高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷培优测试卷

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高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷培优测试卷一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,在光滑绝缘水平面上B 点的正上方O 处固定一个质点,在水平面上的A 点放另一个质点,两个质点的质量均为m ,带电量均为+Q 。

C 为AB 直线上的另一点(O 、A 、B 、C 位于同一竖直平面上),AO 间的距离为L ,AB 和BC 间的距离均为2L,在空间加一个水平方向的匀强电场后A 处的质点处于静止。

试问: (1)该匀强电场的场强多大?其方向如何?(2)给A 处的质点一个指向C 点的初速度,该质点到达B 点时所受的电场力多大? (3)若初速度大小为v 0,质点到达C 点时的加速度和速度分别多大?【答案】(1)22kQ L ,方向由A 指向C ;273kQ ;(3)22kQ mL 220kQ v mL+【解析】 【分析】(1)在空间加一个水平方向的匀强电场后A 处的质点处于静止,对A 进行受力分析,根据平衡条件求解。

(2)质点到达B 点时受竖直向下的O 点的库仑力和水平向右的电场力,根据力的合成求解 (3)根据牛顿第二定律求出加速度,根据动能定理求出C 点时速度。

【详解】(1)在空间加一个水平方向的匀强电场后A 处的质点处于静止,对A 进行受力分析,AO 间的库仑力为22Q F K L=;根据平衡条件得:sin F EQ θ= 2sin 2F KQE Q Lθ== 方向由A 指向C(2)该质点到达B 点时受竖直向下的O 点的库仑力和水平向右的电场力,库仑力为22'(sin60)Q F K L =;水平向右的电场力F EQ "=B点时所受的电场力2222]sin60)6F L== (3)质点到达C 点时进行受力分析,根据牛顿第二定律得2222sin Q K EQ F KQ L a m m mL θ+===合. 从A 点到C 点根据动能定理得221122o EQL mv mv =-; v =【点睛】本题的关键要耐心细致地分析物体的运动过程,对物体进行受力分析,运用动能定理、牛顿第二定律进行处理。

高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷(培优篇)(Word版 含解析)

高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷(培优篇)(Word版 含解析)
(1)小球在A点进入电场时的速度;
(2)小球在C点离开电场前后瞬间对轨道的压力分别为多少;
(3)小球从B点离开圆弧轨道后上升到最高点离B点的距离.
【答案】(1) ;
(2) 、 ;
(3) .
【解析】
【详解】
(1)对从释放到A点过程,根据动能定理,有:
解得:
(2)对从释放到最低点过程,根据动能定理,有:



(2)小球P经过D点时受力如图:
由库仑定律得:

由牛顿第二定律得:

解得:
a=g+ ⑥
(3)小球P由D运动到E的过程,由动能定理得:

由等量异种电荷形成的电场特点可知:

联立①⑦⑧解得:

3.如图,真空中xOy平面直角坐标系上的ABC三点构成等边三角形,边长L=2.0m。若将电荷量均为q=+2.0×10-6C的两点电荷分别固定在A、B点,已知静电力常量k=9.0×109N·m2/C2。求:
(1)带电小球在从D点飞出后,首次在水平轨道上的落点与B点的距离;
(2)小球的初速度v0。
【答案】(1) ;(2)
【解析】
【详解】
(1)对小球,在D点,有:
得:
从D点飞出后,做平抛运动,有:
得:
得:
(2)对小球,从A点到D点,有:
解得:
2.如图所示,固定于同一条竖直线上的A、B是两个带等量异种电荷的点电荷,电荷量均为Q,其中A带正电荷,B带负电荷,A、B相距为2d。MN是竖直放置的光滑绝缘细杆,另有一个穿过细杆的带电小球P,质量为m、电荷量为+q(可视为点电荷),现将小球P从与点电荷A等高的C处由静止开始释放,小球P向下运动到距C点距离为d的D点时,速度为v。已知MN与AB之间的距离为d,静电力常量为k,重力加速度为g,若取无限远处的电势为零,试求:

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高中物理必修3物理 全册全单元精选测试卷培优测试卷一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,真空中有两个点电荷A 、B ,它们固定在一条直线上相距L =0.3m 的两点,它们的电荷量分别为Q A =16×10-12C ,Q B =4.0×10-12C ,现引入第三个同种点电荷C ,(1)若要使C 处于平衡状态,试求C 电荷的电量和放置的位置?(2)若点电荷A 、B 不固定,而使三个点电荷在库仑力作用下都能处于平衡状态,试求C 电荷的电量和放置的位置? 【答案】(1)见解析(2)1216109C -⨯ ,为负电荷 【解析】 【分析】 【详解】(1)由分析可知,由于A 和B 为同种电荷,要使C 处于平衡状态,C 必须放在A 、B 之间某位置,可为正电荷,也可为负电荷.设电荷C 放在距A 右侧x 处,电荷量为Q 3 ∵ AC BC F F = ∴ 132322()Q Q Q Q kk x L x =- ∴1222()Q Q x L x =- ∴ 4(L -x)2=x 2 ∴ x =0.2m即点电荷C 放在距A 右侧0.2m 处,可为正电荷,也可为负电荷.(2)首先分析点电荷C 可能放置的位置,三个点电荷都处于平衡,彼此之间作用力必须在一条直线上,C 只能在AB 决定的直线上,不能在直线之外.而可能的区域有3个, ① AB 连线上,A 与B 带同种电荷互相排斥,C 电荷必须与A 、B 均产生吸引力,C 为负电荷时可满足;② 在AB 连线的延长线A 的左侧,C 带正电时对A 产生排斥力与B 对A 作用力方向相反可能A 处于平衡;C 对B 的作用力为推斥力与A 对B 作用力方向相同,不可能使B 平衡;C 带负电时对A 产生吸引力与B 对A 作用力方向相同,不可能使A 处于平衡;C 对B 的作用力为吸引力与A 对B 作用力方向相反,可能使B 平衡,但离A 近,A 带电荷又多,不能同时使A 、B 处于平衡.③ 放B 的右侧,C 对B 的作用力为推斥力与A 对B 作用力方向相同,不可能使B 平衡; 由分析可知,由于A 和B 为同种电荷,要使三个电荷都处于平衡状态,C 必须放在A 、B 之间某位置,且为负电荷.设电荷C 放在距A 右侧x 处,电荷量为Q 3对C :132322(0.3)Q Q Q Q kk x x =- ∴ x =0.2m 对B :321222()Q Q Q Q k k L L x =- ∴ 12316109Q C -=⨯,为负电荷. 【点睛】此题是库仑定律与力学问题的结合题;要知道如果只是让电荷C 处于平衡,只需在这点的场强为零即可,电性不限;三个电荷的平衡问题,遵循:“两同加一异”、“两大加一小”的原则.2.如图,ABD 为竖直平面内的绝缘轨道,其中AB 段是长为 1.25L m =的粗糙水平面,其动摩擦因数为0.1μ=,BD 段为半径R =0.2 m 的半圆,两段轨道相切于B 点,整个轨道处在竖直向下的匀强电场中,电场强度大小3510/E V m =⨯。

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高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷培优测试卷一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.有三根长度皆为l =0.3 m 的不可伸长的绝缘轻线,其中两根的一端固定在天花板的O 点,另一端分别栓有质量皆为m =1.0×10﹣2kg 的带电小球A 和B ,它们的电荷量分别为﹣q 和+q ,q =1.0×10﹣6C .A 、B 之间用第三根线连接起来,空间中存在大小为E =2.0×105N/C 的匀强电场,电场强度的方向水平向右.平衡时A 、B 球的位置如图所示.已知静电力常量k =9×109N•m 2/C 2重力加速度g =10m/s 2.求:(1)A 、B 间的库仑力的大小 (2)连接A 、B 的轻线的拉力大小. 【答案】(1)F=0.1N (2)10.042T N = 【解析】试题分析:(1)以B 球为研究对象,B 球受到重力mg ,电场力Eq ,静电力F ,AB 间绳子的拉力1T 和OB 绳子的拉力2T ,共5个力的作用,处于平衡状态,A 、B 间的静电力22q F k l=,代入数据可得F=0.1N(2)在竖直方向上有:2sin 60T mg ︒=,在水平方向上有:12cos 60qE F T T =++︒ 代入数据可得10.042T N = 考点:考查了共点力平衡条件的应用【名师点睛】注意成立的条件,掌握力的平行四边形定则的应用,理解三角知识运用,注意平衡条件的方程的建立.2.一带正电的 A 点电荷在电场中某点的电场强度为 4.0×104N/C ,电荷量为+5.0×10-8 C 的 B 点电荷放在该点,求:(1)点电荷在该点受到的电场力?(2)若在该点放上一个电荷量为-2.0×10-8 C 的 C 点电荷,则该点的电场强度? 【答案】(1)3210N -⨯,方向由A 指向B (2)4410/N C ⨯,方向由A 指向B 【解析】 【分析】 【详解】 (1)方向:由A 指向B(2)若在该点放上一个电荷量为-2.0×10-8 C 的 C 点电荷,则该点的场强不变,仍为方向:由A 指向B3.如图所示,质量为m 的小球A 穿在绝缘细杆上,杆的倾角为α,小球A 带正电,电量为q 。

