(2012?鹽城三模)質(zhì)量為m的帶正電小球由空中某點(diǎn)自由下落,下落高度h后在空間加上豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng),再經(jīng)過(guò)相同時(shí)間小球又回到原出發(fā)點(diǎn),不計(jì)空氣阻力,且整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中小球從未落地.重力加速度為g.則(  )
分析:小球先做自由落體運(yùn)動(dòng),加上勻強(qiáng)電場(chǎng)后小球先向下做勻減速運(yùn)動(dòng),后向上做勻加速運(yùn)動(dòng).由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出t秒末速度大小,加上電場(chǎng)后小球運(yùn)動(dòng),看成一種勻減速運(yùn)動(dòng),自由落體運(yùn)動(dòng)的位移與這個(gè)勻減速運(yùn)動(dòng)的位移大小相等、方向相反,根據(jù)牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式結(jié)合求電場(chǎng)力F,由W=Fh求得電場(chǎng)力做功,即可得到電勢(shì)能的變化.由動(dòng)能定理得求出A點(diǎn)到最低點(diǎn)的高度,得到重力勢(shì)能的減小量.
解答:解:A、小球先做自由落體運(yùn)動(dòng),后做勻減速運(yùn)動(dòng),兩個(gè)過(guò)程的位移大小相等、方向相反.設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E,加電場(chǎng)后小球的加速度大小為a,運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t,取豎直向下方向?yàn)檎较颍瑒t
1
2
gt2=-(vt-
1
2
at2
又v=gt
解得 a=3g,
由牛頓第二定律得
a=
qE-mg
m
,聯(lián)立解得,qE=4mg
則整個(gè)過(guò)程,電場(chǎng)力做功為W=qEh=4mgh.故A錯(cuò)誤.
B、加電場(chǎng)時(shí)小球的速度大小為v=gt,從加電場(chǎng)開(kāi)始到小球下落最低點(diǎn)的過(guò)程中,小球動(dòng)能減少為△Ek=
1
2
mv2=
1
2
m(gt)2=mg?
1
2
gt2
對(duì)于自由下落過(guò)程,h=
1
2
gt2,得△Ek=mgh.故B正確.
C、設(shè)加電場(chǎng)位置到下落最低點(diǎn)過(guò)程小球下落的高度為h′,則由v2=2ah′得
h′=
v2
2a
=
(gt)2
2×3g
=
1
3
h,
從開(kāi)始下落到小球運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn)的過(guò)程中,小球重力勢(shì)能減少為△EP=mg(h+h′)=
4
3
mgh.故C正確.
D、小球返回原出發(fā)點(diǎn)時(shí)的速度大小為v′=v-at=-2gt=-2v,又v=
2gh
,則v′=-2
2gh
,大小為2
2gh
,故D正確.
故選BCD
點(diǎn)評(píng):本題要分析小球的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,分兩段進(jìn)行研究,采用整體法研究勻減速運(yùn)動(dòng)過(guò)程,抓住兩個(gè)過(guò)程之間的聯(lián)系:位移大小相等、方向相反,運(yùn)用牛頓第二定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律和動(dòng)能定理結(jié)合進(jìn)行研究.
練習(xí)冊(cè)系列答案
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(2012?鹽城三模)如圖所示,置于豎直平面內(nèi)的AB光滑桿,它是以初速為v0,水平射程為s的平拋運(yùn)動(dòng)軌跡制成的,A端為拋出點(diǎn),B端為落地點(diǎn).現(xiàn)將一小球套于其上,由靜止開(kāi)始從軌道A端滑下,重力加速度為g.則當(dāng)其到達(dá)軌道B端時(shí)( 。

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(2012?鹽城三模)如圖所示,空間存在一個(gè)半徑為R0的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)的方向垂直于紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B.有一個(gè)粒子源在紙面內(nèi)沿各個(gè)方向以一定速率發(fā)射大量粒子,粒子的質(zhì)量為m、電荷量為+q.將粒子源置于圓心,則所有粒子剛好都不離開(kāi)磁場(chǎng),不考慮粒子之間的相互作用.
(1)求帶電粒子的速率.
(2)若粒子源可置于磁場(chǎng)中任意位置,且磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變?yōu)?span id="a2emk4u" class="MathJye" mathtag="math" style="whiteSpace:nowrap;wordSpacing:normal;wordWrap:normal">
B
4
,求粒子在磁場(chǎng)中最長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t.
(3)若原磁場(chǎng)不變,再疊加另一個(gè)半徑為R1(R1>R0)圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為
B
2
,方向垂直于紙面向外,兩磁場(chǎng)區(qū)域成同心圓,此時(shí)該離子源從圓心出發(fā)的粒子都能回到圓心,求R1的最小值和粒子運(yùn)動(dòng)的周期T.

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