2019高考物理预测 电场中的力和能 Word版含解析

2019高考物理预测 电场中的力和能 1．如图所示，在竖直平面内存在竖直方向的匀强电场。长度为l的轻质绝缘细绳一端固定在O点，另一端连接一质量为m、电荷量为＋q的小球(可视为质点)，初始时小球静止在电场中的a点，此时细绳拉力为2mg，g为重力加速度。 (1)求电场强度E和a、O两点的电势差UaO； (2)小球在a点获得一水平初速度va，使其能在竖直面内做完整的圆周运动，则va应满足什么条件？ 【解析】(1)小球静止在a点时，由共点力平衡可得mg＋2mg＝qE① 得E＝，方向竖直向上② 在匀强电场中，有UOa＝El③ 则a、O两点电势差UaO＝－④ (2)小球从a点恰好运动到b点，设到b点速度大小为vb， 由动能定理得－qE·2l＋mg·2l＝mvb2－mva2⑤ 小球做圆周运动通过b点时，由牛顿第二定律可得qE－mg＝m⑥ 联立②⑤⑥可得va＝，故应满足va≥。 2．如图(a)所示，倾角θ＝30°的光滑固定斜杆底端固定一电量为Q＝2×10－4C的正点电荷，将一带正电小球(可视为点电荷)从斜杆的底端(但与Q未接触)静止释放，小球沿斜杆向上滑动过程中能量随位移的变化图象如图(b)所示，其中线1为重力势能随位移变化图象，线2为动能随位移变化图象，静电力恒量k＝9×109 N·m2/C2，则： (1)请描述小球向上运动过程中的速度与加速度的变化情况； (2)求小球的质量m和电量q； (3)求斜杆底端至小球速度最大处由底端正点电荷Q形成的电场的电势差U。 【解析】(1)先沿斜面向上做加速度逐渐减小的加速运动，再沿斜面向上做加速度逐渐增大的减速运动，直至速度为零。 (2)由线1可得EP＝mgh＝mgsinθ 斜率＝20＝mgsin30°，所以m＝4kg 当达到最大速度时带电小球受力平衡mgsinθ＝kqQ/s 由线2可得s0＝1m 得q＝mgssinθ/kQ＝1.11×10－5C (3)由线2可得当带电小球运动至1m处动能最大为27J。 根据动能定理WG＋W电＝ΔEk －mgh＋qU＝Ekm－0 代入数据得U＝4.23×106V  1．如图所示，质量为m的小球A穿在绝缘细杆上，杆的倾角为α，小球A带正电，电荷量为q。在杆上B点处固定一个电荷量为Q的正电荷。将A由距B竖直高度为H处无初速度释放，小球A下滑过程中电荷量不变。不计A与细杆间的摩擦，整个装置处在真空中，已知静电力常量k和重力加速度g。求： (1)A球刚释放时的加速度大小； (2)当A球的动能最大时，A球与B点的距离。 【解析】（1）由牛顿第二定律可知mgsinα－F＝ma 根据库仑定律F＝k，r＝H/sinα 得a＝gsinα－. （2）当A球受到合力为零、加速度为零时，动能最大．设此时A球与B球间的距离为R，则mgsinα＝ 解得R＝。 2．在足够长的粗糙绝缘板A上放一个质量为m、电荷量为＋q的小滑块B。用手托住A置于方向水平向左、场强大小为E的匀强电场中，此时A、B均能静止，如图所示。现将绝缘板A从图中位置P垂直电场线移至位置Q，发现小滑块B相对于A发生了运动。为研究方便可以将绝缘板A的运动简化成先匀加速接着匀减速到静止的过程。测量发现竖直方向加速的时间为0.8 s，减速的时间为0.2 s。P、Q位置高度差为0.5 m。已知匀强电场的场强E＝；A、B之间动摩擦因数μ＝0.4，g取10 m/s2。求： (1)绝缘板A加速和减速的加速度分别为多大？? (2)滑块B最后停在离出发点水平距离多大处？ 【解析】(1)设绝缘板A加速和减速的加速度大小分别为a1、a2。 加速阶段的末速度为v，x1＝t1 x2＝t2 v＝a1t1 v＝a2t2 联立解得：v＝1m/s，a1＝1.25m/s2，a2＝5m/s2。 (2)研究滑板B，在绝缘板A匀减速的过程中，由牛顿第二定律可得 竖直方向上：mg－N＝ma2? 水平方向上：Eq－μN＝ma3? 求得：a3＝0.1g＝1 m/s2 在这个过程中滑板B的水平位移大小为x3＝a3t22＝0.02 m 在绝缘板A静止后，滑板B将沿水平方向做匀减速运动，设加速度大小为a4，有 μmg－Eq＝ma4， 得a4＝0.1g＝1 m/s2? 该过程中滑板B的水平位移大小为x4＝x3＝0.02 m? 最 ... ...