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高中物理必修3物理 全册全单元精选测试卷培优测试卷一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,两块竖直放置的平行金属板A 、B ,两板相距d ,两板间电压为U ,一质量为m 的带电小球从两板间的M 点开始以竖直向上的初速度v 0运动,当它到达电场中的N 点时速度变为水平方向,大小变为2v 0 求(1)M 、N 两点间的电势差(2)电场力对带电小球所做的功(不计带电小球对金属板上电荷均匀分布的影响,设重力加速度为g )【答案】20MN Uv U dg=;【解析】 【详解】竖直方向上小球受到重力作用而作匀减速直线运动,则竖直位移大小为h =202v g小球在水平方向上受到电场力作用而作匀加速直线运动,则 水平位移x =022v t ⋅ h =2v t ⋅ 联立得,x =2h =20v g故M 、N 间的电势差为U MN =-Ex =-20v U d g =-20Uv gd从M 运动到N 的过程,由动能定理得 W 电+W G =12m 20(2)v -2012mv 所以联立解得W 电=202mv答:M 、N 间电势差为-20Uv gd,电场力做功202mv .2.如图所示,在光滑绝缘水平面上,质量为m 的均匀绝缘棒AB 长为L 、带有正电,电量为Q 且均匀分布.在水平面上O 点右侧有匀强电场,场强大小为E ,其方向为水平向左,BO 距离为x 0,若棒在水平向右的大小为QE/4的恒力作用下由静止开始运动.求:(1)棒的B 端进入电场L /8时的加速度大小和方向; (2)棒在运动过程中的最大动能.(3)棒的最大电势能.(设O 点处电势为零) 【答案】(1)/8qE m ,向右(2)0()48qE Lx + (3)0(2)6qE x L + 【解析】 【分析】 【详解】(1)根据牛顿第二定律,得48QE L QE ma L -⋅=解得 8QE a m=,方向向右. (2)设当棒进入电场x 时,其动能达到最大,则此时棒受力平衡,有 4QE QE x L⋅= 解得14x L = 由动能定理得:()00044()()42442448K o QE QELQEQE L QE L E W x x x x x ====+⨯∑+-+-+⨯(3)棒减速到零时,棒可能全部进入电场,也可能不能全部进入电场,设恰能全部进入电场, 则有:()0042QE QEx L L +-=, 得 x 0=L ;()42QE QELL L ε+==当x 0<L ,棒不能全部进入电场,设进入电场x根据动能定理得()00 0042xQEQE L x x x ++--= 解之得:208L L Lx x ++=则2008 (4F L L Lx QE W x ε+++==当x 0>L ,棒能全部进入电场,设进入电场x ()()0042QE QEx x L QE x L +---= 得:023x Lx += 则()()000242 4436QE x L x L QE QE x x ε+++⋅===3.一带正电的 A 点电荷在电场中某点的电场强度为 4.0×104N/C ,电荷量为+5.0×10-8 C 的 B 点电荷放在该点,求: (1)点电荷在该点受到的电场力?(2)若在该点放上一个电荷量为-2.0×10-8 C 的 C 点电荷,则该点的电场强度? 【答案】(1)3210N -⨯,方向由A 指向B (2)4410/N C ⨯,方向由A 指向B 【解析】 【分析】 【详解】 (1)方向:由A 指向B(2)若在该点放上一个电荷量为-2.0×10-8 C 的 C 点电荷,则该点的场强不变,仍为方向:由A 指向B4.A 、B 是两个电荷量都是Q 的点电荷,相距l ,AB 连线中点为O 。

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高中物理必修3物理全册全单元精选试卷培优测试卷一、必修第3册静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,在光滑绝缘水平面上,质量为m的均匀绝缘棒AB长为L、带有正电,电量为Q且均匀分布.在水平面上O点右侧有匀强电场,场强大小为E,其方向为水平向左,BO距离为x0,若棒在水平向右的大小为QE/4的恒力作用下由静止开始运动.求:(1)棒的B端进入电场L/8时的加速度大小和方向;(2)棒在运动过程中的最大动能.(3)棒的最大电势能.(设O点处电势为零)【答案】(1)/8qE m ,向右(2)()48qE Lx+(3)0(2)6qE x L+【解析】【分析】【详解】(1)根据牛顿第二定律,得48QE L QEmaL-⋅=解得8QEam=,方向向右.(2)设当棒进入电场x时,其动能达到最大,则此时棒受力平衡,有4QE QExL⋅=解得14x L=由动能定理得:()0044()()42442448 K oQE QELQE QE L QE LE W x x x x x====+⨯∑+-+-+⨯(3)棒减速到零时,棒可能全部进入电场,也可能不能全部进入电场,设恰能全部进入电场,则有:()42QE QEx L L+-=,得 x0=L;()42QE QELL Lε+==当x0<L,棒不能全部进入电场,设进入电场x根据动能定理得()0042xQEQE Lx x x++--=解之得:208L L Lx x ++=则2008 ()4F L L Lx QE W x ε+++==当x 0>L ,棒能全部进入电场,设进入电场x ()()0042QE QEx x L QE x L +---= 得:023x Lx += 则()()000242 4436QE x L x L QE QE x x ε+++⋅===2.如图所示,单层光滑绝缘圆形轨道竖直放置,半径r=lm ,其圆心处有一电荷量Q =+l×l0-4C 的点电荷,轨道左侧是一个钢制“隧道”,一直延伸至圆形轨道最低点B ;在“隧道”底部辅设绝缘层。

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高中物理必修3物理全册全单元精选测试卷培优测试卷一、必修第3册静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,在光滑绝缘水平面上,质量为m的均匀绝缘棒AB长为L、带有正电,电量为Q且均匀分布.在水平面上O点右侧有匀强电场,场强大小为E,其方向为水平向左,BO距离为x0,若棒在水平向右的大小为QE/4的恒力作用下由静止开始运动.求:(1)棒的B端进入电场L/8时的加速度大小和方向;(2)棒在运动过程中的最大动能.(3)棒的最大电势能.(设O点处电势为零)【答案】(1)/8qE m ,向右(2)()48qE Lx+(3)0(2)6qE x L+【解析】【分析】【详解】(1)根据牛顿第二定律,得48QE L QEmaL-⋅=解得8QEam=,方向向右.(2)设当棒进入电场x时,其动能达到最大,则此时棒受力平衡,有4QE QExL⋅=解得14x L=由动能定理得:()0044()()42442448 K oQE QELQE QE L QE LE W x x x x x====+⨯∑+-+-+⨯(3)棒减速到零时,棒可能全部进入电场,也可能不能全部进入电场,设恰能全部进入电场,则有:()42QE QEx L L+-=,得 x0=L;()42QE QELL Lε+==当x0<L,棒不能全部进入电场,设进入电场x根据动能定理得()0042xQEQE Lx x x++--=解之得:208L L Lx x ++=则2008 ()4F L L Lx QE W x ε+++==当x 0>L ,棒能全部进入电场,设进入电场x ()()0042QE QEx x L QE x L +---= 得:023x Lx += 则()()000242 4436QE x L x L QE QE x x ε+++⋅===2.如图,真空中xOy 平面直角坐标系上的ABC 三点构成等边三角形,边长L =2.0m 。

若将电荷量均为q =+2.0×10-6C 的两点电荷分别固定在A 、B 点,已知静电力常量k =9.0×109N·m 2/C 2。

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高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷培优测试卷一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,在竖直平面内有一质量m =0.5 kg 、电荷量q =+2×10-3 C 的带电小球,有一根长L =0.1 m 且不可伸长的绝缘轻细线系在一方向水平向右、分布的区域足够大的匀强电场中的O 点.已知A 、O 、C 点等高,且OA =OC =L ,若将带电小球从A 点无初速度释放,小球到达最低点B 时速度恰好为零,g 取10 m/s 2.(1)求匀强电场的电场强度E 的大小;(2)求小球从A 点由静止释放运动到B 点的过程中速度最大时细线的拉力大小; (3)若将带电小球从C 点无初速度释放,求小球到达B 点时细线张力大小. 【答案】(1)2.5×103 N/C (2)2-10) N (3)15N 【解析】 【详解】(1)小球到达最低点B 时速度为零,则0=mgL -EqL . E =2.5×103 N/C(2) 小球到达最低点B 时速度为零,根据对称性可知,达到最大速度的位置为AB 弧的中点,即当沿轨迹上某一点切线方向的合力为零时,小球的速度有最大值,由动能定理有12mv 2-0=mgL sin 45°-Eq (L -L cos 45°). m 2v L=F -2mg cos 45°. F =2-10) N.(3)小球从C 运动到B 点过程,由动能定理得2102mgL qEL mV +=-. 解得:24V =在B 点02(cos 45)V T mg mL-= 以上各式联立解得T =15N.2.A、B 是两个电荷量都是Q 的点电荷,相距l ,AB 连线中点为O 。

现将另一个电荷量为q 的点电荷放置在AB 连线的中垂线上,距O 为x 的C 处(图甲)。

(1)若此时q 所受的静电力为F 1,试求F 1的大小。

(2)若A 的电荷量变为﹣Q ,其他条件都不变(图乙),此时q 所受的静电力大小为F 2,求F 2的大小。

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高中物理必修3物理 全册全单元精选测试卷培优测试卷一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,在竖直平面内有一固定的光滑绝缘轨道,圆心为O ,半径为r ,A 、B 、C 、D 分别是圆周上的点,其中A 、C 分别是最高点和最低点,BD 连线与水平方向夹角为37︒。

该区间存在与轨道平面平行的水平向左的匀强电场。

一质量为m 、带正电的小球在轨道内侧做完整的圆周运动(电荷量不变),经过D 点时速度最大,重力加速度为g (已知sin370.6︒=,cos370.8︒=),求:(1)小球所受的电场力大小;(2)小球经过A 点时对轨道的最小压力。

