内容正文:
第一次月考模拟测试01(原卷版)
(考试时间:75分钟 试卷满分:100分)
注意事项:
1.测试范围:人教版(2019): 必修第三册第9~10章。
第Ⅰ卷 选择题
一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分。在每小题给出的四个选项中,第1~8题只有一项符合题目要求,第9~12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
1.(23-24高二上·天津西青·阶段练习)如图,空间有一电场,电场中有两个点M和N,下列表述正确的是( )
A.该电场是匀强电场
B.M点的电场强度比N点的小
C.M点的电势比N点的高
D.M点与N点间的电势差大小与零电势面的选取有关
2.(23-24高二上·天津东丽·阶段练习)下列说法正确的是( )
A.摩擦起电和感应起电的本质是产生了新的电子
B.元电荷就是质子
C.电场线是假想的,不是客观存在的
D.高压作业服是用绝缘的织物制成,能起到静电屏蔽作用,保护工人
3.(23-24高二上·四川成都·阶段练习)如图所示,是圆的直径,在两点分别放置点电荷后,圆周上有两点的电场强度相同,且。关于点电荷及两点的电场强度,下列说法正确的是( )
A.两处的点电荷带同种电荷,电量之比为
B.两处的点电荷带异种电荷,电量之比为
C.两点的电场强度方向一定平行向右
D.圆周上两点的电场强度最大
4.(23-24高二上·贵州遵义·阶段练习)如图所示,将带正电的绝缘棒甲左端靠近原来不带电的验电器乙的金属球,乙的金箔片张开,则( )
A.金属球带负电
B.金属球带正电
C.金属球和金箔片均带正电
D.金属球和金箔片均不带电
5.(23-24高二上·浙江杭州·阶段练习)如图所示,一个质量为m,电荷量为q的带电粒子,以初速度沿两极板的中点,垂直电场方向射入一个两极板间距为d,宽度为L,电压为U的匀强电场。带点粒子从极板边缘离开电场,运动过程中所受的重力忽略不计。下列关于粒子在电场中偏转的描述中正确的是( )
A.粒子在电场中的加速度大小为
B.粒子离开电场时的速度方向与初速度方向夹角为α,则
C.粒子在电场中运动的时间为
D.带电粒子的比荷
6.(23-24高二上·安徽马鞍山·阶段练习)在如图所示的电路中,当电键S闭合后,水平放置的平行板电容器中有一个带电液滴.正好处于静止状态,现将电键S断开,则( )
A.液滴仍保持静止状态
B.液滴向下运动,直至达到下极板
C.液滴向上运动,直至达到上极板
D.电容器上的带电荷量保持不变
7.(23-24高二上·广东中山·阶段练习)两个等量正点电荷固定于光滑水平面上,其连线中垂线上有三点,如图甲所示。一个带电荷量为,质量为的小物块(可视为质点)从点静止释放,其运动的图像如图乙所示,其中点处为整条图线切线(图中标出了该切线)斜率最大的位置,则下列说法正确的是( )
A.由到的过程中物块的电势能一直在增大
B.点为中垂线上电场强度最大的点,场强
C.由点到点电势逐渐升高
D.两点间的电势差
8.(23-24高二上·浙江杭州·阶段练习)竖直墙面与水平地面均光滑且绝缘,小球A、B带同种电荷,现用水平向左推力F作用于小球B,两球分别静止在竖直墙和水平地面上,如图所示,如果将小球B向左推动少许,当两球重新达到平衡时,与原来的平衡状态相比较( )
A.地面对小球B的支持力不变 B.推力F将不变
C.两小球之间的距离变小 D.竖直墙面对小球A的弹力变大
9.(23-24高二上·黑龙江哈尔滨·阶段练习)(多选)如图所示为某电场中x轴上电势φ随x变化的图像,其中0~x1段是直线,x1~x2段是曲线。一个带电粒子仅受静电力作用在x=0处由静止释放,沿x轴正方向运动,且以一定的速度通过x=x2处,则下列说法正确的是( )
A.粒子带正电
B.粒子从x=0到x=x1过程中做匀加速直线运动
C.粒子从x=0到x=x2过程中,电势能先增大再减小
D.粒子从x=0到x=x2过程中,动能先增大后减小
10.(23-24高一下·陕西铜川·期末)(多选)如图所示,在一条直线上有两个相距0.4m的点电荷A,B,A带电荷量为+Q,B带电荷量为-9Q。现引入第三个点电荷C,恰好使三个点电荷均在电场力的作用下处于平衡状态,则下列说法正确的是( )
A.C所带电量为
B.C所带电量为
C.C在B的右边0.4m处
D.C在A的左边0.2m处
11.(23-24高二上·广东中山·阶段练习)(多选)如图所示,在水平向右的匀强电场中,质量为m的带电小球,以初速度2v从M点竖直向上运动,通过N点时,速度大小为v,方向与电场方向相反,则小球从M运动到N的过程( )
A.水平方向加速度大小为 B.水平方向位移为
C.动能增加 D.机械能增加
12.(23-24高二上·湖北襄阳·阶段练习)(多选)如图甲为平行板电容器,板间距为d,两板间电压做周期性变化如图乙所示,图乙中U0、T为已知值,比荷为k的正离子以初速度v0沿中线平行于两板的方向从左侧射入两板间,经过时间T从右侧射出。假设在运动过程中没有碰到极板,离子重力不计。离子从不同时刻射入电场,离开电场时垂直极板方向的位移不同,离子离开电场时垂直于极板方向的位移大小可能为( )
