1选择题
如图所示,在光滑水平面上,一个质量为 m 的物体在水平恒力 F 作用下从静止开始运动,经过时间 t,速度达到 v。下列说法正确的是( )
- A. 力 F 在时间 t 内做的功为 Fvt
- B. 力 F 在时间 t 内的平均功率为 Fv
- C. 力 F 在时间 t 内的平均功率为 Fv/2
- D. 物体在时间 t 末的瞬时功率为 Fv
答案:C
解析:物体做匀加速直线运动,平均速度 v_avg = v/2,力 F 的平均功率 P_avg = F * v_avg = Fv/2,故 C 正确,B 错误。力 F 做的功 W = F * s = F * (v_avg * t) = Fvt/2,A 错误。t 末的瞬时功率 P = Fv,D 正确。本题易错点在于混淆平均功率与瞬时功率的计算,以及功的计算中位移的求解。
2选择题
如图所示,在点电荷 +Q 产生的电场中,有 A、B、C 三点,其中 A、B 在同一等势面上,C 点离 +Q 更近。下列说法正确的是( )
- A. A、B 两点的电场强度相同
- B. 将正电荷从 A 点移到 C 点,电场力做正功
- C. A 点的电势高于 C 点的电势
- D. 负电荷在 A 点的电势能大于在 C 点的电势能
答案:B
解析:点电荷的电场线呈辐射状,A、B 两点场强大小可能相等但方向不同,A 错误。沿电场线方向电势降低,C 点电势高于 A 点,C 错误。将正电荷从 A(低电势)移到 C(高电势),电场力做负功,B 错误?这里需要重新分析。实际上,从 A 到 C,电势升高,正电荷电势能增加,电场力做负功。负电荷在 A 点电势能 Ep_A = qφ_A,在 C 点 Ep_C = qφ_C,由于 q<0 且 φ_A < φ_C,故 Ep_A > Ep_C,D 正确。本题易错点在于对电场力做功与电势能变化关系的判断,以及对不同电荷电势能公式的理解。
3选择题
一个带正电的粒子以速度 v₀ 垂直射入磁感应强度为 B 的匀强磁场中,不计粒子重力,粒子将( )
- A. 做匀速直线运动
- B. 做匀变速曲线运动
- C. 做匀速圆周运动
- D. 做变速圆周运动
答案:C
解析:带电粒子垂直射入匀强磁场,受洛伦兹力作用,洛伦兹力方向始终与速度方向垂直,大小恒定,故粒子做匀速圆周运动。本题易错点在于混淆匀变速曲线运动(如平抛)与匀速圆周运动的条件,或错误认为洛伦兹力会改变速度大小。
4选择题
如图所示,光滑平行金属导轨水平放置,匀强磁场垂直导轨平面向下。导体棒 ab 在恒力 F 作用下沿导轨向右运动,在运动过程中,下列说法正确的是( )
- A. ab 棒做匀加速直线运动
- B. ab 棒的加速度逐渐增大
- C. ab 棒的速度逐渐增大,加速度逐渐减小
- D. ab 棒最终将做匀速直线运动
答案:CD
解析:ab 棒切割磁感线产生感应电动势和感应电流,受到向左的安培力。根据牛顿第二定律:F - F_安 = ma,其中 F_安 = BIL = B²L²v/R。随着 v 增大,F_安 增大,a 减小,故 ab 棒做加速度减小的加速运动,C 正确,A、B 错误。当 F = F_安 时,a=0,速度达到最大,之后做匀速直线运动,D 正确。本题易错点在于对电磁感应中动态过程的分析,以及对安培力随速度变化的理解。
5填空题
一物体从高处自由下落,经过最后 196m 所用的时间是 4s,取 g=9.8m/s²,则物体下落的总高度是 ________ m,下落的总时间是 ________ s。
答案:245m;7s
解析:设总时间为 t,总高度为 h。最后 4s 的位移为 196m,即 h - 1/2*g*(t-4)² = 196。又 h = 1/2*g*t²。联立解得 t=7s,h=245m。本题易错点在于对“最后 4s”位移的理解,容易列错方程。
6填空题