【答案】(1)43mg ;(2)2mg ,方向竖直向上. 【解析】 【详解】(1)由题意可知 :tan 37mgF︒= 所以:43F mg =(2)由题意分析可知,小球恰好能做完整的圆周运动时经过A 点对轨道的压力最小. 小球恰好做完整的圆周运动时,在B 点根据牛顿第二定律有:2sin 37B v mgm r︒= 小球由B 运动到A 的过程根据动能定理有:()22111sin 37cos3722B A mgr Fr mv mv ︒︒--+=-小球在A 点时根据牛顿第二定律有:2AN v F mg m r+=联立以上各式得:2N F mg =由牛顿第三定律可知,小球经过A 点时对轨道的最小压力大小为2mg ,方向竖直向上.2.竖直放置的平行金属板A 、B 带等量异种电荷(如图),两板之间形成的电场是匀强电场.板间用绝缘细线悬挂着的小球质量m=4.0×10-5kg ,带电荷量q=3.0×10-7C ,平衡时细线与竖直方向之间的夹角α=37°.求:(1)A 、B 之间匀强电场的场强多大?(2)若剪断细线,计算小球运动的加速度,小球在A 、B 板间将如何运动? 【答案】(1)E =1×103N/C (2) 12.5m/s 2 【解析】 【详解】(1)小球受到重力mg 、电场力F 和绳的拉力T 的作用,由共点力平衡条件有:F =qE =mg tan α解得:537tan 410100.75 1.010N/C 310mg E q α--⨯⨯⨯===⨯⨯ 匀强电场的电场强度的方向与电场力的方向相同,即水平向右;(2)剪断细线后,小球做偏离竖直方向,夹角为37°匀加速直线运动,设其加速度为a 由牛顿第二定律有:cos mgma θ= 解得:212.5m/s cos ga θ== 【点睛】本题是带电体在电场中平衡问题,分析受力情况是解题的关键,并能根据受力情况判断此后小球的运动情况.3.如图所示的绝缘细杆轨道固定在竖直面内,半径为R 的1/6圆弧段杆与水平段杆和粗糙倾斜段杆分别在A 、B 两点相切,圆弧杆的圆心O 处固定着一个带正电的点电荷.现有一质量为m 83gR 速度通过A 点,小球能够上滑的最高点为C ,到达C 后,小球将沿杆返回.若∠COB =30°,小球第一次过A 点后瞬间对圆弧细杆向下的弹力大小为83mg ,从A 至C 小球克服库仑力做的功为232mgR -,重力加速度为g .求:(1)小球第一次到达B 点时的动能; (2)小球在C 点受到的库仑力大小;(3)小球返回A 点前瞬间对圆弧杆的弹力.(结果用m 、g 、R 表示) 【答案】(1)56mgR (2)34mg (3)2(833)- 【解析】 【分析】(1)由动能定理求出小球第一次到达B 点时的动能.(2)小球第一次过A 点后瞬间,由牛顿第二定律和库仑定律列式.由几何关系得到OC 间的距离,再由库仑定律求小球在C 点受到的库仑力大小.(3)由动能定理求出小球返回A 点前瞬间的速度,由牛顿运动定律和向心力公式求解小球返回A 点前瞬间对圆弧杆的弹力. 【详解】(1)小球从A 运动到B ,AB 两点为等势点,所以电场力不做功,由动能定理得:()0211cos602KB A mgR E mv --=-代入数据解得:56KB E mgR =(2)小球第一次过A 时,由牛顿第二定律得:22A v QqN k mg m R R+-=由题可知:83N mg =联立并代入数据解得:2Qqkmg R= 由几何关系得,OC 间的距离为:23cos30R r R ==︒小球在C 点受到的库仑力大小 :2223Qq QqF kk r R ==⎛⎫ ⎪⎝⎭库联立解得3=4F mg 库 (3)从A 到C ,由动能定理得:2102f A W mgR W mv ---=-电从C 到A ,由动能定理得:212f A W mgR W mv +='-电 由题可知:232W mgR -=电 小球返回A 点时,设细杆对球的弹力方向向上,大小为N ′,由牛顿第二定律得:22Av Qq N k mg mR R'-'+= 联立以上解得: ()28333N mg -'=,根据牛顿第三定律得,小球返回A 点时,对圆弧杆的弹力大小为()28333mg -,方向向下.4.如图,在空间中水平面MN 的下方存在竖直向下的匀强电场,质量为m 的带电小球由MN 上方H 处的A 点以初速度v 水平抛出,从B 点进入电场,到达C 点时速度方向恰好水平,A 、B 、C 三点在同一直线上,且AB =2BC ,求:(1)A 、B 两点间的距离(2)带电小球在电场中所受的电场力【答案】2228v H H +mg【解析】 【详解】(1)小球在MN 上方做平抛运动竖直方向:212H gt = 水平方向:x vt =A 、B 两点间的距离22L H x =+联立以上各式解得222v HL H g=+ (2)带电小球进入电场后水平方向做匀速直线运动,竖直方向做匀减速直线运动,对带电小球运动的全过程,由动能定理得:()022H Hmg H F +-⋅= 解得F =3mg5.如图,绝缘细杆AB 倾角为α,在杆上B 点处固定有一电荷量为Q 的正电荷.现将带正电的小球由距B 点竖直高度为H 的A 点处无初速释放,小球下滑过程中电荷量不变.己知小球的质量为m 、电荷量为q .不计小球与细杆间的摩擦,整个装置处在真空中.静电力常量为k ,重力加速度为g .求:(1)正电荷Q 在A 处产生的场强大小; (2)小球刚释放时的加速度大小;(3)若A 、B 间的距离足够大,小球动能最大时球与B 点间的距离.【答案】(1) 22sin A Q E k H α=(2)22sin sin kQq a g mHαα=- (3)sin kQq R mg α=【解析】 【详解】 (I)根据2QE kr = 又因为sin Hr α=所以22sin A Q E kHα= (2)根据牛顿第二定律sin mg F ma α-=根据库仑定律Qq F kr= 解得22sin sin kQq a g mH αα=-(3)当小球受到的合力为零,即加速度为零时,动能最大 设此时小球与B 点间的距离为R ,则2sin kQqmg R α=解得sin kQqR mg α=答案:(1) 22sin A Q E k H α=(2)22sin sin kQq a g mHαα=- (3)sin kQq R mg α=6.如图所示,将带正电的中心穿孔小球A 套在倾角为θ的固定光滑绝缘杆上某处,在小球A 的正下方固定着另外一只带电小球B ,此时小球A 恰好静止,且与绝缘杆无挤压.若A 的电荷量为q ,质量为m ;A 与B 的距离为h ;重力加速度为g ,静电力常量为k ;A 与B 均可视为质点.(1)试确定小球B 的带电性质; (2)求小球B 的电荷量;(3)若出于某种原因,小球B 在某时刻突然不带电,求小球A 下滑到与小球B 在同一水平线的杆上某处时,重力对小球做功的功率.【答案】(1)带正电 (2)2B mgh q kq= (3)sin 2P mg gh =【解析】(1)由题意A 静止且与杆无摩擦,说明A 只受重力和库仑力,故AB 之相互排斥,A 的受力才能平衡,可知B 的电性(2)由库仑定律可得AB 间的库仑力,在对A 列平衡方程可得B 的电量(3)B 不带电后A 只受重力,故由机械能守恒,可得A 的速度,进而得到重力功率 【详解】(1)根据题意:小球A 受到B 的库仑力必与A 受到的重力平衡,即A 、B 之间相互排斥,所以B 带正电.(2)由库仑定律,B 对A 的库仑力为F =2Bkqq h , 由平衡条件有mg =2Bkqq h 解得q B =2mgh kq. (3)B 不带电后,小球A 受到重力、支持力作用沿杆向下做匀加速直线运动,设到达题中所述位置时速度为v ,由机械能守恒定律有mgh =12mv 2, 解得v =2gh所以重力的瞬时功率为P =mgv sin θ=mg sin θ2gh .二、必修第3册 静电场中的能量解答题易错题培优(难)7.如图所示,水平面上有相距02m L =的两物体A 和B ,滑块A 的质量为2m ,电荷量为+q ,B 是质量为m 的不带电的绝缘金属滑块.空间存在有水平向左的匀强电场,场强为0.4mgE q=.已知A 与水平面间的动摩擦因数10.1μ=,B 与水平面间的动摩擦因数20.4μ=,A 与B 的碰撞为弹性正碰,且总电荷量始终不变(g 取10m/s 2).试求:(1)A 第一次与B 碰前的速度0v 的大小; (2)A 第二次与B 碰前的速度大小; (3)A 、B 停止运动时,B 的总位移x . 【答案】(1)2m/s (2)2m/s 3(3)2m 【解析】【详解】(1)从A 开始运动到与B 碰撞过程,由动能定理:201001222EqL mgL mv μ-⋅=⋅解得:v 0=2m/s(2)AB 碰撞过程,由动量守恒和能量守恒可得:01222mv mv mv =+22201211122222mv mv mv ⋅=⋅+ 解得:12m/s 3v =28m/s 3v =(另一组解舍掉) 两物体碰撞后电量均分,均为q/2,则B 的加速度:222122m/s 2B E q mgqE a g m mμμ⋅-==-=- , A 的加速度:11122024A E q mgqE a g m mμμ⋅-⋅==-= 即B 做匀减速运动,A 做匀速运动;A 第二次与B 碰前的速度大小为12m/s 3v =; (3)B 做减速运动直到停止的位移:221216m 23B v x a ==AB 第二次碰撞时:1122222mv mv mv =+2221122211122222mv mv mv ⋅=⋅+ 解得:12112m/s 39v v == ,2212488m/s=m/s 393v v ==B 再次停止时的位移2222416m 23B v x a == 同理可得,第三次碰撞时,12132322mv mv mv =+22212132311122222mv mv mv ⋅=⋅+可得131212m/s 327v v ==,23123488m/s m/s 3273v v === B 第3次停止时的位移2223616m 23B v x a == 同理推理可得,第n 次碰撞,碰撞AB 的速度分别为:11n-112m/s 33n n v v ==(),2n 1n-1)48m/s 33nv v ==( B 第n 次停止时的位移:22n 216m 23n nB v x a ==则A 、B 停止运动时,B 的总位移12324622++16161616m m+m+m 33331=2(1-)m3nn n x x x x x =+⋅⋅⋅+=+⋅⋅⋅+ 当n 取无穷大时, A 、B 停止运动时,B 的总位移2m x =.8.如图所示,在直角坐标系xoy 的第一象限中,存在竖直向下的匀强电场,电场强度大小为4E 0,虚线是电场的理想边界线,虚线右端与x 轴的交点为A ,A 点坐标为(L 、0),虚线与x 轴所围成的空间内没有电场;在第二象限存在水平向右的匀强电场.电场强度大小为E 0.()M L L -、和()0N L -、两点的连线上有一个产生粒子的发生器装置,产生质量均为m ,电荷量均为q 静止的带正电的粒子,不计粒子的重力和粒子之间的相互作用,且整个装置处于真空中.已知从MN 上静止释放的所有粒子,最后都能到达A 点:(1)若粒子从M 点由静止开始运动,进入第一象限后始终在电场中运动并恰好到达A 点,求到达A 点的速度大小;(2)若粒子从MN 上的中点由静止开始运动,求该粒子从释放点运动到A 点的时间; (3)求第一象限的电场边界线(图中虚线)方程. 【答案】(1)010qE L v m=2)0322mL t qE =3)22()y Lx x L =-(0)x L ≤≤【解析】试题分析:(1)由动能定理:200142qE L qE Lmv +=,得:010qE L v m= (2)分析水平方向的运动:粒子先匀加速位移L ,再匀速位移L 到第一象限的速度20012qE L mv =,匀加速时间102L t v =,匀速时间20L t v =,则总时间120322mL t t t qE =+= (3)设粒子从MN 线上某点由静止释放,经第一象限电场边界交点(,)Q x y ,后做匀速直线运动到A 点,在第一象限做类平抛运动,水平:0x v t =,竖直方向:212h at =反向延长AQ 与水平位移交点为其中点,还有以下几何关系:201()22x a v yx L x=-, 且202v a L =',003/4/qE m a a qE m'== 推出边界方程:22()y Lx x L=-(0)x L ≤≤ 考点:本题考查了带电粒子在电场中的运动、类平抛运动、运动的分解、动能定理.9.静电场方向平行于x 轴,其电势ϕ随x 的分布可简化为如图所示的折线,图中0ϕ和d 为已知量。

