高考物理一輪復習 第8章 電場 微專題44 復合場與力電綜合問題試題 粵教版-粵教版高三物理試題

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1、44 復合場與力電綜合問題 [方法點撥]　(1)勻強電場可與重力場合成用一合場代替．即，電場力與重力合成一合力．用該合力代替兩個力．(2)力電綜合問題注意受力分析、運動過程分析，應用動力學知識或功能關系解題． 1．(復合場問題)如圖1所示，勻強電場方向水平向右，場強為E，絲線長為L.上端系于O點，下端系質量為m、帶電量為＋q的小球，已知Eq＝mg.現(xiàn)將小球從最低點A由靜止釋放，則下列說法錯誤的是(　　) 圖1 A．小球可到達水平位置 B．當懸線與水平方向成45°角時小球的速度最大 C．小球在運動過程中機械能守恒 D．小球速度最大時懸線上的張力為(3－2)mg 2．(帶電

2、體在電場中的運動)如圖2所示，水平放置的平行板電容器兩極板間距為d，帶負電的微粒質量為m、帶電荷量為q，它從上極板的邊緣以初速度v0射入，沿直線從下極板N的邊緣射出，則(　　) 圖2 A．微粒的加速度不為零 B．微粒的電勢能減少了mgd C．兩極板間的電勢差為 D．M板的電勢低于N板的電勢 3．(電場中的功能關系)(多選)如圖3所示為一勻強電場，某帶電粒子從A點運動到B點，在這一運動過程中克服重力做的功為2.0 J，電場力做的功為1.5 J．則下列說法正確的是(　　) 圖3 A．粒子帶負電 B．粒子在A點的電勢能比在B點小1.5 J C．粒子在A點的動能比在B點大

3、0.5 J D．粒子在A點的機械能比在B點小1.5 J 4．(力電綜合問題)(多選)如圖4所示，輕彈簧上端固定，下端拴著一帶正電小球Q，Q在O處時彈簧處于原長狀態(tài)，Q可在O1處靜止．若將另一帶正電小球q固定在O1正下方某處時，Q可在O2處靜止．現(xiàn)將Q從O處由靜止釋放，則Q從O運動到O1處的過程中(　　) 圖4 A．Q運動到O1處時速率最大 B．加速度先減小后增大 C．機械能不斷減小 D．Q、q、彈簧與地球組成的系統(tǒng)的勢能不斷減小 5．在電場強度大小為E的勻強電場中，將一質量為m、電荷量為＋q的帶電小球由靜止開始釋放，帶電小球沿與豎直方向成θ角的方向做直線運動．關于帶電小球

4、的電勢能ε和機械能W的判斷，正確的是(　　) A．若sin θ<，則ε一定減少，W一定增加 B．若sin θ＝，則ε、W一定不變 C．若sin θ＝，則ε一定增加，W一定減小 D．若tan θ＝，則ε可能增加，W一定增加 6．(多選)如圖5所示，在一個足夠長的固定粗糙絕緣斜面上，彼此靠近地放置兩個帶同種電荷的相同小物塊A、B，由靜止釋放后，兩個物塊向相反方向運動，并最終靜止在斜面上．在物塊的運動過程中，下列表述正確的是(　　) 圖5 A．兩個物塊構成的系統(tǒng)電勢能逐漸減少 B．兩個物塊構成的系統(tǒng)機械能一直減少 C．最終靜止時A物塊受到的摩擦力方向一定沿斜面向上 D．A、B

5、在運動過程中必會同時達到最大速度 7．如圖6所示，直角三角形ABC由三段細直桿連接而成，AB桿豎直，AC桿粗糙且絕緣，其傾角為30°，長為2L，D為AC上一點，且BD垂直AC，在BC桿中點O處放置一正點電荷Q.一套在細桿上的帶負電小球，以初速度v0由C點沿CA上滑，滑到D點速率恰好為零，之后沿AC桿滑回C點．小球質量為m、電荷量為q，重力加速度為g.則(　　) 圖6 A．小球上滑過程中先勻加速后勻減速 B．小球下滑過程中電場力先做負功后做正功 C．小球再次滑回C點時的速率為vC＝ D．小球下滑過程中動能、電勢能、重力勢能三者之和增大 8.如圖7所示，BCDG是光滑絕緣的圓形軌

