高中物理力电综合习题及题解课件选修3.ppt

力电综合 07届12月江苏省丹阳中学试卷1006年12月广州市x科统考卷1706年广东东莞中学高考模拟试题172007年天津理综卷2507届广东省惠阳市综合测试卷三1807届1月武汉市调研考试17南京市07届二模试卷17 b07届南京市第一次调研测试19 力电综合 07届12月江苏省丹阳中学试卷10 10 一中学生为即将发射的 神州七号 载人飞船设计了一个可测定竖直方向加速度的装置 其原理可简化如图 连接在竖直弹簧上的重物与滑动变阻器的滑动头连接 该装置在地面上静止时其电压表的指针指在表盘中央的零刻度处 在零刻度的两侧分别标上对应的正 负加速度值 关于这个装置在 神州七号 载人飞船发射 运行和回收过程中示数的判断正确的是 a 飞船在竖直加速升空的过程中 如果电压表示数为正 则飞船在竖直减速返回地面的过程中 电压表的示数仍为正b 飞船在竖直加速升空的过程中 如果电压表的示数为正 则飞船在竖直减速反回地面的过程中 电压表的示数为负c 飞船在圆轨道上运行时 电压表的示数为零d 飞船在圆轨道上运行时 电压表示数所对应的加速度应约为9 8m s2 ad 06年12月广州市x科统考卷17 17 18分 如图15所示 挡板p固定在足够高的水平桌面上 小物块a和b大小可忽略 它们分别带有 qa和 qb的电荷量 质量分别为ma和mb 两物块由绝缘的轻弹簧相连 一不可伸长的轻绳跨过滑轮 一端与b连接 另一端连接一轻质小钩 整个装置处于场强为e 方向水平向左的匀强电场中 a b开始时静止 已知弹簧的劲度系数为k 不计一切摩擦及a b间的库仑力 a b所带电荷量保持不变 b不会碰到滑轮 1 若在小钩上挂一质量为m的物块c并由静止释放 可使物块a对挡板p的压力恰为零 但不会离开p 求物块c下降的最大距离 2 若c的质量改为2m 则当a刚离开挡板p时 b的速度多大 解 1 开始时弹簧形变量为x1 由平衡条件 设当a刚离开档板时弹簧的形变量为x2 故c下降的最大距离为 h x1 x2 由 式可解得 2 由能量守恒定律可知 c下落h过程中 c重力势能的的减少量等于b的电势能的增量和弹簧弹性势能的增量以及系统动能的增量之和 当c的质量为m时 当c的质量为2m时 设a刚离开挡板时b的速度为v 由 式可解得a刚离开p时b的速度为 题目 06年广东东莞中学高考模拟试题17 17 16分 一长为l质量为m板面光滑且绝缘不导电的平板小车放在光滑水平面上 在车上有一质量为m 带电量为 q的小物块 可视为质点 小车质量与小物块质量之比m m 7 1 物块距小车右端挡板距离为b 且l 1 5b 如图示 现沿平行车板方向整个空间加一水平向右的匀强电场 电场强度为e 带电小物块由静止开始向右运动 而后与小车右端挡板相碰 碰撞时间极短 若碰后小车速度大小为碰前小物块速度大小的1 4 并设小物块滑动过程及其与小车相碰过程中 小物块的电量不变 1 通过分析与计算说明 碰撞后滑块能否滑出小车的车身 2 若能滑出 求出由小物块开始运动至滑出时电场力对小物块所做的功 若不能滑出 则求出小物块从开始运动到第二次碰撞时电场力对小物块所做的功 解 1 设碰撞前后小物块的速度分别为v0 v 由动能定理和动量守恒得 解得 负号表示速度方向向左 当二者等速时m在m上滑行距离达到最大 m相对m有 小滑块m不会滑出小车 2 设第一次碰后到第二次碰撞的时间为t 二者位移相同 则有 解得 全过程m在电场中的总位移 电场力对m做功 w 2eqb 题目 2007年天津理综卷25 25 22分 离子推进器是新一代航天动力装置 