A. B. C. D.
第Ⅱ卷 非选择题
二、填空题(共2小题,共12分)
13.(23-24高二上·福建厦门·阶段练习)三条等势线如图所示,单位正电荷q沿任一路径从A点移动到B点,电场力所做的功是 J,正电荷q从A点移动到C点,跟从B点移动到C点,电场力所做的功 (填“相等”或“不同”)
14.(23-24高二上·福建莆田·阶段练习)如图所示,真空中,带电荷量分别为和的点电荷A、B相距2r,则在两点电荷连线的中垂线上,距A、B两点都为2r的点的场强E方向 (选填“平行”或“垂直”)连线,点的场强大小 。
三、实验题(共1小题,共10分)
15.(23-24高二上·全国·阶段练习)某学校兴趣小组利用电流传感器观察电容器的充、放电现象,设计电路如图甲所示。
(1)将开关S与端点2连接时电源短时间内对电容器完成充电,充电后电容器右极板带 电(选填“正”或“负”);然后把开关S连接端点1,K断开,电容器通过电阻放电,计算机记录下电流传感器中电流随时间的变化关系。如图乙是计算机输出的电容器充、放电过程电流随时间变化的图像;
(2)根据图像估算电容器在充电结束时储存的电荷量为 C(结果保留两位有效数字);
(3)已知直流电源的电压为6V,则电容器的电容为 F(结果保留两位有效数字);
四.计算题(本题共3小题,共30分)
16.(23-24高二上·安徽六安·阶段练习)如图所示,竖直放置的一半圆形光滑绝缘轨道固定在方向水平向右的匀强电场中,一质量为m、所带电荷量为q的带电小球放置在轨道上,平衡时小球与轨道圆心O的连线与竖直方向的夹角为,重力加速度为g,求:
(1)小球所带电性;
(2)电场强度的大小E。
17.(23-24高二上·云南昭通·阶段练习)如图所示,AB、CD分别是水平方向和竖直方向的两正对平行板电容器,极板之间均存在匀强电场。OO'为电容器AB的中心线,电容器AB 极板长为L,极板间距足够大,电场强度大小为E₁,方向竖直向下。电容器CD极板足够长,极板间距足够宽,电场强度E₂,方向水平向右,大小未知。M为极板C上的一个小孔。一带正电的液滴以一定的初速度从O点沿中心线OO'射入电容器AB 间的匀强电场,随后从M孔射入电容器CD,恰好能在CD间做直线运动。重力加速度为g,带电液滴的质量为m,电荷量 ,在O点的初速度 ,忽略电场的边缘效应及带电液滴对电场的影响。求:
(1) 小孔M与O点的竖直距离y;
(2) 匀强电场E₂的大小;
(3)若将电场E₂改为方向水平向左,大小不变,带电液滴从极板C上的小孔M射入后恰好再次打到C板的N点(图中未画出)。求MN间的距离yMN。
18.(23-24高二上·江苏南京·阶段练习)固定在点的细线拉着一质量为、电荷量为的带正电小球在竖直平面内做半径为的圆周运动,该区域内存在水平向右的匀强电场(图中未画出),电场强度,圆周上A点在圆心O的正上方,小球过A点时的速度大小为,方向水平向左,不计一切阻力,重力加速度为,求:
(1)小球过A点时对细线的作用力;
(2)小球做圆周运动过程中的最小速率;
(3)若小球过A点时断开细线,之后的运动中小球经过其电势能最大位置时的速率为多大?