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高中物理必修3物理 全册全单元精选测试卷培优测试卷一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,在竖直平面内有一固定的光滑绝缘轨道,圆心为O ,半径为r ,A 、B 、C 、D 分别是圆周上的点,其中A 、C 分别是最高点和最低点,BD 连线与水平方向夹角为37︒。

该区间存在与轨道平面平行的水平向左的匀强电场。

一质量为m 、带正电的小球在轨道内侧做完整的圆周运动(电荷量不变),经过D 点时速度最大,重力加速度为g (已知sin370.6︒=,cos370.8︒=),求:(1)小球所受的电场力大小;(2)小球经过A 点时对轨道的最小压力。

【答案】(1)43mg ;(2)2mg ,方向竖直向上. 【解析】 【详解】(1)由题意可知 :tan 37mgF︒= 所以:43F mg =(2)由题意分析可知,小球恰好能做完整的圆周运动时经过A 点对轨道的压力最小. 小球恰好做完整的圆周运动时,在B 点根据牛顿第二定律有:2sin 37B v mgm r︒= 小球由B 运动到A 的过程根据动能定理有:()22111sin 37cos3722B A mgr Fr mv mv ︒︒--+=-小球在A 点时根据牛顿第二定律有:2AN v F mg m r+=联立以上各式得:2N F mg =由牛顿第三定律可知,小球经过A 点时对轨道的最小压力大小为2mg ,方向竖直向上.2.如图所示,在光滑绝缘水平面上B 点的正上方O 处固定一个质点,在水平面上的A 点放另一个质点,两个质点的质量均为m ,带电量均为+Q 。

C 为AB 直线上的另一点(O 、A 、B 、C 位于同一竖直平面上),AO 间的距离为L ,AB 和BC 间的距离均为2L,在空间加一个水平方向的匀强电场后A 处的质点处于静止。

试问: (1)该匀强电场的场强多大?其方向如何?(2)给A 处的质点一个指向C 点的初速度,该质点到达B 点时所受的电场力多大? (3)若初速度大小为v 0,质点到达C 点时的加速度和速度分别多大?【答案】(1)22kQ L ,方向由A 指向C ;273kQ ;(3)22kQ mL 220kQ v mL+【解析】 【分析】(1)在空间加一个水平方向的匀强电场后A 处的质点处于静止,对A 进行受力分析,根据平衡条件求解。

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高中物理必修3物理 全册全单元精选测试卷培优测试卷一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,两块竖直放置的平行金属板A 、B ,两板相距d ,两板间电压为U ,一质量为m 的带电小球从两板间的M 点开始以竖直向上的初速度v 0运动,当它到达电场中的N 点时速度变为水平方向,大小变为2v 0 求(1)M 、N 两点间的电势差(2)电场力对带电小球所做的功(不计带电小球对金属板上电荷均匀分布的影响,设重力加速度为g )【答案】20MN Uv U dg=;【解析】 【详解】竖直方向上小球受到重力作用而作匀减速直线运动,则竖直位移大小为h =202v g小球在水平方向上受到电场力作用而作匀加速直线运动,则 水平位移x =022v t ⋅ h =2v t ⋅ 联立得,x =2h =20v g故M 、N 间的电势差为U MN =-Ex =-20v U d g =-20Uv gd从M 运动到N 的过程,由动能定理得 W 电+W G =12m 20(2)v -2012mv 所以联立解得W 电=202mv答:M 、N 间电势差为-20Uv gd,电场力做功202mv .2.如图所示,在光滑绝缘水平面上B 点的正上方O 处固定一个质点,在水平面上的A 点放另一个质点,两个质点的质量均为m ,带电量均为+Q 。

C 为AB 直线上的另一点(O 、A 、B 、C 位于同一竖直平面上),AO 间的距离为L ,AB 和BC 间的距离均为2L,在空间加一个水平方向的匀强电场后A 处的质点处于静止。

试问: (1)该匀强电场的场强多大?其方向如何?(2)给A 处的质点一个指向C 点的初速度,该质点到达B 点时所受的电场力多大? (3)若初速度大小为v 0,质点到达C 点时的加速度和速度分别多大?【答案】(1)22kQ L ,方向由A 指向C ;273kQ ;(3)22kQ mL 220kQ v mL+【解析】 【分析】(1)在空间加一个水平方向的匀强电场后A 处的质点处于静止,对A 进行受力分析,根据平衡条件求解。

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高中物理必修3物理 全册全单元精选测试卷培优测试卷一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,两块竖直放置的平行金属板A 、B ,两板相距d ,两板间电压为U ,一质量为m 的带电小球从两板间的M 点开始以竖直向上的初速度v 0运动,当它到达电场中的N 点时速度变为水平方向,大小变为2v 0 求(1)M 、N 两点间的电势差(2)电场力对带电小球所做的功(不计带电小球对金属板上电荷均匀分布的影响,设重力加速度为g )【答案】20MN Uv U dg=;【解析】 【详解】竖直方向上小球受到重力作用而作匀减速直线运动,则竖直位移大小为h =202v g小球在水平方向上受到电场力作用而作匀加速直线运动,则 水平位移x =022v t ⋅ h =2v t ⋅ 联立得,x =2h =20v g故M 、N 间的电势差为U MN =-Ex =-20v U d g =-20Uv gd从M 运动到N 的过程,由动能定理得 W 电+W G =12m 20(2)v -2012mv 所以联立解得W 电=202mv答:M 、N 间电势差为-20Uv gd,电场力做功202mv .2.在如图所示的竖直平面内,物体A 和带正电的物体B 用跨过定滑轮的绝缘轻绳连接,分别静止于倾角θ=37°的光滑斜面上的M 点和粗糙绝缘水平面上,轻绳与对应平面平行.劲度系数k=5 N/m的轻弹簧一端固定在O点,一端用另一轻绳穿过固定的光滑小环D与A相连,弹簧处于原长,轻绳恰好拉直,DM垂直于斜面.水平面处于场强E=5×104N/C、方向水平向右的匀强电场中.已知A、B的质量分别为m A=0.1 kg和m B=0.2 kg,B所带电荷量q=+4×10-6 C.设两物体均视为质点,不计滑轮质量和摩擦,绳不可伸长,弹簧始终在弹性限度内,B电荷量不变.取g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.(1)求B所受静摩擦力的大小;(2)现对A施加沿斜面向下的拉力F,使A以加速度a=0.6 m/s2开始做匀加速直线运动.A 从M到N的过程中,B的电势能增加了ΔE p=0.06 J.已知DN沿竖直方向,B与水平面间的动摩擦因数μ=0.4.求A到达N点时拉力F的瞬时功率.【答案】(1)f=0.4N (2)2.1336W【解析】试题分析:(1)根据题意,静止时,对两物体受力分析如图所示:由平衡条件所得:对A有:m A gsin θ=F T①对B有:qE+f0=F T②代入数据得f0=0.4 N ③(2)根据题意,A到N点时,对两物体受力分析如图所示:由牛顿第二定律得:对A有:F+m A gsin θ-F′T-F k sin θ=m A a ④对B有:F′T-qE-f=m B a ⑤其中f=μm B g ⑥F k=kx ⑦由电场力做功与电势能的关系得ΔE p=qEd ⑧由几何关系得x=-⑨A由M到N,由v-v=2ax得A运动到N的速度v=⑩拉力F 在N 点的瞬时功率P =Fv ⑪ 由以上各式,代入数据P =0.528 W ⑫考点:受力平衡 、牛顿第二定律、能量转化与守恒定律、功率【名师点睛】静止时,两物体受力平衡,列方程求解.A 从M 到N 的过程中做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律,可列出力的关系方程.根据能量转化与守恒定律可列出电场力做功与电势能变化的关系方程.根据匀加速直线运动速度位移公式,求出运动到N 的速度,最后由功率公式求出功率.3.如图,ABD 为竖直平面内的绝缘轨道,其中AB 段是长为 1.25L m =的粗糙水平面,其动摩擦因数为0.1μ=,BD 段为半径R =0.2 m 的半圆,两段轨道相切于B 点,整个轨道处在竖直向下的匀强电场中,电场强度大小3510/E V m =⨯。

