1选择题
如图所示,某静电场的电场线分布如图中实线所示,一带电粒子仅在电场力作用下沿虚线从A点运动到B点,则下列说法正确的是( )
- A. 粒子带正电
- B. 粒子在A点的加速度大于在B点的加速度
- C. 粒子在A点的速度大于在B点的速度
- D. 粒子在A点的电势能大于在B点的电势能
答案:D
解析:根据电场线方向,可判断A点电势高于B点。粒子沿虚线运动,所受电场力方向大致指向轨迹凹侧,即从A指向B,与电场线方向相同,故粒子带正电。A点电场线更密,场强更大,加速度更大,故A、B错误。粒子从A到B,电场力做正功,动能增加,速度增大,故C错误。电场力做正功,电势能减小,故D正确。易错点:误认为电场力方向与速度方向相同则速度增大,但忽略了加速度大小与场强关系。
2选择题
如图所示,水平面上有一质量为M的足够长木板,木板左端有一质量为m的物块。现对物块施加一水平向右的恒力F,物块与木板间、木板与地面间的动摩擦因数分别为μ₁和μ₂。若物块与木板恰好不发生相对滑动,则F的大小为( )
- A. μ₁mg
- B. μ₂(M+m)g
- C. μ₁mg + μ₂(M+m)g
- D. (μ₁+μ₂)(M+m)g
答案:C
解析:物块与木板恰好不发生相对滑动,即两者以共同加速度a运动。对整体,由牛顿第二定律:F - μ₂(M+m)g = (M+m)a。对物块,F - μ₁mg = ma。联立解得F = μ₁mg + μ₂(M+m)g。易错点:误将整体法中的摩擦力写为μ₁(M+m)g,或对物块分析时漏掉木板对物块的摩擦力。
3选择题
如图所示,在竖直平面内,一质量为m的小球用长为L的轻绳悬挂于O点。现给小球一个水平向右的初速度v₀,使其恰好能在竖直平面内做完整的圆周运动。不计空气阻力,重力加速度为g。则小球在最低点时绳子的拉力大小为( )
答案:D
解析:小球恰好做完整圆周运动,在最高点速度最小为v_top,满足mg = m(v_top²/L),得v_top² = gL。由机械能守恒:(1/2)mv₀² = (1/2)mv_top² + mg(2L),解得v₀² = 5gL。在最低点,由牛顿第二定律:T - mg = m(v₀²/L),代入得T = 6mg。易错点:误认为最高点速度为零,或机械能守恒时高度差计算错误。
4选择题
一物体沿x轴做直线运动,其v-t图像如图所示。下列说法正确的是( )
- A. 物体在0~2s内做匀加速直线运动,加速度大小为2m/s²
- B. 物体在2~4s内静止不动
- C. 物体在0~6s内的位移为12m
- D. 物体在0~6s内的平均速度为2m/s
答案:C
解析:v-t图像斜率表示加速度。0~2s内,速度从0增加到4m/s,加速度a=2m/s²,A正确。2~4s内,速度保持4m/s不变,做匀速直线运动,B错误。0~6s内的位移等于图像与时间轴围成的面积:梯形面积 = (2+6)×4/2 = 16m,故C错误。平均速度 = 总位移/总时间 = 16/6 ≈ 2.67m/s,D错误。易错点:将v-t图像误认为是x-t图像,或计算面积时出错。
5填空题
如图所示,平行板电容器两极板与电压为U的电源相连,极板间距为d。一质量为m、电荷量为q的带电粒子从上极板边缘由静止释放,经时间t到达下极板。不计重力,则粒子到达下极板时的动能为______,粒子的加速度大小为______。
答案:qU;2d/t²
解析:粒子在匀强电场中做匀加速直线运动,电场力做功等于动能增量,故动能E_k = qU。由运动学公式d = (1/2)at²,解得加速度a = 2d/t²。易错点:误认为粒子在电场中做类平抛运动,或忽略电场力做功与动能变化的关系。
6填空题
如图所示,在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一长度为L、电阻为R的导体棒MN,以速度v向右匀速运动,运动过程中导体棒始终与导轨垂直且接触良好。则导体棒中产生的感应电动势E=______,感应电流I=______,导体棒所受安培力F=______。
答案:BLv;BLv/R;B²L²v/R
解析:导体棒切割磁感线产生感应电动势E=BLv。由欧姆定律,感应电流I=E/R=BLv/R。导体棒所受安培力F=BIL=B²L²v/R。易错点:将感应电动势公式误写为E=BLv/2,或计算安培力时忘记电流表达式。
7解答题
如图所示,质量为m、电荷量为+q的带电小球,用绝缘细线悬挂于O点,整个装置处于水平向右的匀强电场中。平衡时,细线与竖直方向的夹角为θ。求:
(1)匀强电场的电场强度大小E;
(2)剪断细线后,小球的加速度大小和方向。
答案:(1)小球受重力mg、电场力qE和细线拉力T作用而平衡。由平衡条件得:Tsinθ = qE,Tcosθ = mg。解得E = mgtanθ/q。
(2)剪断细线瞬间,小球受重力mg和电场力qE,合力F = √[(mg)²+(qE)²] = mg/cosθ。由牛顿第二定律,加速度a = F/m = g/cosθ,方向与竖直方向成θ角斜向右下方(即原细线拉力的反方向)。
解析:(1)关键在于正确进行受力分析并列出平衡方程。易错点:将电场力方向判断错误,或平衡方程列错。(2)剪断细线后,小球受恒定合力作用,做匀加速直线运动。易错点:误认为小球做圆周运动,或合力方向判断错误。
8解答题
如图所示,两根足够长的平行金属导轨固定在倾角为θ的绝缘斜面上,导轨间距为L,上端接有阻值为R的电阻。整个装置处于垂直斜面向上的匀强磁场中,磁感应强度为B。一质量为m、电阻为r的导体棒MN垂直于导轨放置,由静止释放。不计导轨电阻及一切摩擦,重力加速度为g。求:
(1)导体棒MN的最大速度v_m;
(2)导体棒MN达到最大速度时,电阻R上消耗的电功率P。
答案:(1)导体棒下滑过程中,受重力、支持力和安培力。当速度达到最大时,加速度为零,有mgsinθ = BIL。此时感应电动势E = BLv_m,感应电流I = E/(R+r) = BLv_m/(R+r)。联立解得v_m = mgsinθ(R+r)/(B²L²)。
(2)此时感应电流I = mgsinθ/(BL)。电阻R上消耗的电功率P = I²R = [mgsinθ/(BL)]²R = m²g²Rsin²θ/(B²L²)。
解析:(1)关键在于分析导体棒达到最大速度时的受力平衡条件。易错点:将安培力方向判断错误,或忘记总电阻为R+r。(2)计算电功率时,需注意是电阻R上的功率,而非整个回路的总功率。易错点:误用总功率或电流表达式错误。