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第一次月考模拟测试01(解析版)
(考试时间:75分钟 试卷满分:100分)
注意事项:
1.测试范围:人教版(2019): 必修第三册第9~10章。
第Ⅰ卷 选择题
一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分。在每小题给出的四个选项中,第1~8题只有一项符合题目要求,第9~12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
1.(23-24高二上·天津西青·阶段练习)如图,空间有一电场,电场中有两个点M和N,下列表述正确的是( )
A.该电场是匀强电场
B.M点的电场强度比N点的小
C.M点的电势比N点的高
D.M点与N点间的电势差大小与零电势面的选取有关
【答案】C
【详解】A.由电场线分布可知,该电场是非匀强电场,选项A错误;
B.电场线越密的位置场强越大,可知M点的电场强度比N点的大,选项B错误;
C.沿电场线电势逐渐降低,可知M点的电势比N点的高,选项C正确;
D.M点与N点间的电势差大小与零电势面的选取无关,选项D错误。
故选C。
2.(23-24高二上·天津东丽·阶段练习)下列说法正确的是( )
A.摩擦起电和感应起电的本质是产生了新的电子
B.元电荷就是质子
C.电场线是假想的,不是客观存在的
D.高压作业服是用绝缘的织物制成,能起到静电屏蔽作用,保护工人
【答案】C
【详解】A.摩擦起电和感应起电的本质是电荷的转移,而不是产生了新的电子,故A错误;
B.元电荷是指最小的电荷量,电子和质子的电荷量等于元电荷,元电荷不是质子,故B错误;
C.电场线是假想的,不是客观存在的,故C正确;
D.高压作业服是用包含金属丝的织物制成,能起到静电屏蔽作用,保护工人,故D错误。
故选C。
3.(23-24高二上·四川成都·阶段练习)如图所示,是圆的直径,在两点分别放置点电荷后,圆周上有两点的电场强度相同,且。关于点电荷及两点的电场强度,下列说法正确的是( )
A.两处的点电荷带同种电荷,电量之比为
B.两处的点电荷带异种电荷,电量之比为
C.两点的电场强度方向一定平行向右
D.圆周上两点的电场强度最大
【答案】B
【详解】AB.圆周上两点的电场强度相同,根据点电荷电场强度的特点知,两处的点电荷带异种电荷,根据数学知识知,两点到A的距离为,两点到B的距离为,两点的合场强都在水平方向,可能平行向右,也可能平行向左,且有
解得
故AC错误,B正确;
D.根据异种点电荷场线分布特点知,越靠近点电荷场强越大,故圆周上两点的电场强度不是最大,故D错误。
故选B。
4.(23-24高二上·贵州遵义·阶段练习)如图所示,将带正电的绝缘棒甲左端靠近原来不带电的验电器乙的金属球,乙的金箔片张开,则( )
A.金属球带负电
B.金属球带正电
C.金属球和金箔片均带正电
D.金属球和金箔片均不带电
【答案】A
【详解】用带正电的绝缘棒甲去靠近原来不带电的验电器乙,由于静电感应验电器(导体)两端出现等量正负感应电荷,近端的电荷的电性与甲相反,带负电,所以金属球带负电,远端的金属箔片电荷与甲的电性相同,带正电荷,即金属球带负电,金箔片带正电。
故选A。
5.(23-24高二上·浙江杭州·阶段练习)如图所示,一个质量为m,电荷量为q的带电粒子,以初速度沿两极板的中点,垂直电场方向射入一个两极板间距为d,宽度为L,电压为U的匀强电场。带点粒子从极板边缘离开电场,运动过程中所受的重力忽略不计。下列关于粒子在电场中偏转的描述中正确的是( )
A.粒子在电场中的加速度大小为
B.粒子离开电场时的速度方向与初速度方向夹角为α,则
C.粒子在电场中运动的时间为
D.带电粒子的比荷
【答案】D
【详解】A.根据牛顿第二定律
其中
解得
故A错误;
C.粒子在两极板间做类平抛运动,则水平方向有