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高中物理必修3物理 全册全单元精选测试卷培优测试卷一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,在竖直平面内有一固定的光滑绝缘轨道,圆心为O ,半径为r ,A 、B 、C 、D 分别是圆周上的点,其中A 、C 分别是最高点和最低点,BD 连线与水平方向夹角为37︒。

该区间存在与轨道平面平行的水平向左的匀强电场。

一质量为m 、带正电的小球在轨道内侧做完整的圆周运动(电荷量不变),经过D 点时速度最大,重力加速度为g (已知sin370.6︒=,cos370.8︒=),求:(1)小球所受的电场力大小;(2)小球经过A 点时对轨道的最小压力。

【答案】(1)43mg ;(2)2mg ,方向竖直向上. 【解析】 【详解】(1)由题意可知 :tan 37mgF︒= 所以:43F mg =(2)由题意分析可知,小球恰好能做完整的圆周运动时经过A 点对轨道的压力最小. 小球恰好做完整的圆周运动时,在B 点根据牛顿第二定律有:2sin 37B v mgm r︒= 小球由B 运动到A 的过程根据动能定理有:()22111sin 37cos3722B A mgr Fr mv mv ︒︒--+=-小球在A 点时根据牛顿第二定律有:2AN v F mg m r+=联立以上各式得:2N F mg =由牛顿第三定律可知,小球经过A 点时对轨道的最小压力大小为2mg ,方向竖直向上.2.如图所示,在竖直平面内有一质量m =0.5 kg 、电荷量q =+2×10-3 C 的带电小球,有一根长L =0.1 m 且不可伸长的绝缘轻细线系在一方向水平向右、分布的区域足够大的匀强电场中的O 点.已知A 、O 、C 点等高,且OA =OC =L ,若将带电小球从A 点无初速度释放,小球到达最低点B 时速度恰好为零,g 取10 m/s 2.(1)求匀强电场的电场强度E 的大小;(2)求小球从A 点由静止释放运动到B 点的过程中速度最大时细线的拉力大小; (3)若将带电小球从C 点无初速度释放,求小球到达B 点时细线张力大小. 【答案】(1)2.5×103 N/C (2)2-10) N (3)15N 【解析】 【详解】(1)小球到达最低点B 时速度为零,则0=mgL -EqL . E =2.5×103 N/C(2) 小球到达最低点B 时速度为零,根据对称性可知,达到最大速度的位置为AB 弧的中点,即当沿轨迹上某一点切线方向的合力为零时,小球的速度有最大值,由动能定理有12mv 2-0=mgL sin 45°-Eq (L -L cos 45°). m 2v L=F -2mg cos 45°. F =2-10) N.(3)小球从C 运动到B 点过程,由动能定理得2102mgL qEL mV +=-. 解得:24V =在B 点02(cos 45)V T mg mL-= 以上各式联立解得T =15N.3.一带正电的 A 点电荷在电场中某点的电场强度为 4.0×104N/C ,电荷量为+5.0×10-8 C的 B 点电荷放在该点,求: (1)点电荷在该点受到的电场力?(2)若在该点放上一个电荷量为-2.0×10-8 C 的 C 点电荷,则该点的电场强度? 【答案】(1)3210N -⨯,方向由A 指向B (2)4410/N C ⨯,方向由A 指向B 【解析】 【分析】 【详解】 (1)方向:由A 指向B(2)若在该点放上一个电荷量为-2.0×10-8 C 的 C 点电荷,则该点的场强不变,仍为方向:由A 指向B4.如图所示,长l =1m 的轻质细绳上端固定,下端连接一个可视为质点的带电小球,小球静止在水平向右的匀强电场中,绳与竖直方向的夹角θ=37°.已知小球所带电荷量q =1.0×10-6C ,匀强电场的场强E =3.0×103N/C ,取重力加速度g =10m/s 2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.求:(1)小球所受电场力F 的大小; (2)小球的质量m ;(3)将电场撤去,小球回到最低点时速度v 的大小. 【答案】(1)F =3.0×10-3N (2)m =4.0×10-4kg (3)v =2.0m/s 【解析】 【分析】 【详解】(1)根据电场力的计算公式可得电场力6331.010 3.010N 3.010N F qE --==⨯⨯⨯=⨯; (2)小球受力情况如图所示:根据几何关系可得tan qEmg θ=,所以34310kg 410kg tan 10tan 37qE m g θ--⨯===⨯⨯︒; (3)电场撤去后小球运动过程中机械能守恒,则21(1cos37)2mgl mv -︒=,解得v =2m/s .5.如图所示,一光滑斜面的直角点A 处固定一带电量为+q ,质量为m 的绝缘小球。

高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷(培优篇)(Word版 含解析)

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高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷(培优篇)(Word 版 含解析)一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,两块竖直放置的平行金属板A 、B ,两板相距d ,两板间电压为U ,一质量为m 的带电小球从两板间的M 点开始以竖直向上的初速度v 0运动,当它到达电场中的N 点时速度变为水平方向,大小变为2v 0 求(1)M 、N 两点间的电势差(2)电场力对带电小球所做的功(不计带电小球对金属板上电荷均匀分布的影响,设重力加速度为g )【答案】20MN Uv U dg=;【解析】 【详解】竖直方向上小球受到重力作用而作匀减速直线运动,则竖直位移大小为h =202v g小球在水平方向上受到电场力作用而作匀加速直线运动,则 水平位移x =022v t ⋅ h =2v t ⋅ 联立得,x =2h =20v g故M 、N 间的电势差为U MN =-Ex =-20v U d g =-20Uv gd从M 运动到N 的过程,由动能定理得 W 电+W G =12m 20(2)v -2012mv 所以联立解得W 电=202mv答:M 、N 间电势差为-20Uv gd,电场力做功202mv .2.如图所示,把一个倾角为θ的绝缘斜面固定在匀强电场中,电场方向水平向右,电场强度大小为E ,有一质量为m 、带电荷量为+q 的物体,以初速度v 0从A 端滑上斜面恰好能沿斜面匀速运动,求物体与斜面间的动摩擦因数.【答案】cos sin cos sin qE mg mg qE θθθθ-+【解析】 【分析】 【详解】物体做匀速直线运动,由平衡条件得:在垂直于斜面方向上:N=mgcosθ+qEsinθ…① 在平行与斜面方向上:f+mgsinθ=qEcosθ…② 滑动摩擦力:f=μN…③ 由①②③可得:f qEcos mgsin N mgcos qEsin θθμθθ-=+= . 【点睛】本题考查了学生受力分析及力的合成以及摩擦定律的相关知识,正确的受力分析是正确解题的关键,学会用正交分解法处理多力合成问题.3.如图所示,在绝缘水平面上,相距L 的A 、B 两点处分别固定着两个带电荷量相等的正点电荷,a 、b 是AB 连线上的两点,其中4LAa Bb ==,O 为AB 连线的中点,一质量为m 、带电荷量为+q 的小滑块(可以看作质点)以初动能E 从a 点出发,沿直线AB 向b 点运动,其中小滑块第一次经过O 点时的动能为初动能的n 倍(1)n >,到达b 点时动能恰好为零,小滑块最终停在O 点重力加速度为g ,求: (1)小滑块与水平面间的动摩擦因数; (2)O 、b 两点间的电势差; (3)小滑块运动的总路程.【答案】(1)k02E mgL μ= (2)k0(21)2Ob n E U q -=- (3)214n s L +=【解析】 【详解】 (1)由4LAa Bb ==,0为AB 连线的中点知a 、b 关于O 点对称,则a 、b 两点间的电势差0ab U =;设小滑块与水平面间的摩擦力大小为f ,在滑块从a 点运动到b 点的过程中,由动能定理得k002ab LqU f E -⋅=- 又摩擦力f mg μ=解得2k E mgL μ=. (2)在滑块从O 点运动到b 点的过程中,由动能定理得004ob k LqU f nE -⋅=- 解得ko(21)2ob n E U q-=-. (3)对于小滑块从a 开始运动到最终在O 点停下的整个过程,由动能定理得000a x k qU f E -=-又(21)2kOaO Ob n E U U q-=-=解得214n s L +=.4.如图,在足够大的平行金属板间的水平匀强电场中,有一长为L 的轻质绝缘棒OA ,一端可绕O 点在竖直平面内自由转动,另一端A 处有一带负电、电量为q 、质量为m 的小球,当变阻器滑片在P 点处时,棒静止在与竖直方向成30°角的位置,如图所示。

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高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷培优测试卷一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图,ABD 为竖直平面内的绝缘轨道,其中AB 段是长为 1.25L m =的粗糙水平面,其动摩擦因数为0.1μ=,BD 段为半径R =0.2 m 的半圆,两段轨道相切于B 点,整个轨道处在竖直向下的匀强电场中,电场强度大小3510/E V m =⨯。

一带负电小球,以速度v 0从A 点沿水平轨道向右运动,接着进入半圆轨道后,恰能通过最高点D 点。

已知小球的质量为22.010m kg -=⨯,所带电荷量52.010q C -=⨯,g 取10 m/s 2(水平轨道足够长,小球可视为质点,整个运动过程无电荷转移),求:(1)带电小球在从D 点飞出后,首次在水平轨道上的落点与B 点的距离; (2)小球的初速度v 0。