6、道，位于豎直平面內，軌道半徑為R，下端與水平絕緣軌道在B點平滑連接，整個軌道處在水平向左的勻強電場中，現(xiàn)有一質量為m、帶正電的小滑塊(可視為質點)置于水平軌道上，滑塊受到的電場力大小為mg，滑塊與水平軌道間的動摩擦因數(shù)為0.5，重力加速度為g. 圖7 (1)若滑塊從水平軌道上距離B點s＝3R的A點由靜止釋放，滑塊到達與圓心O等高的C點時速度為多大？ (2)在(1)的情況下，求滑塊到達C點時受到軌道的作用力的大?。? (3)改變s的大小，使滑塊恰好始終沿軌道滑行，且從G點飛出軌道，求滑塊在圓軌道上滑行過程中的最小速度的大?。? 9．如圖8所示，帶有等量異種電荷的平行金屬板M、N豎直放置

7、，M、N兩板間的距離d＝0.5 m．現(xiàn)將一質量m＝1×10－2 kg、電荷量q＝＋4×10－5 C的帶電小球從兩極板上方的A點以v0＝4 m/s的初速度水平拋出，A點距離兩板上端的高度h＝0.2 m；之后小球恰好從靠近M板上端處進入兩板間，沿直線運動碰到N板上的C點，該直線與曲線的末端相切．設勻強電場只存在于M、N之間，不計空氣阻力，取g＝10 m/s2.求： 圖8 (1)小球到達M極板上邊緣B位置時速度的大??； (2)M、N兩板間的電場強度的大小和方向； (3)小球到達C點時的動能． 答案精析 1．C　[分析小球受力可知，重力與電場力的合力的方向與豎直方向成45°角，根據(jù)等效

8、思想，可以認為小球在此復合場中的等效重力方向與豎直方向成45°角，如圖所示．故可知，小球在此復合場中做單擺運動，由對稱性可知，小球運動的等效最高點在水平位置，A項正確；小球運動的等效最低點在與水平方向成45°角的位置，此時小球速度最大，B項正確；因小球運動過程中電場力做功，所以小球機械能不守恒，C項錯誤；由動能定理得mgL(1－cos 45°)＝mv2，根據(jù)圓周運動公式及牛頓第二定律可得FT－mg＝m，聯(lián)立解得FT＝(3－2)mg，D項正確．] 2．C　[帶負電的微粒在兩極板間受豎直向下的重力，豎直方向的電場力，而微粒沿直線運動，由直線運動條件可知，重力與電場力合力必為零，即電場力方向豎直向

9、上，大小等于重力，即mg＝q，所以兩極板之間電勢差U＝，A項錯，C項正確；而微粒帶負電，所以電場方向豎直向下，而電場方向是由高電勢指向低電勢的，所以M板電勢高于N板電勢，D項錯；微粒由上極板邊緣運動到下極板邊緣，電場力方向與位移方向夾角為鈍角，所以電場力對微粒做負功，微粒電勢能增加，B項錯．] 3．CD　[從粒子運動的軌跡判斷粒子帶正電，A項錯誤；因為電場力做正功，電勢能減小，所以B項錯誤；根據(jù)動能定理得W電＋WG＝ΔEk＝－0.5 J，粒子在B點的動能比在A點的動能小0.5 J，C項正確；電場力做正功，機械能增加，所以粒子在A點的機械能比在B點的機械能要小1.5 J，D項正確．] 4．B