粒子在电场中运动的时间为
故C错误;
B.带点粒子从极板边缘离开电场时,竖直方向的速度
粒子离开电场时的速度方向与初速度方向夹角的正切值
联立解得
故B错误;
D.粒子在两极板间竖直方向有
代入上述公式解得
故D正确,
故选D。
6.(23-24高二上·安徽马鞍山·阶段练习)在如图所示的电路中,当电键S闭合后,水平放置的平行板电容器中有一个带电液滴.正好处于静止状态,现将电键S断开,则( )
A.液滴仍保持静止状态
B.液滴向下运动,直至达到下极板
C.液滴向上运动,直至达到上极板
D.电容器上的带电荷量保持不变
【答案】C
【详解】将电键S断开,电容器极板间的电压增大与电源电压相等,根据
可知极板的带电量增大,根据
,
可得
可知极板间的电场强度增大,液滴受到的电场力增大,加速度向上,液滴向上运动直至达到上极板。
故选C。
7.(23-24高二上·广东中山·阶段练习)两个等量正点电荷固定于光滑水平面上,其连线中垂线上有三点,如图甲所示。一个带电荷量为,质量为的小物块(可视为质点)从点静止释放,其运动的图像如图乙所示,其中点处为整条图线切线(图中标出了该切线)斜率最大的位置,则下列说法正确的是( )
A.由到的过程中物块的电势能一直在增大
B.点为中垂线上电场强度最大的点,场强
C.由点到点电势逐渐升高
D.两点间的电势差
【答案】D
【详解】A.从图像可知,由C到A的过程中,物块的速度一直增大,电场力对物块做正功,电势能一直减小,故A错误;
B.v-t图像的斜率表示加速度,由v-t图可知带电粒子在B点的加速度最大,且为
则小物块在B所受的电场力最大为
Fmax = mamax = 2 × 10 - 3N
则B点处场强最大,且最大值为
故B错误;
C.两个等量同种正电荷其连线中垂线上电场强度方向是由O点沿中垂线指向外侧,故由C点到A点的过程中电势逐渐减小,故C错误;
D.从图像可知,A、B两点的速度分别为vA = 6 × 10 - 2m/s,vB = 4 × 10 - 2m/s,再根据动能定理得
解得
故D正确。
故选D。
8.(23-24高二上·浙江杭州·阶段练习)竖直墙面与水平地面均光滑且绝缘,小球A、B带同种电荷,现用水平向左推力F作用于小球B,两球分别静止在竖直墙和水平地面上,如图所示,如果将小球B向左推动少许,当两球重新达到平衡时,与原来的平衡状态相比较( )
A.地面对小球B的支持力不变 B.推力F将不变
C.两小球之间的距离变小 D.竖直墙面对小球A的弹力变大
【答案】A
【详解】以A球为研究对象,分析受力,如图1所示,
设B对A的库仑力F库与墙壁的夹角为θ,由平衡条件得竖直墙面对小球A的弹力为
N1=mAgtanθ
将小球B向左推动少许时,θ减小,则竖直墙面对小球A的弹力N1减小;库仑力
θ减小,cosθ增大,F库减小,根据库仑定律分析得知,两球之间的距离增大;
再以AB整体为研究对象,分析受力如图2所示,由平衡条件得:
F=N1
N2=(mA+mB)g
N1减小,则F减小,地面对小球B的支持力一定不变,故A正确,BCD错误;
故选A。
9.(23-24高二上·黑龙江哈尔滨·阶段练习)(多选)如图所示为某电场中x轴上电势φ随x变化的图像,其中0~x1段是直线,x1~x2段是曲线。一个带电粒子仅受静电力作用在x=0处由静止释放,沿x轴正方向运动,且以一定的速度通过x=x2处,则下列说法正确的是( )
A.粒子带正电
B.粒子从x=0到x=x1过程中做匀加速直线运动
C.粒子从x=0到x=x2过程中,电势能先增大再减小
D.粒子从x=0到x=x2过程中,动能先增大后减小
【答案】BD
【详解】A.粒子由x=0处由静止沿x轴正向运动,表明粒子一开始受到的电场力沿轴正方向,由图像可知,从x=0到x=x2过程,电场方向先沿轴负方向后沿轴正方向,则粒子带负电,故A错误;
B.图像的切线斜率表示电场强度,0~x1段是直线,则x=0到x=x1过程中电场强度不变,粒子受恒定的电场力,做匀加速直线运动,故B正确;