【答案】(1)0.4m ;(2)2.5m /s 【解析】 【详解】(1)对小球,在D 点,有:2Dv mg qE m R-=得:1m/s D v =从D 点飞出后,做平抛运动,有:mg qE ma -=得:25.0m/s a =2122R at =得:0.4t s =0.4m D x v t ==(2)对小球,从A 点到D 点,有:22011()2222D mg qE L mg R qE R mv mv μ---⋅+⋅=- 解得:0 2.5m/s v =2.如图所示,ABCD 竖直放置的光滑绝缘细管道,其中AB 部分是半径为R 的1/4圆弧形管道,BCD 部分是固定的水平管道,两部分管道恰好相切于B .水平面内的M 、N 、B 三点连线构成边长为L 等边三角形,MN 连线过C 点且垂直于BCD .两个带等量异种电荷的点电荷分别固定在M 、N 两点,电荷量分别为+Q 和-Q.现把质量为m 、电荷量为+q 的小球(小球直径略小于管道内径,小球可视为点电荷),由管道的A 处静止释放,已知静电力常量为k,重力加速度为g.求:(1)小球运动到B 处时受到电场力的大小; (2)小球运动到C 处时的速度大小;(3)小球运动到圆弧最低点B 处时,小球对管道压力的大小.【答案】(1)2qQ k L (22gR (322229qQ k m g L ⎛⎫+ ⎪⎝⎭【解析】 【分析】 【详解】(1)设小球在圆弧形管道最低点B 处分别受到+Q 和-Q 的库仑力分别为F 1和F 2.则122qQ F F kL ==① 小球沿水平方向受到的电场力为F 1和F 2的合力F ,由平行四边形定则得F=2F 1cos60° ② 联立①②得2qQF kL=③ (2)管道所在的竖直平面是+Q 和-Q 形成的合电场的一个等势面,小球在管道中运动时,小球受到的电场力和管道对它的弹力都不做功,只有重力对小球做功,小球的机械能守恒,有mgR =12mv C 2−0 ④ 解得2C v gR =(3)设在B 点管道对小球沿竖直方向的压力的分力为N By ,在竖直方向对小球应用牛顿第二定律得2B By v N mg m R-=⑥ v B =v C ⑦联立⑤⑥⑦解得N By =3mg⑧设在B 点管道对小球在水平方向的压力的分力为N Bx ,则2Bx qQN F kL ==⑨ 圆弧形管道最低点B 处对小球的压力大小为2222229()?B Bx BY qQ N N N m g kL ++==.⑩ 由牛顿第三定律可得小球对圆弧管道最低点B 的压力大小为2222 9()?B B qQ N N m g kL'+==3.万有引力和库仑力有类似的规律,有很多可以类比的地方。

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高中物理必修3物理 全册全单元精选测试卷培优测试卷一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,在竖直平面内有一质量m =0.5 kg 、电荷量q =+2×10-3 C 的带电小球,有一根长L =0.1 m 且不可伸长的绝缘轻细线系在一方向水平向右、分布的区域足够大的匀强电场中的O 点.已知A 、O 、C 点等高,且OA =OC =L ,若将带电小球从A 点无初速度释放,小球到达最低点B 时速度恰好为零,g 取10 m/s 2.(1)求匀强电场的电场强度E 的大小;(2)求小球从A 点由静止释放运动到B 点的过程中速度最大时细线的拉力大小; (3)若将带电小球从C 点无初速度释放,求小球到达B 点时细线张力大小. 【答案】(1)2.5×103 N/C (2)2-10) N (3)15N 【解析】 【详解】(1)小球到达最低点B 时速度为零,则0=mgL -EqL . E =2.5×103 N/C(2) 小球到达最低点B 时速度为零,根据对称性可知,达到最大速度的位置为AB 弧的中点,即当沿轨迹上某一点切线方向的合力为零时,小球的速度有最大值,由动能定理有12mv 2-0=mgL sin 45°-Eq (L -L cos 45°). m 2v L=F -2mg cos 45°. F =2-10) N.(3)小球从C 运动到B 点过程,由动能定理得2102mgL qEL mV +=-. 解得:24V =在B 点02(cos 45)V T mg mL-= 以上各式联立解得T =15N.2.一带正电的 A 点电荷在电场中某点的电场强度为 4.0×104N/C ,电荷量为+5.0×10-8 C 的 B 点电荷放在该点,求: (1)点电荷在该点受到的电场力?(2)若在该点放上一个电荷量为-2.0×10-8 C 的 C 点电荷,则该点的电场强度? 【答案】(1)3210N -⨯,方向由A 指向B (2)4410/N C ⨯,方向由A 指向B 【解析】 【分析】 【详解】 (1)方向:由A 指向B(2)若在该点放上一个电荷量为-2.0×10-8 C 的 C 点电荷,则该点的场强不变,仍为方向:由A 指向B3.如图所示,一根长为l 的不可伸长的细丝线一端固定于O 点,另一端系住一个质量为m 的带电小球.将此装置放在水平向右的匀强电场E 中,待小球稳定后,细丝线与竖直方向夹角为α.求:(1)小球带什么电,电荷量为多少? (2)剪断绳子后小球做什么运动? 【答案】(1)正电,tan mg q Eα= (2)做初速度是零的匀加速直线运动 【解析】 【详解】(1)对小球进行受力分析:由于小球所受电场力水平向右,E 的方向水平向右,所以小球带正电.小球受力如图所示,有:qE=mgtanα 即:tan mg q Eα=(2)剪断细绳后,小球受重力和电场力,其合力方向沿细绳方向斜向下,则小球将沿细绳的方向做初速度是零的匀加速直线运动.4.如图所示,边长为a 的等边三角形ABC 的三个顶点分别固定三个点电荷+q 、+q 、-q ,已知静电力常量K .(1)求C 点电荷受到的电场力的大小和方向 (2)求三角形中心O 点处的场强的大小和方向【答案】(1223q k a方向由C 指向O - (2)26q k a 场强方向O 向C【解析】(1)根据库仑定律,A 对C 的引力212q F k a=根据库仑定律,B 对C 的引力:222q F k a=根据平行四边形定则可以得到:2122cos303q F F k a== ,合力方向由C 指向O(2) 设OA 距离为r,由几何关系知33r a = 则A 在O 点产生场强大小为1223q q E k k r a==,方向由A 指向O B 在O 点产生场强大小为2223q q E k k r a ==,方向由B 指向O C 在O 点产生场强大小为3223q q E kk r a==,方向由O 指向C 所以根据平行四边形定则可以得到:2226q qE kk r a==,合场强方向O 向C . 点睛:本题考查库仑定律以及电场的叠加问题,关键要掌握库仑定律公式、点电荷场强公式和平行四边形定则,结合数学知识求解.5.如图,在空间中水平面MN 的下方存在竖直向下的匀强电场,质量为m 的带电小球由MN 上方H 处的A 点以初速度v 水平抛出,从B 点进入电场,到达C 点时速度方向恰好水平,A 、B 、C 三点在同一直线上,且AB =2BC ,求:(1)A 、B 两点间的距离(2)带电小球在电场中所受的电场力【答案】(1) 2228v H H +(2)3mg【解析】 【详解】(1)小球在MN 上方做平抛运动竖直方向:212H gt = 水平方向:x vt =A 、B 两点间的距离22L H x =+联立以上各式解得222v HL H g=+ (2)带电小球进入电场后水平方向做匀速直线运动,竖直方向做匀减速直线运动,对带电小球运动的全过程,由动能定理得:()022H Hmg H F +-⋅= 解得F =3mg6.如图所示,将带正电的中心穿孔小球A 套在倾角为θ的固定光滑绝缘杆上某处,在小球A 的正下方固定着另外一只带电小球B ,此时小球A 恰好静止,且与绝缘杆无挤压.若A 的电荷量为q ,质量为m ;A 与B 的距离为h ;重力加速度为g ,静电力常量为k ;A 与B 均可视为质点.(1)试确定小球B 的带电性质; (2)求小球B 的电荷量;(3)若出于某种原因,小球B 在某时刻突然不带电,求小球A 下滑到与小球B 在同一水平线的杆上某处时,重力对小球做功的功率.【答案】(1)带正电 (2)2B mgh q kq= (3)sin P mg =【解析】 【分析】(1)由题意A 静止且与杆无摩擦,说明A 只受重力和库仑力,故AB 之相互排斥,A 的受力才能平衡,可知B 的电性(2)由库仑定律可得AB 间的库仑力,在对A 列平衡方程可得B 的电量(3)B 不带电后A 只受重力,故由机械能守恒,可得A 的速度,进而得到重力功率 【详解】(1)根据题意:小球A 受到B 的库仑力必与A 受到的重力平衡,即A 、B 之间相互排斥,所以B 带正电.(2)由库仑定律,B 对A 的库仑力为F =2Bkqq h , 由平衡条件有mg =2Bkqq h 解得q B =2mgh kq. (3)B 不带电后,小球A 受到重力、支持力作用沿杆向下做匀加速直线运动,设到达题中所述位置时速度为v ,由机械能守恒定律有mgh =12mv 2,解得v所以重力的瞬时功率为P =mgv sin θ=mg sin二、必修第3册 静电场中的能量解答题易错题培优(难)7.如图甲所示,倾角为θ=30°绝缘斜面被垂直斜面直线MN 分为左右两部分,左侧部分光滑,范围足够大,上方存在大小为E =1 000 N/C ,方向沿斜面向上的匀强电场,右侧部分粗糙,范围足够大,一质量为m =1 kg ,长为L =0.8 m 的绝缘体制成的均匀带正电直棒AB 置于斜面上,A 端距MN 的距离为d ,现给棒一个沿斜面向下的初速度v 0,并以此时作为计时的起点,棒在最初0.8 s 的运动图像如图乙所示,已知0.8 s 末棒的B 端刚好进入电场,取重力加速度g =10 m/s 2,求:(1)直棒AB 开始运动时A 端距MN 的距离为d ; (2)直棒AB 的带电量q ;(3)直棒AB 最终停止时,直棒B 端到MN 的距离. 【答案】(1)20 m (2)7.5×10-3 C (3)125 m 【解析】 【分析】根据v-t 图像确定出直棒AB 匀减速直线运动的位移,结合棒的长度,得出直棒AB 开始运动时A 端距MN 的距离为d ;根据图线得出直棒AB 匀减速直线运动的加速度大小,根据加速度,结合牛顿第二定律求出带电量的大小;根据动能定理得出,物体在电场中运动的距离. 【详解】(1)由v-t 图像可知直棒AB 匀减速直线运动.0~0.8s 内棒运动的位移为:0120.8m 2tv v x t +== .A 端距离MN 的距离为:120.80.820m d x L m =-=-=. (2)棒的加速度为:2Δva==2.5m/s Δt.对直棒AB 进行受力分析,越过MN 后受到重力、斜面支持力和电场力,合力为sin F Eq mg θ=-.根据牛顿第二定律,:sin Eq mg ma θ-= ,代入数据解得:37.510C q -=⨯ .(3)根据动能定律,物体从B 端到达MN 至最终停止的过程,满足:2221sin 02mgx Eqx mv θ-=-.带入数据解得,x 2 =125 m故B 端在MN 右边且距MN 为125 m . 【点睛】本题考查了牛顿第二定律、动能定理和运动学公式的综合运用,通过v-t 图像,确定出物体运动的加速度不变,得出物体做匀变速直线运动是解决本题的关键.8.山地滑雪是人们喜爱的一项运动,一滑雪道ABC 的底部是一半径为R 的圆,圆与雪道相切于C 点,C 点的切线水平,C 点与水平雪地间距离为H ,如图所示,D 是圆的最高点,一运动员从A 点由静止下滑,刚好能经过圆轨道最高点D 旋转一周,再经C 后被水平抛出,当抛出时间为t 时,迎面水平刮来一股强风,最终运动员以速度v 落到了雪地上,已知运动员连同滑雪装备的总质量为m ,重力加速度为g ,不计遭遇强风前的空气阻力和雪道及圆轨道的摩擦阻力,求:(1)A 、C 的高度差为多少时,运动员刚好能过D 点? (2)运动员刚遭遇强风时的速度大小及距地面的高度; (3)强风对运动员所做的功. 【答案】(1)52R h =(2)2215v gR g t =+;2212h h gt =- (3)215()22W mv mg H R =-+ 【解析】 【分析】 【详解】(1)运动员恰好做完整的圆周运动,则在D 点有:mg =m 2Dv R从A 运动到D 的过程由动能定理得mg(h -2R)=12mv 2D 联立解得h =52R . (2)运动员做平抛运动,运动时间t 时在竖直方向的速度为v y =gt ,从A 到C 由动能定理得52mgR =12mv 2C所以运动员刚遭遇强风时的速度大小为v 122C yv v +225gR g t +此时运动员下落高度为h 1=12gt 2所以此时运动员距地面高度为h 2=H -h 1=H -12gt 2 (3)设强风对运动员所做的功为W ,在运动员的整个运动过程中,由动能定理知 W =12mv 2-mg 52H R ⎛⎫+ ⎪⎝⎭.9.如图所示,一个方向竖直向下的有界匀强电场,电场强度大小为E 。

