2021年高考典型例题:等效重力场

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1、学习必备欢迎下载1、如图所示,在水平方向的匀强电场中的O点,用长为l的轻、软绝缘细线悬挂一质量为m的带电小球,当小球位于B点时处于静止状态,此时细线与竖直方向(即OA方向)成 角现将小球拉至细线与竖直方向成2 角的C点,由静止将小球释放若重力加速度为g ,则对于此后小球的受力和运动情况,下列判断中正确的是A小球所受电场力的大小为mgtan B小球到B点的速度最大C小球可能能够到达A点,且到A点时的速度不为零D小球运动到A点时所受绳的拉力最大2、 、半径 R=0.8m的光滑绝缘导轨固定于竖直面内,加上某一方向的匀强电场后,带电小球沿轨道内侧做圆周运动,小球动能最大的位置在A点,圆心 O与 A点的

2、连线与竖直方向的夹角为,如图所示 .在 A 点时小球对轨道的压力FN=120N ,若小球的最大动能比最小动能多32J,且小球能够到达轨道上的任意一点(不计空气阻力). 试求:(1)小球最小动能等于多少?(2) 若小球在动能最小位置时突然撤去轨道,并保持其他量不变,则小球经 0.04s时间后,其动能与在A点时的动能相等,小球的质量是多少?3、如图 14 所示, ABCD 为表示竖立放在场强为E=104V/m的水平匀强电场中的绝缘光滑轨道,其中轨道的BCD部分是半径为R 的半圆环,轨道的水平部分与半圆环相切A 为水平轨道的一点,而且.2. 0 mRAB把一质量m=100g 、带电 q=10 4C

3、的小球,放在水平轨道的A 点上面由静止开始被释放后,在轨道的内侧运动。(g=10m/s2)求:(1)它到达C点时的速度是多大?(2)它到达C点时对轨道压力是多大?(3)小球所能获得的最大动能是多少?4、水平放置带电的两平行金属板,相距 d, 质量为 m的微粒由板中间以某一初速平行于板的方向进入,若微粒不带电,因重力作用在离开电场时,向下偏转d/4 ,若微粒带正电,电量为q,仍以相同的初速度进入电场,微粒恰好不再射出电场,则两板的电势差应为多少?并说明上下板间带电性?5、如图所示,绝缘光滑轨道AB部分为倾角为30的斜面, AC部分为竖直平面上半径为R 的圆轨道,斜面与圆轨道相切。整个装置处于场强

4、为E、方向水平向右的匀强电场中。现有一质量为m的带正电,电量为Emgq33小球,要使小球能安全通过圆轨道,在O点的初速度应为多大?6、如图所示,在离坡顶为l的山坡上的C点树直固定一根直杆,杆高也是L。杆上端 A到坡底B之间有一光滑细绳,一个带电量为q、质量为 m的物体穿心于绳上,整个系统处在水平向右的匀强电场中,已知细线与竖直方向的夹角30。若物体从A 点由静止开始沿绳无摩擦的滑下,设细绳始终没有发生形变,求物体在细绳上滑行的时间。(2/10smg,60.037sin,80.037cos)7、 如 图 所 示 , 匀 强 电 场 水 平 向 右 ,310EN/C, 一 带 正 电 的 油 滴

5、的 质 量5100.2mkg , 电 量A B C E O R 300E O E A B C . B精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页,共 10 页 - - - - - - - - -学习必备欢迎下载5100.2qC。在 A点时速度大小为20vm/s,方向为竖直向上,则油滴在何时速度最小且求出最小速度?4如右图所示, M 、N是竖直放置的两平行金属板,分别带等量异种电荷,两极间产生一个水平向右的匀强电场,场强为 E,一质量为m 、电荷量为 q 的微粒,以初速度v0竖直向上从两极正中间的A 点射入匀强电场中,微粒垂直打到N极上的 C