可用于卫星姿态控制和轨道修正 推进剂从图中p处注入 在a处电离出正离子 bc之间加有恒定电压 正离子进入b时的速度忽略不计 经加速后形成电流为i的离子束后喷出 已知推进器获得的推力为f 单位时间内喷出的离子质量为j 为研究问题方便 假定离子推进器在太空中飞行时不受其他外力 忽略推进器运动速度 求加在bc间的电压u 为使离子推进器正常运行 必须在出口d处向正离子束注入电子 试解释其原因 解 设一个正离子的质量为m 电荷量为q 加速后的速度为v 根据动能定理 有 设离子推进器在 t时间内喷出质量为 m的正离子 并以其为研究对象 推进器对 m的作用力为f 由动量定理 有 f t mv 由牛顿第三定律知f f 设加速后离子束的横截面积为s 单位体积内的离子数为n 则有 i nqvs j nmvs 由 可得 解得 推进器持续喷出正离子束 会使带有负电荷的电子留在其中 由于库仑力作用将严重阻碍正离子的继续喷出 电子积累足够多时 甚至会将喷出的正离子再吸引回来 致使推进器无法正常工作 因此 必须在出口d处发射电子注入到正离子束 以中和正离子 使推进器获得持续推力 题目 07届广东省惠阳市综合测试卷三18 18 如图1所示 一平行板电容器带电量为q 固定在绝缘底座上 两极板竖直放置 整个装置静止在光滑的水平面上 板间距离为d 一质量为m 带电量为 q的弹丸以一定的初速度从一极板间中点的小孔射入电容器中 弹丸的重力不计 设电容器周围的电场强度为零 设弹丸在电容器中最远运动到p点 弹丸的整个运动的过程中的v t图像如图2所示 根据力学规律和题中 包括图像 所提供的信息 对反映电容器及其系统的有关物理量 例如电容器及底座的总质量 及系统在运动过程中的守恒量 你能求得哪些定量的结果 2页 题目 3页 末页 分析 此题的v t图像蕴味深刻 提供的信息也丰富多彩 由图2可知 在0 t1内弹丸在电场力作用下先向左做匀减速直线运动 速度减为零后 再向右做匀加速直线运动 t1后弹丸开始匀速运动 由弹丸0 t1的运动情况可知 弹丸速度为零时已到p点 t1后弹丸做匀速直线运动 弹丸不再受电场力 说明弹丸已离开电容器 故可知弹丸离开电容器的速度为v1 纵观图2 0 t1内 图像的斜率表示弹丸的加速度 根据以上信息可解答如下 2页 题目 3页 末页 解 1 由v t图像可得弹丸的加速度 设电场强度为e 由牛顿第二定律得 eq ma 电容器电压u ed 电容器电容 由 式得 2页 题目 3页 末页 2 设电容器最后速度v 电容器及底座总质量为m 由电容器 弹丸动量守恒得 mv0 mv mv1 由电容器 弹丸能量守恒得 由 式得 v v0 v1 根据题意可得 弹丸及电容器的总能量 图2把弹丸的运动过程表现得淋漓尽致 使弹丸的运动情况尽在不言中 而能否准确地从图中捕捉信息 就充分体现学生的洞察能力 分析思维能力 巧用v t图像 可以使物理问题化繁为简 化难为易 2页 题目 3页 末页 07届1月武汉市调研考试17 17 14分 有一质量为m 长度为l的矩形绝缘板放在光滑的水平面上 另一质量为m 带电量的绝对值为q的物块 视为质点 以初速度v0从绝缘板的上表面的左端沿水平方向滑入 绝缘板周围空间是范围足够大的匀强电场区域 其场强大小 方向 竖直向下 如图所示 已知物块与绝缘板间的动摩擦因数恒定 物块运动到绝缘板的右端时恰好相对于绝缘板静止 若将匀强电场的方向改变为竖直向上 场强大小不变 且物块仍以原初速度从绝缘板左端的上表面滑入 结果两者相对静止时 物块未到达绝缘板的右端 求 2页 题目 3页 末页 1 场强方向竖直向下时 