10、C　[ q在O1正下方某處時，Q在O2處受力平衡，速率最大，A錯誤；Q在O2處加速度為零，Q第一次從O運動到O1的過程中加速度先減小到零后反向增大，B正確；Q的機械能E等于Q的動能與重力勢能之和，由功能關系有ΔE＝W彈＋W電，而彈簧彈力一直做負功，即W彈<0，庫侖力也一直做負功，即W電<0，則ΔE<0，即Q的機械能不斷減小，C正確；系統(tǒng)的勢能Ep等于重力勢能、電勢能與彈性勢能之和，根據(jù)能量守恒有ΔEp＋ΔEk＝0，由于Q的動能Ek先增大后減小，所以系統(tǒng)的勢能先減小后增大，D錯誤．] 5．B　[帶電小球由靜止開始釋放，只受重力和電場力，其電勢能和機械能之和保持不變．畫出帶電小球運動過程中可能的

11、受力圖，由圖可知，若sin θ＝，則所受電場力與位移垂直，電場力不做功，電勢能ε一定不變，而只有重力做功，機械能W一定不變，選項B正確，C錯誤．若sin θ<，則電場力與位移夾角可能小于90°，電場力做正功，電勢能ε減少，根據(jù)電勢能和機械能之和保持不變可知，機械能W增加；也可能大于90°，電場力做負功，電勢能ε增加，根據(jù)電勢能和機械能之和保持不變可知，機械能W減小，選項A錯誤．若tan θ＝，則電場力與位移夾角小于90°，電場力做正功，電勢能ε減小，根據(jù)電勢能和機械能之和保持不變可知，機械能W增加，選項D錯誤．] 6．AC　[由靜止釋放后，兩個物塊向相反方向運動，兩物塊之間的庫侖力做正功，電

12、勢能減少，A項正確；開始階段，電場力大于摩擦力，所以電場力和摩擦力的合力先做正功，后階段，電場力小于摩擦力，他們的合力做負功，因此，系統(tǒng)機械能是先增大后減小，B項錯誤；最終靜止時，對A受力分析，因為合力為0，所以A受到的摩擦力方向必定沿斜面向上，C項正確；合力為0時，兩個物塊達到最大速度，它們不是在同一時刻，D項錯誤．] 7．C　[小球上滑過程受到的庫侖力、摩擦力、支持力不斷變化，加速度隨合力的變化而變化，A項錯；O點放置正電荷，而小球帶負電，小球下滑過程中，庫侖力方向與速度方向夾角先是銳角并不斷增大到鈍角，電場力先做正功，再做負功，B項錯；由動能定理得，小球上滑過程中，－WG－Wf＝－mv

13、，小球下滑過程中，WG－Wf＝mv，其中WG＝mgL，解得vC＝，C項正確；由于小球下滑過程中克服摩擦力做功，故小球的動能、電勢能、重力勢能之和不斷減小，D項錯．] 8．(1)　(2)mg　(3) 解析　(1)設滑塊到達C點時的速度為v，由動能定理得qE(s＋R)－μmgs－mgR＝mv2－0 而qE＝，μ＝0.5，s＝3R 解得v＝ (2)設滑塊到達C點時受到軌道的作用力大小為F，則F－qE＝m 解得F＝mg (3)要使滑塊恰好始終沿軌道滑行，則滑至圓軌道DG間某點時，由電場力和重力的合力提供向心力，此時的速度最小(設為vmin)，則有＝m 解得vmin＝. 9．(1

14、)2 m/s (2)5×103 N/C　水平向右　(3)0.225 J 解析　(1)小球平拋運動過程水平方向做勻速直線運動，vx＝v0＝4 m/s 豎直方向做勻加速直線運動，h＝gt，vy＝gt1＝2 m/s 解得：vB＝＝2 m/s 方向tan θ＝＝(θ為速度方向與水平方向的夾角) (2)小球進入電場后，沿直線運動到C點，所以重力與電場力的合力即沿該直線方向， 則tan θ＝＝ 解得：E＝＝5×103 N/C，方向水平向右． (3)進入電場后，小球受到的合外力 F合＝＝mg B、C兩點間的距離s＝，cos θ＝＝ 從B到C由動能定理得：F合s＝EkC－mv 解得：EkC＝0.225 J.