CD.粒子从x=0到x=x2过程中,电场力先做正功后做负功,电势能先减小后增大,则动能先增大后减小,故C错误,D正确。
故选BD。
10.(23-24高一下·陕西铜川·期末)(多选)如图所示,在一条直线上有两个相距0.4m的点电荷A,B,A带电荷量为+Q,B带电荷量为-9Q。现引入第三个点电荷C,恰好使三个点电荷均在电场力的作用下处于平衡状态,则下列说法正确的是( )
A.C所带电量为
B.C所带电量为
C.C在B的右边0.4m处
D.C在A的左边0.2m处
【答案】BD
【详解】CD.依题意,要使三个电荷均处于平衡状态,必须满足:“两同夹异”“两大夹小”“近小远大”的原则,所以点电荷C应在A左侧,且带负电,设C带电荷量为-q,A、C间的距离为x,由于C处于平衡状态,所以
解得
故C错误,D正确;
AB.由于A处于平衡状态,所以
解得
故A错误,B正确。
故选BD。
11.(23-24高二上·广东中山·阶段练习)(多选)如图所示,在水平向右的匀强电场中,质量为m的带电小球,以初速度2v从M点竖直向上运动,通过N点时,速度大小为v,方向与电场方向相反,则小球从M运动到N的过程( )
A.水平方向加速度大小为 B.水平方向位移为
C.动能增加 D.机械能增加
【答案】AD
【详解】A.小球的运动可以看成竖直方向的竖直上抛运动和水平方向在电场力作用下的初速度为0的匀加速直线运动,设运动时间为t,有
则
则水平方向的加速度为
故A正确;
B.水平方向位移
故B错误;
C.动能增加量为
故C错误;
D.根据功能关系知机械能增加量为
故D正确。
故选AD。
12.(23-24高二上·湖北襄阳·阶段练习)(多选)如图甲为平行板电容器,板间距为d,两板间电压做周期性变化如图乙所示,图乙中U0、T为已知值,比荷为k的正离子以初速度v0沿中线平行于两板的方向从左侧射入两板间,经过时间T从右侧射出。假设在运动过程中没有碰到极板,离子重力不计。离子从不同时刻射入电场,离开电场时垂直极板方向的位移不同,离子离开电场时垂直于极板方向的位移大小可能为( )
A. B. C. D.
【答案】AB
【详解】如果离子在、…时刻进入电场,离子先在水平方向上做匀速直线运动,运动后,两板间电压为,离子开始偏转,做类平抛运动,侧向位移为y,这些离子离开电场时的侧向位移为
如果离子在0、T、2T…时刻进入电场,则离子先在两板间做类平抛运动,侧向位移为,然后做匀速直线运动,侧向位移为,由题意可知
偏转时离子的竖直分速度为
在之后的内离子做匀速直线运动,向下运动的距离为
离子偏离中心线的距离为
因此,离子在电场中垂直极板方向的位移最小值是,最大值是,即离子离开电场时垂直于极板方向的位移大小范围为
故选AB。
第Ⅱ卷 非选择题
二、填空题(共2小题,共12分)
13.(23-24高二上·福建厦门·阶段练习)三条等势线如图所示,单位正电荷q沿任一路径从A点移动到B点,电场力所做的功是 J,正电荷q从A点移动到C点,跟从B点移动到C点,电场力所做的功 (填“相等”或“不同”)
【答案】 0 相等
【详解】[1]因AB在同一等势面上,则电势相等,单位正电荷q沿任一路径从A点移动到B点,电场力所做的功是0J;
[2]因AC电势差等于BC间电势差,则根据W=Uq可知,正电荷q从A点移动到C点,跟从B点移动到C点,电场力所做的功相等。
14.(23-24高二上·福建莆田·阶段练习)如图所示,真空中,带电荷量分别为和的点电荷A、B相距2r,则在两点电荷连线的中垂线上,距A、B两点都为2r的点的场强E方向 (选填“平行”或“垂直”)连线,点的场强大小 。
【答案】 平行
【详解】[1][2]+Q在处产生的场强
方向与AB连线平行成60°斜向上
-Q在处产生的场强为
方向与AB连线成60°斜向下
根据矢量合成法则可知,点的场强方向为平行AB连线向右;点的场强大小
三、实验题(共1小题,共10分)
