欲使小球不与下板Q接触，t的最大值；(3)当t取(2)最大值，为使小球不与P板接触，当小球返回O点时，改变PQ两板电势差，则PQ两板电势差U满足条件。5如图甲所示，粗糙水平轨道与半径为R的竖直光滑、绝缘的半圆轨道在B点平滑连接，过半圆轨道圆心O的水平界面MN的下方分布有水平向右的匀强电场E，质量为m的带正电小滑块从水平轨道上A点由静止释放，运动中由于摩擦起电滑块电量会增加，过B点后电量保持不变，小滑块在AB段加速度随位移变化图象如图
6、乙。已知A、B间距离为4R，滑块与轨道间动摩擦因数为0.5，重力加速度为g，不计空气阻力，求：(1)小滑块释放后运动至B点过程中电荷量的变化量；(2)滑块对半圆轨道的最大压力大小；(3)小滑块再次进入电场时，电场大小保持不变、方向变为向左，求小滑块再次到达水平轨道时的速度大小以及距B的距离。6在足够大的竖直匀强电场中，有一条与电场线平行的直线，如图中的虚线所示。直线上有两个小球A和B，质量均为m。电荷量为q的A球恰好静止，电荷量为2.5q的B球在A球正下方，相距为L。由静止释放B球，B球沿着直线运动并与A球发生正碰，碰撞时间极短，碰撞中A、B两球的总动能无损失。设在每次碰撞过程中A、B两球间均
7、无电荷量转移，且不考虑两球间的库仑力和万有引力，重力加速度用g表示。求：(1)匀强电场的电场强度大小E；(2)第一次碰撞后，A、B两球的速度大小vA、vB；(3)在以后A、B两球不断地再次碰撞的时间间隔会相等吗?如果相等，请计算该时间间隔T；如果不相等，请说明理由。1【解析】(1)正点电荷Q的电势分布规律是离它近电势高，带正电的小球的电势能Eq，它从N点到M点的电势能先增大后减小，故是图乙中的图线。(2)x1acos 37cos 370.32ax1处重力势能E1mgx1sin 37可得m。(3)kmgcos 37，其中rx1tg370.24a带入数据，得q。(4)根据动能定理，mgasin 3
8、7E2E0mv2带入数据，得v。2【解析】(1)A、B间的电势差UABW1q-240 VA、B和A、C间的电势差UACW1W2q-120 V。(2)取B0，又UABA-B解得：A-240V因UACA-C，解得：C-120V。(3)由上可知AB中点的电势为-120V，与C点的电势相等，根据电场线与等势面垂直，且指向电势较低的等势面，作出匀强电场线的方向及分布情况如图。1【解析】(1)由题图乙可知，当h0.36 m(或h0.12 m)时，小环所受合力为零，则有代入已知数据解得。(2)小环加速度沿杆方向，则又。代入已知数据解得a0.78 m/s2，方向竖直向下。(3)设小环从h20.30 m处下落到
9、h30.12 m处的过程中，电场力对小环做功为WE根据动能定理有mg(h2h3)WEEk0.055 0 J0.068 5 J0.013 5 J代入已知数据解得WEEkmgh0.10 J所以小环的电势能增加了0.10 J。2【解析】(1)当电场力qE1mg时，小球在最高点的速度v最小，若小球刚好能通过最高点，则在最高点有：mgqE1m从最低点到最高点，由动能定理得：(mgqEl)2lmv2mv12解得E1当电场力qE1mg时，小球在最低点的速度v最小，若小球刚好能通过最低点，则在最低点有：qE1mgm解得E1联立可得要使小球做完整的圆周运动，电场强度应满足E1。(2)当电场方向水平，且E2时，小
10、球所受重力为mg、电场力qE2的合力大小与水平方向的夹角满足tan 如果小球获得水平速度v2后刚好能做完整的圆周运动，在速度最小的位置B(如图)满足Fm小球从A点运动到B点，由动能定理得：mgl(1sin )qE2lcos mvB2mv22联立解得 v2如果小球获得水平速度v2后来回摆动，则小球刚好能到达C点或D点（如图），则小球从A点运动到C点，由动能定理得：mgl(1cos )qE2lsin 0mv22或小球从A点运动到D点，由动能定理得：mgl(1cos )qE2lsin0mv22解得v2综合可得，v2或v2细线均不会松驰。3【解析】(1)设小球在圆弧形管道最低点B处分别受到Q和Q的库仑
11、力分别为F1和F2。则 小球沿水平方向受到的电场力为F1和F2的合力F，由平行四边形定则得F2F1cos 60 联立得。 (2)管道所在的竖直平面是Q和Q形成的合电场的一个等势面，小球在管道中运动时，小球受到的电场力和管道对它的弹力都不做功，只有重力对小球做功，小球的机械能守恒，有mgRmvC20 解得vC。 (3)设在B点管道对小球沿竖直方向的压力的分力为NBy，在竖直方向对小球应用牛顿第二定律得 vBvC 联立解得NBy3mg 设在B点管道对小球在水平方向的压力的分力为NBx，则圆弧形管道最低点B处对小球的压力大小为 由牛顿第三定律可得小球对圆弧管道最低点B的压力大小为。4【解析】(1)静
12、止释放，小球做自由落体运动，t时间内位移：hgt2t时刻的速度：v1gt若加上电场后，假设小球的加速度为a，2t时间内小球的位移(假设竖直向上为正方向)：根据题意可知：xh解得：小球运动过程中：qEmgma两极板间电压：UEd电场线向上，所以Q极板电势高所以PQ两极板的电势差：。(2)若小球不与下板接触，临界条件为小球到达Q板速度为0，所以：解得：。(3)小球自Q板开始向上做匀加速运动，设小球到达O点速度为v2，则：小球恰好不与P板接触，则小球到达P板速度为零，设自O到P过程中加速度a2，则：解得：所以电场力向下，对小球应用牛顿第二定律：则PQ两板电压：电场力向下，所以P板电势高，故PQ两板电
13、压满足：。5【解析】(1) 由牛顿第二定律得，在A点： 在B点： 由联立解得: (2)从A到B过程，由动能定理得： 将电场力与重力的合力等效为“重力G”，与竖直方向的夹角设为，在“等效最低点”时滑块对轨道压力最大，则： 从B到“等效最低点”过程，由动能定理得： 由牛顿第二定律得： 由式联立解得：由牛顿第三定律得轨道所受最大压力为(3)从B到C过程，由动能定理得： 从C点到再次进入电场的过程中做平抛运动：水平方向： 竖直方向： 设速度方向与水平方向的夹角为1，则 进入电场后，受向左的电场力与竖直向下的重力， 由式联立可得：，则进入电场后合力与速度共线，做匀加速直线运动 从C点到水平轨道： 由式联立可得：，因此滑块再次到达水平轨道的速度大小为，方向与水平方向夹角的正切值为、斜向左下方，位置在B点左侧6R处。6【解析】(1)由题意可知，带电量为q的A球在重力和电场力的作用下恰好静止，则qEmg可得匀强电场的电场强度大小E(2)由静止释放B球，B球将在重力和电场力的作用下向