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2mg q
,方向沿
y
轴正方向。
【解析】
【详解】
(1)小球做平抛运动,故
d 1 gt2 2
从 P 到 Q,由动能定理 解得
2 2d υ0t
mgd
EkQ
1 2
mυ02
EkQ 3mgd
(2)小球带电后,从 P 到 N,由动能定理
从 P 到 M 由动能定理可得
mgd qU PN 0.5Ek0 Ek0
q 1.0106C ,匀强电场的场强 E 3.0103 N/C ,取重力加速度 g 10m/s2 , sin 37 0.6 。求:
(1)小球所受电场力 F 大小; (2)小球质量 m; (3)将电场撤去小球回到最低点时速度 v 的大小; (4)撤去电场后小球到达最低点时绳子对小球的拉力大小。
(1)试确定小球 B 的带电性质;
(2)求小球 B 的电荷量;
(3)若出于某种原因,小球 B 在某时刻突然不带电,求小球 A 下滑到与小球 B 在同一水平线
的杆上某处时,重力对小球做功的功率.
【答案】(1)带正电
(2) qB
mgh2 kq
(3) P mg sin 2gh
【解析】
【分析】
(1)由题意 A 静止且与杆无摩擦,说明 A 只受重力和库仑力,故 AB 之相互排斥,A 的受
பைடு நூலகம்
力才能平衡,可知 B 的电性
(2)由库仑定律可得 AB 间的库仑力,在对 A 列平衡方程可得 B 的电量
(3)B 不带电后 A 只受重力,故由机械能守恒,可得 A 的速度,进而得到重力功率
【详解】
(1)根据题意:小球 A 受到 B 的库仑力必与 A 受到的重力平衡,即 A、B 之间相互排斥,所

高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷培优测试卷

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高中物理必修3物理全册全单元精选试卷培优测试卷一、必修第3册静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,在光滑绝缘水平面上,质量为m的均匀绝缘棒AB长为L、带有正电,电量为Q且均匀分布.在水平面上O点右侧有匀强电场,场强大小为E,其方向为水平向左,BO距离为x0,若棒在水平向右的大小为QE/4的恒力作用下由静止开始运动.求:(1)棒的B端进入电场L/8时的加速度大小和方向;(2)棒在运动过程中的最大动能.(3)棒的最大电势能.(设O点处电势为零)【答案】(1)/8qE m ,向右(2)()48qE Lx+(3)0(2)6qE x L+【解析】【分析】【详解】(1)根据牛顿第二定律,得48QE L QEmaL-⋅=解得8QEam=,方向向右.(2)设当棒进入电场x时,其动能达到最大,则此时棒受力平衡,有4QE QExL⋅=解得14x L=由动能定理得:()0044()()42442448 K oQE QELQE QE L QE LE W x x x x x====+⨯∑+-+-+⨯(3)棒减速到零时,棒可能全部进入电场,也可能不能全部进入电场,设恰能全部进入电场,则有:()42QE QEx L L+-=,得 x0=L;()42QE QELL Lε+==当x0<L,棒不能全部进入电场,设进入电场x根据动能定理得()0042xQEQE Lx x x++--=解之得:208L L Lx x ++=则2008 ()4F L L Lx QE W x ε+++==当x 0>L ,棒能全部进入电场,设进入电场x ()()0042QE QEx x L QE x L +---= 得:023x Lx += 则()()000242 4436QE x L x L QE QE x x ε+++⋅===2.如图所示,在竖直平面内有一质量m =0.5 kg 、电荷量q =+2×10-3 C 的带电小球,有一根长L =0.1 m 且不可伸长的绝缘轻细线系在一方向水平向右、分布的区域足够大的匀强电场中的O 点.已知A 、O 、C 点等高,且OA =OC =L ,若将带电小球从A 点无初速度释放,小球到达最低点B 时速度恰好为零,g 取10 m/s 2.(1)求匀强电场的电场强度E 的大小;(2)求小球从A 点由静止释放运动到B 点的过程中速度最大时细线的拉力大小; (3)若将带电小球从C 点无初速度释放,求小球到达B 点时细线张力大小. 【答案】(1)2.5×103 N/C (2)2-10) N (3)15N 【解析】 【详解】(1)小球到达最低点B 时速度为零,则0=mgL -EqL . E =2.5×103 N/C(2) 小球到达最低点B 时速度为零,根据对称性可知,达到最大速度的位置为AB 弧的中点,即当沿轨迹上某一点切线方向的合力为零时,小球的速度有最大值,由动能定理有12mv 2-0=mgL sin 45°-Eq (L -L cos 45°). m 2v L=F -2mg cos 45°. F =2-10) N.(3)小球从C 运动到B 点过程,由动能定理得212mgL qEL mV+=-.解得:24V=在B点02(cos45)VT mg mL-=以上各式联立解得T=15N.3.如图所示,在绝缘的水平面上,相隔2L的,A、B两点固定有两个电量均为Q的正点电荷,C、O、D是AB连线上的三个点,O为连线的中点,CO=OD=L/2。一质量为m、电量为q的带电物块以初速度v0从c点出发沿AB连线向B运动,运动过程中物块受到大小恒定的阻力作用。当物块运动到O点时,物块的动能为初动能的n倍,到达D点刚好速度为零,然后返回做往复运动,直至最后静止在O点。已知静电力恒量为k,求:(1)AB两处的点电荷在c点产生的电场强度的大小;(2)物块在运动中受到的阻力的大小;(3)带电物块在电场中运动的总路程。【答案】(1)(2)(3)【解析】【分析】【详解】(1)设两个正点电荷在电场中C点的场强分别为E1和E2,在C点的合场强为E C;则12()2kQEL=;223()2kQEL=则E C=E1-E2解得:E C=2329kQL.(2)带电物块从C点运动到D点的过程中,先加速后减速.AB连线上对称点φC=φD,电场力对带电物块做功为零.设物块受到的阻力为f,由动能定理有:−fL=0−12mv02解得:2012f mv L=(3)设带电物块从C 到O 点电场力做功为W 电,根据动能定理得:220011222L W f n mv mv 电=-⋅⋅-解得:()201214W n mv -电=设带电物块在电场中运动的总路程为S ,由动能定理有:W 电−fs =0−12mv 02 解得:s=(n+0.5)L 【点睛】本题考查了动能定理的应用,分析清楚电荷的运动过程,应用动能定理、点电荷的场强公式与场的叠加原理即可正确解题.4.一个质量m =30g ,带电量为-1.7×10-8C 的半径极小的小球,用丝线悬挂在某匀强的电场中,电场线水平.当小球静止时,测得悬线与竖直方向成30o ,求该电场的电场强的大小和方向?【答案】7110/E N C =⨯,水平向右 【解析】 【分析】 【详解】小球在电场中受重力、电场力、拉力三个力,合力为零,则知电场力的方向水平向左,而小球带负电,电场强度的方向与负电荷所受电场力方向相反,所以匀强电场场强方向水平向右.由图,根据平衡条件得tan30qE mg =︒得tan 30mg E q︒=代入解得7110/E N C =⨯5.如图所示,两异种点电荷的电荷量均为Q ,绝缘竖直平面过两点电荷连线的中点O 且与连线垂直,平面上A 、O 、B 三点位于同一竖直线上,AO BO L ==,点电荷到O 点的距离也为L 。