6、点,已知AB BC 不计空气阻力,则可知()A微粒打到C点时的速率与射入电场时的速率相等B微粒打到C点以前最小动能是初动能的一半CMN板间的电势差为qmv20DMN板间的电势差为202EvUg如图所示,A、B、C三个小球(可视为质点)的质量分别为m 、2m 、3m ,B小球带负电,电荷量为 q,A、C两小球不带电(不考虑小球间的电荷感应),不可伸长的绝缘细线将三个小球连接起来悬挂在O点,三个小球均处于竖直向上的匀强电场中,电场强度大小为E则以下说法正确的是()A静止时, A、B两小球间细线的拉力为5mg qEB静止时, A、B两小球间细线的拉力为5mg qEC剪断 O点与 A小球间细线瞬间,A

7、 、 B两小球间细线的拉力为qE/3D剪断 O点与 A小球间细线瞬间,A 、 B两小球间细线的拉力为qE/68、如图所示,带电平行金属板A、B,板间的电势差大小为U,A 板带正电, B板中央有一小孔一带正电的微粒,带电荷量为q,质量为m ,自孔的正上方距板高h 处自由落下,若微粒恰能落至A、B板的正中央C点,则()A微粒下落过程中重力做功为mg (h12d) ,电场力做功为12qUB微粒落入电场中,电势能逐渐增大,其增加量为12qUC若微粒从距B板高 2h 处自由下落,则恰好能达到A板D微粒在下落过程中动能逐渐增加,重力势能逐渐减小7如图所示,一电容为C的平行板电容器,两极板A、B间距离为 d

8、,板间电压为U,B板电势高于A板两板间有M 、N、P三点, MN连线平行于极板,N 、P连线垂直于极板,M 、P两点间距离为L,PMN 以下说法正确的是()A电容器带电量为CUB两极板间匀强电场的电场强度大小为sinLUCM 、 P两点间的电势差为dULD若将带电量为q 的电荷从M移到 P,该电荷的电势能减少了dqsinUL11如图所示,竖直平面内有一个圆,BD是其竖直直径,AC是其另一条直径,该圆处于匀强电场中,场强方向平行于圆周所在平面。带等量负电荷的相同小球从圆心O以相同的初动能沿不同方向射出,小球会经过圆周上不同的点,其中通过圆周上A点的小球动能最小,忽略空气阻力,下列说法中正确的是(

9、)E A v 精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页,共 10 页 - - - - - - - - -学习必备欢迎下载A电场方向沿OA方向B小球经过圆周上的不同点时,过B点的小球的动能和电势能之和最小C小球经过圆周上的不同点时,过C点的小球的电势能和重力势能之和最小D小球经过圆周上的不同点时,机械能最小的小球应经过圆弧CND 上的某一点【答案】 BC【解析】试题分析:首先明确一点,在这个电场中,小球受到两个力影响:1重力, 2电场力,在A点动能最小,那说明速度最小了,说明OA方向发射的小球克服合力做功最大,也就是说在这个电场跟重力场中

10、,合力方向是OC ,对 O点小球受力分析,重力竖直向下,合力方向指向OC ,受力方向指向为OB与 OC之间,即电场方向应该是由O指向 AD弧方向,故A 错误;由于只有重力和电场力做功,故任何点的小球,动能+重力势能 +电势能 =定值;明显 B点的重力势能最大,那么肯定 B点的动能与电力势能之和最小了,故 B正确; 动能 +重力势能 +电势能 =定值,从 O到 C合力做功最多,故C点动能最大,所以过C点电势能和重力势能之和最小,故C正确;机械能(重力势能+动能)最小,那么肯定就是电势能最大的地方,负电荷球沿着电场线方向,电场力做负功,电势能增大,所以应该在弧线AD (劣弧)之间,故D错误。考点:

11、电势差与电场强度的关系、功能关系、电势能【名师点睛】 小球运动过程中受到重力和电场力,根据动能最小点判断出合力方向,运用平行四边形定则得到电场力方向;最后根据功能关系列式分析。12如图所示,在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动,则关于电子在两板间的运动情况,下列叙述正确的是:A两板间距增大,不影响加速时间B两板间距离越小,加速度就越大,则电子到达Q板时的速度就越大C电子到达Q板时的速度与板间距离无关,仅与加速电压有关D电子的加速度和末速度都与板间距离无关【答案】 C【解析】试题分析:根据牛顿第二定律得,加速度qEqUammd,加速的时间22dmtdaqU,可知两板间距增大,加速时间增大,选项