15.(23-24高二上·全国·阶段练习)某学校兴趣小组利用电流传感器观察电容器的充、放电现象,设计电路如图甲所示。
(1)将开关S与端点2连接时电源短时间内对电容器完成充电,充电后电容器右极板带 电(选填“正”或“负”);然后把开关S连接端点1,K断开,电容器通过电阻放电,计算机记录下电流传感器中电流随时间的变化关系。如图乙是计算机输出的电容器充、放电过程电流随时间变化的图像;
(2)根据图像估算电容器在充电结束时储存的电荷量为 C(结果保留两位有效数字);
(3)已知直流电源的电压为6V,则电容器的电容为 F(结果保留两位有效数字);
【答案】 负
【详解】(1)[1]由图可知开关S与端点2连接时,电容器右极板与电源负极连接,充电后电容器右极板带负电;
(2)[2]图像与横轴所围的面积表示电容存储的电荷量,一小格的面积为
总共约26格,故电容器在全部放电过程中释放的电荷量为
(3)[3]已知直流电源的电压为6V,则电容器的电容为
四.计算题(本题共3小题,共30分)
16.(23-24高二上·安徽六安·阶段练习)如图所示,竖直放置的一半圆形光滑绝缘轨道固定在方向水平向右的匀强电场中,一质量为m、所带电荷量为q的带电小球放置在轨道上,平衡时小球与轨道圆心O的连线与竖直方向的夹角为,重力加速度为g,求:
(1)小球所带电性;
(2)电场强度的大小E。
【答案】(1)正电;(2)
【详解】
(1)对小球受力分析如下图所示
根据小球平衡可知电场力向右,沿电场线的方向,故小球带正电;
(2)根据共点力平衡条件可知
解得
17.(23-24高二上·云南昭通·阶段练习)如图所示,AB、CD分别是水平方向和竖直方向的两正对平行板电容器,极板之间均存在匀强电场。OO'为电容器AB的中心线,电容器AB 极板长为L,极板间距足够大,电场强度大小为E₁,方向竖直向下。电容器CD极板足够长,极板间距足够宽,电场强度E₂,方向水平向右,大小未知。M为极板C上的一个小孔。一带正电的液滴以一定的初速度从O点沿中心线OO'射入电容器AB 间的匀强电场,随后从M孔射入电容器CD,恰好能在CD间做直线运动。重力加速度为g,带电液滴的质量为m,电荷量 ,在O点的初速度 ,忽略电场的边缘效应及带电液滴对电场的影响。求:
(1) 小孔M与O点的竖直距离y;
(2) 匀强电场E₂的大小;
(3)若将电场E₂改为方向水平向左,大小不变,带电液滴从极板C上的小孔M射入后恰好再次打到C板的N点(图中未画出)。求MN间的距离yMN。
【答案】(1);(2) E₂=E₁; (3)
【详解】(1)水平方向上有
竖直方向上有
解得
(2)由
解得
由于液滴恰好在CD之间做直线运动,可知
解得
(3)根据上述分析,液滴打到N点过程水平方向有
解得
在水平方向有
解得
在竖直方向有
解得
18.(23-24高二上·江苏南京·阶段练习)固定在点的细线拉着一质量为、电荷量为的带正电小球在竖直平面内做半径为的圆周运动,该区域内存在水平向右的匀强电场(图中未画出),电场强度,圆周上A点在圆心O的正上方,小球过A点时的速度大小为,方向水平向左,不计一切阻力,重力加速度为,求:
(1)小球过A点时对细线的作用力;
(2)小球做圆周运动过程中的最小速率;
(3)若小球过A点时断开细线,之后的运动中小球经过其电势能最大位置时的速率为多大?
【答案】(1),方向竖直向上
(2)
(3)
【详解】(1)在A点,以小球为对象,根据受到第二定律可得
解得
根据牛顿第三定律,小球对细线的作用力大小为
方向竖直向上。
(2)设电场力和重力的合力与竖直方向夹角为,则有
可得
如图所示
当小球到达等效最高点C点时速度最小,从A到C由动能定理得
解得小球做圆周运动过程中的最小速率为
(3)若小球过A点时细线断开,之后小球电势能最大时水平速度减为零,则经过的运动时间为
竖直方向做自由落体,则此时小球的速率为
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