物块在绝缘板上滑动的过程中 系统产生的热量 2 场强方向竖直向下时与竖直向上时 物块受到的支持力之比 3 场强方向竖直向上时 物块相对于绝缘板滑行的距离 2页 题目 3页 末页 解 1 场强方向竖直向下时 由系统动量守恒 有 由能量守恒 有 由 式得系统产生的热量q1 同理 场强方向竖直向上时 动量仍守恒 可推出 2页 题目 3页 末页 依题意 s1 s2 故 说明第一次电场力qe方向竖直向上 第二次电场力qe方向竖直向下 可判断物块带负电 2 由已知 3 由 得 2页 题目 3页 末页 南京市07届二模试卷17 b 17 b 能量的比较 如图所示 在光滑绝缘水平面上有两个带电小球a b 质量分别为3m和m 小球a带正电q 小球b带负电 2q 开始时两小球相距s0 小球a有一个水平向右的初速度v0 小球b的初速度为零 若取初始状态下两小球构成的系统的电势能为零 则 1 试证明 当两小球的速度相同时系统的电势能最大 并求出该最大值 2 试证明 在两小球的间距仍不小于s0的运动过程中 系统的电势能总小于系统的动能 并求出这两种能量的比值的取值范围 2页 题目 3页 末页 解 1 由于两小球构成的系统合外力为零 设某状态下两小球的速度分别为va和vb 由动量守恒定律得 所以 系统的动能减小量为 由于系统运动过程中只有电场力做功 所以系统的动能与电势能之和守恒 考虑到系统初状态下电势能为零 故该状态下的电势能可表为 2页 题目 3页 末页 联立 1 3 两式 得 由 式得 当时 系统的电势能取得最大值 而将 5 式代入 1 式 得 即当两小球速度相同时系统的电势能最大 最大值为 2页 题目 3页 末页 2 由于系统的电势能与动能之和守恒 且初始状态下系统的电势能为零 所以在系统电势能取得最大值时 系统的动能取得最小值 为 由于 所以在两球间距仍不小于s0的运动过程中 系统的电势能总小于系统的动能 在这过程中两种能量的比值的取值范围为 2页 题目 3页 末页 07届南京市第一次调研测试19 19 在光滑绝缘的水平台面上 存在平行于水平面向右的匀强电场 电场强度为e 水平台面上放置两个静止的小球a和b 均可看作质点 两小球质量均为m a球带电荷量为 q b球不带电 a b连线与电场线平行 开始时两球相距l 在电场力作用下 a球开始运动 此时为计时零点 即t 0 后与b球发生对心碰撞 碰撞过程中a b两球总动能无损失 设在各次碰撞过程中 a b两球间无电量转移 且不考虑两球碰撞时间及两球间的万有引力 1 第一次碰撞结束瞬间a b两球的速度各为多大 2 分别在甲 乙坐标系中 用实线作出a b两球从计时零点到即将发生第三次碰撞这段过程中的v t图像 要求写出必要的演算推理过程 2页 题目 3页 4页 5页 末页 3 从计时零点到即将发生第三次碰撞这段过程中电场力共做了多少功 4 若要求a在运动过程中对桌面始终无压力且刚好不离开水平桌面 v 0时刻除外 可以在水平面内加一与电场正交的磁场 请写出磁场b t 与时间t的函数关系 不考虑相对论效应 解 1 a球的加速度 碰前a的速度 碰前b的速度 a b碰撞后交换速度 设碰后a b球速度分别为v a1 v b1 2页 题目 3页 4页 5页 末页 2 a b球发生第一次 第二次 第三次的碰撞时刻分别为t1 t2 t3 则 第一次碰后 经t2 t1时间a b两球发生第二次碰撞 设碰前瞬间a b两球速度分别为va2和vb2 得 t2 3t1 2页 题目 3页 4页 5页 末页 第二次碰后瞬间 a b两球速度分别为v a2和v b2 经t3 t2时间a b两球发生第三次碰撞