12、A错误;根据动能定理知,qU=12mv2,解得2qUvm,知电子到达Q板时的速度与板间距离无关,仅与加速电压有关,故B 错误, C正确电子的加速度与板间距离有关,末速度与板间距离无关故D错误故选C。考点:带电粒子在电场中的运动【名师点睛】 根据电子的运动的规律,列出方程来分析电子的加速度、运动的时间和速度分别与哪些物理量有关,精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页,共 10 页 - - - - - - - - -学习必备欢迎下载根据关系式判断即可。13如图所示,在足够长的光滑绝缘水平直线轨道上方的P点,固定一电荷量为Q的点电荷一质量为

13、m 、带电荷量为 q 的物块(可视为质点的检验电荷),从轨道上的A 点以初速度v0沿轨道向右运动,当运动到P 点正下方 B点时速度为v已知点电荷产生的电场在A点的电势为 (取无穷远处电势为零),P到物块的重心竖直距离为 h,P、A连线与水平轨道的夹角为60, k 为静电常数,下列说法正确的是()A点电荷 Q产生的电场在B点的电场强度大小2BQEkhB物块在A点时受到轨道的支持力大小为23 38kqQmghC物块在A点的电势能EPA =Q D点电荷 Q产生的电场在B点的电势220()2Bmvvq【答案】 ABD【解析】试题分析:点电荷+Q产生的电场在B点的电场强度大小为:2BKQEh,选项 A正

14、确;物体受到点电荷的库仑力为:2QqFKr,由几何关系可知:60hrsin设物体在A点时受到轨道的支持力大小为N,由平衡条件有:N-mg-Fsin60 =0,解得:23 38kqQNmghB正确;物块在A点的电势能EPA=+q,则 C错误; ; 设点电荷产生的电场在B点的电势为 B,动能定理有:q +12mv0212mv2+qB,解得:220()2Bmvvq故 D正确;故选ABD 考点:电场强度与电势差的关系;电势及电势能;库仑定律【名师点睛】 解决本题的关键知道电场力做功W=qU ,U等于两点间的电势差以及掌握库仑定律和动能定理的运用。14如图甲所示,有一绝缘的竖直圆环,圆环上分布着正电荷一

15、光滑细杆沿垂直圆环平面的轴线穿过圆环,细杆上套有一质量为m=10g的带正电的小球,小球所带电荷量Cq4100 .5, 让小球从C点由静止释放其沿细杆由 C经 B 向 A运动的tv图像如图乙所示且已知小球运动到B 点时,速度图像的切线斜率最大(图中标出了该切线)下列说法正确的是()精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页,共 10 页 - - - - - - - - -学习必备欢迎下载A由 C到 A的过程中,小球的电势能先减小后增大B在 O点右侧杆上, B点场强最大,场强大小为mVE/2. 1C沿着 C到 A的方向,电势先降低后升高DC、

16、 B两点间的电势差VUCB9.0【答案】 BD【解析】试题分析:从C到 A电场力一直做正功,故电势能一直减小,电势一直减小,故AC错误;由乙图可知,小球在B点的加速度最大, 故受力最大,加速度有电场力提供, 故 B点的电场强度最大,vat,qEam, 解得 E=1 2V/m,故 B正确;由C到 B电场力做功为W=12mvB2-0,CB间电势差为0.9WUVq,故 D正确;故选BD 考点:电场强度与电势差的关系【名师点睛】本题主要考查了图象问题,抓住电场力做正功,电势能减小;加速度最大时受到的电场力最大,电场强度最大即可15如图所示为一边长为L 的正方形abcd,P是bc的中点,若正方形区域内只存在由d 指向 a 的匀强电场,则在 a 点沿 ab 方向以速度v 入射的质量为m 、电荷量为q 的带负电粒子(不计重力)恰好从P点射出。若该区域内只存在垂直纸面向里的匀强磁场,则在a 点沿 ab 方向以速度v 入射的同种带电粒子恰好从c 点射出,由此可知()A匀强电场的电场强度为22mqLvB匀强磁场的磁感应强度为2mvqLC带电粒子在匀强电场中运动的加速度大小等于在匀强磁场中运动的加速度大小D

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