如图所示,水平放置的平行板电容器,两板间距为 d,电压为 U。一个质量为 m、电荷量为 q 的带电粒子从上板边缘以初速度 v₀ 水平射入,恰好从下板边缘射出。不计粒子重力,则粒子射出时的速度大小为 ________,方向与水平方向的夹角正切值为 ________。
答案:√(v₀² + 2qU/m);(qU)/(mv₀²d)
解析:粒子在电场中做类平抛运动。水平方向:x = v₀t = L (板长)。竖直方向:a = qU/(md),v_y = at,y = 1/2*at² = d。解得 t = √(2md²/(qU)),v_y = √(2qU/m)。射出速度 v = √(v₀² + v_y²) = √(v₀² + 2qU/m)。速度方向与水平方向夹角正切值 tanθ = v_y / v₀ = (√(2qU/m)) / v₀。本题易错点在于类平抛运动的分解,以及速度合成与方向角的计算。
7解答题
如图所示,光滑绝缘斜面倾角为 θ,整个装置处于垂直斜面向下的匀强磁场中。一个质量为 m、电阻为 R、边长为 L 的正方形导线框,沿斜面由静止开始下滑。求:
(1) 线框下滑的最大速度;
(2) 线框达到最大速度时,其下边切割磁感线产生的感应电动势。
答案:(1) mgRsinθ / (B²L²);(2) mgRsinθ / (BL)
解析:线框下滑时,下边切割磁感线产生感应电动势和感应电流,受到沿斜面向上的安培力。当安培力与重力沿斜面的分力平衡时,速度最大。即 mg sinθ = BIL = B*(BLv/R)*L = B²L²v/R,解得 v_max = mgRsinθ / (B²L²)。此时感应电动势 E = BLv_max = mgRsinθ / (BL)。本题易错点在于对安培力方向的判断,以及平衡条件的建立。
8解答题
如图所示,在 xOy 平面内,第一象限存在沿 y 轴负方向的匀强电场,第四象限存在垂直纸面向外的匀强磁场。一质量为 m、电荷量为 +q 的带电粒子从 y 轴上的 P 点 (0, h) 以初速度 v₀ 沿 x 轴正方向射出,经电场偏转后从 x 轴上的 Q 点 (2h, 0) 进入磁场,最后从 y 轴上的 M 点离开磁场。不计粒子重力。求:
(1) 电场强度 E 的大小;
(2) 磁感应强度 B 的大小;
(3) 粒子从 P 点运动到 M 点的总时间。
答案:(1) mv₀² / (2qh);(2) mv₀ / (qh);(3) (π+2)h / v₀
解析:(1) 粒子在电场中做类平抛运动。水平:2h = v₀t₁。竖直:h = 1/2 * a * t₁²,a = qE/m。联立解得 E = mv₀²/(2qh)。(2) 粒子进入磁场时的速度 v_x = v₀,v_y = at₁ = (qE/m)*(2h/v₀) = v₀,故 v = √2 v₀,方向与 x 轴成 45°角。在磁场中做匀速圆周运动,轨迹圆心在 O 点,半径 R = h。由 qvB = mv²/R,得 B = mv/(qR) = (√2 mv₀)/(qh)。注意:这里需要根据几何关系重新判断。粒子从 Q (2h,0) 进入磁场,速度方向与 x 轴成 45°角向下,要到达 y 轴,轨迹圆心应在 (h, h) 处,半径 R = √(h² + h²) = √2 h。由 qvB = mv²/R,得 B = mv/(qR) = (√2 mv₀)/(q * √2 h) = mv₀/(qh)。(3) 电场中运动时间 t₁ = 2h/v₀。磁场中运动周期 T = 2πm/(qB) = 2πh/v₀,粒子在磁场中运动 3/4 个圆周(从 Q 到 M),时间 t₂ = 3T/4 = 3πh/(2v₀)。总时间 t = t₁ + t₂ = 2h/v₀ + 3πh/(2v₀) = (4+3π)h/(2v₀)。本题易错点在于粒子在复合场中运动过程的分析,特别是磁场中圆周运动圆心和半径的确定,以及运动时间的计算。