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高中物理必修3物理 全册全单元精选测试卷培优测试卷一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.我们可以借鉴研究静电场的方法来研究地球周围空间的引力场,如用“引力场强度”、“引力势”的概念描述引力场。

已知地球质量为M ,半径为R ,万有引力常量为G ,将地球视为均质球体,且忽略自转。

(1)类比电场强度的定义方法,写出地球引力场的“引力场强度E ”的定义式,并结合万有引力定律,推导距离地心为r (r >R )处的引力场强度的表达式2=GM E r 引; (2)设地面处和距离地面高为h 处的引力场强度分别为E 引和'E 引,如果它们满足'0.02E E E -≤引引引,则该空间就可以近似为匀强场,也就是我们常说的重力场。

请估算地球重力场可视为匀强场的高度h (取地球半径R =6400km );(3)某同学查阅资料知道:地球引力场的“引力势”的表达式为=-G Mrϕ引(以无穷远处引力势为0)。

请你设定物理情景,简要叙述推导该表达式的主要步骤。

【答案】(1)引力场强度定义式FE m=引,推导见解析;(2)h =64976m ;(3)推导见解析. 【解析】 【分析】 【详解】(1)引力场强度定义式F E m=引 2MmF Gr = 联立得2M E Gr =引 (2)根据题意2M E GR =引 '2M E G r=引 '0.02E E E -=引引引h r R R =-=解得h =64976m(3)定义式引力势=p E mϕ引,式中p E 为某位置的引力势能把某物体从无穷远移动到某点引力做的功=0-=-p p W E E 引即=-p E W 引则当质量为m 的物体自无穷远处移动到距离地球r 处时,引力做功为W 引 通过计算得0MmW Gr =引> 所以=-p MmE Gr =-M Grϕ引2.如图,在足够大的平行金属板间的水平匀强电场中,有一长为L 的轻质绝缘棒OA ,一端可绕O 点在竖直平面内自由转动,另一端A 处有一带负电、电量为q 、质量为m 的小球,当变阻器滑片在P 点处时,棒静止在与竖直方向成30°角的位置,如图所示。

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高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷培优测试卷一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.竖直放置的平行金属板A 、B 带等量异种电荷(如图),两板之间形成的电场是匀强电场.板间用绝缘细线悬挂着的小球质量m=4.0×10-5kg ,带电荷量q=3.0×10-7C ,平衡时细线与竖直方向之间的夹角α=37°.求:(1)A 、B 之间匀强电场的场强多大?(2)若剪断细线,计算小球运动的加速度,小球在A 、B 板间将如何运动? 【答案】(1)E =1×103N/C (2) 12.5m/s 2 【解析】 【详解】(1)小球受到重力mg 、电场力F 和绳的拉力T 的作用,由共点力平衡条件有:F =qE =mg tan α解得:537tan 410100.75 1.010N/C 310mg E q α--⨯⨯⨯===⨯⨯ 匀强电场的电场强度的方向与电场力的方向相同,即水平向右;(2)剪断细线后,小球做偏离竖直方向,夹角为37°匀加速直线运动,设其加速度为a 由牛顿第二定律有:cos mgma θ= 解得:212.5m/s cos ga θ== 【点睛】本题是带电体在电场中平衡问题,分析受力情况是解题的关键,并能根据受力情况判断此后小球的运动情况.2.A 、B 是两个电荷量都是Q 的点电荷,相距l ,AB 连线中点为O 。

现将另一个电荷量为q 的点电荷放置在AB 连线的中垂线上,距O 为x 的C 处(图甲)。

(1)若此时q 所受的静电力为F 1,试求F 1的大小。

(2)若A 的电荷量变为﹣Q ,其他条件都不变(图乙),此时q 所受的静电力大小为F 2,求F 2的大小。

(3)为使F 2大于F 1,l 和x 的大小应满足什么关系?【答案】(1)223(())2lx+(2)223(())2lx+(3) 2l x>【解析】【详解】(1)设q为正电荷,在C点,A、B两电荷对q产生的电场力大小相同,为:22)4(A BkQqF Flx==+方向分别为由A指向C和由B指向C,如图:故C处的电场力大小为:F1=2F A sinθ方向由O指向C。

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Wຫໍສະໝຸດ 电场力mgr000
金属球 3 q 运动距离 r0 过程中由动能定理的得: 2
w电 场力
mgr0
1 2
mv2
0
其中W电场力
Uq ,W电场力
U(3 2
q)
(U
为电荷移动过程中的电势差)
联立以上两式解得:
由牛顿第二定律可知:
v gr0
由 F0 2mg ,解得:
方向水平向左。
kQ 3 q
mg
小球第一次过 A 点后瞬间对圆弧细杆向下的弹力大小为 8 mg ,从 A 至 C 小球克服库仑力 3
做的功为 2 3 mgR ,重力加速度为 g.求: 2
(1)小球第一次到达 B 点时的动能; (2)小球在 C 点受到的库仑力大小; (3)小球返回 A 点前瞬间对圆弧杆的弹力.(结果用 m、g、R 表示)
球返回 A 点前瞬间对圆弧杆的弹力.
【详解】
(1)小球从 A 运动到 B,AB 两点为等势点,所以电场力不做功,由动能定理得:
mgR 1 cos 600
EKB
1 2
mvA2
代入数据解得:
EKB
5 6
mgR
(2)小球第一次过 A 时,由牛顿第二定律得:
N k Qq mg m vA2
R2
R
由题可知: N 8 mg 3
【答案】(1) E 3.75106 N/C (2)WF 1.25102 J (3) t 0.31s
【解析】
【详解】
(1)带电小球静止,受到合力等于零,电场力与重力的关系是:
Eq mg tan ,即 E mg tan q
代入数值计算得电场场强大小: E 3.75106 N / C
(2)小球在外力作用下从 B 位置缓慢移动到 A 位置过程中,根据动能定理有:
作用。开始运动瞬间,两小球间的库仑力为:
由牛顿第二定律可知,开始瞬间 可得:
kQq F 库 0 = r02
F 库 0-μmg=ma
F库0 2ng
因 M 做加速度减小的加速运动,所以当 F库 ng 速度最大,即:
所以
F库
1 2
F库 0
kQq l2
l 2r0
(2)小球 q 运动距离 r0 过程中由动能定理的得:
联立并代入数据解得:
由几何关系得,OC 间的距离为:
k
Qq R2
mg
r R 2 3R cos 30 3
小球在 C 点受到的库仑力大小 :
F库
k
Qq r2
k
Qq
2
23 3
R
联立解得
F库
=
3 4
mg
(3)从 A 到 C,由动能定理得:
W电
mgR Wf
0
1 2
mvA2
从 C 到 A,由动能定理得:
W电 mgR Wf
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一、必修第 3 册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)
1.如图所示,在沿水平方向的匀强电场中,有一长度 l=0. 5m 的绝缘轻绳上端固定在 O
点,下端系一质量 m 1.0102 kg、带电量 q 2.0108 C 的小球(小球的大小可以忽
略)在位置 B 点处于静止状态,此时轻绳与竖直方向的夹角 α=37°,空气阻力不计, sin37°=0. 6,cos37°=0. 8,g=10m/s2. (1)求该电场场强大小; (2)在始终垂直于轻绳的外力作用下将小球从 B 位置缓慢拉动到细绳竖直位置的 A 点, 求外力对带电小球做的功; (3)过 B 点做一等势面交电场线于 C 点(C 点未画出),使轻绳与竖直方向的夹角增大少 许(不超过 5°),再由静止释放,求小球从 C 点第一次运动到 B 点的时间,并写出分析求 解过程.
WF Eql sin mg(l l cos ) 0
所以WF
mg q
q sin
tan
mg(l
l cos )
代入数值解得电场场强大小:WF 1.25102 J
(3)分析受力可知:小球在运动过程中,重力和电场力的合力为恒力,大小为
F mg 5 mg cos 4
类比研究单摆的方法可知,小球的运动与单摆类似,回复力由上述合力沿圆周切向的分力
2.如图所示在粗糙绝缘的水平面,上有两个带同种正电荷小球 M 和 N,N 被绝缘座固定 在水平面上,M 在离 N 点 r0 处由静止释放,开始运动瞬间的加速度大小恰好为 μg。已知 静电常量为 k,M 和地面间的动摩擦因数为 μ,两电荷均可看成点电荷,且 N 的带电量为 Q,M 带电量为 q,不计空气阻力。则: (1)M 运动速度最大时离 N 的距离;
【答案】(1) 5 mgR
(2) 3 mg
(3) 2(8 3
3) mg
6
4
3
【解析】
【分析】
(1)由动能定理求出小球第一次到达 B 点时的动能.
(2)小球第一次过 A 点后瞬间,由牛顿第二定律和库仑定律列式.由几何关系得到 OC 间
的距离,再由库仑定律求小球在 C 点受到的库仑力大小.
(3)由动能定理求出小球返回 A 点前瞬间的速度,由牛顿运动定律和向心力公式求解小
1 2
mvA2
由题可知:W电
2 2
3 mgR
小球返回 A 点时,设细杆对球的弹力方向向上,大小为 N′,由牛顿第二定律得:
提供。因为从 C 到 B 的角度 θ 很小,进一步可知回复力与相对平衡位置的位移大小成正
比、方向相反,故小球的运动为简谐运动。
小球的运动可等效为在某个场强大小为 g 5 mg ,方向与竖直方向成 α 角斜向右下的场 4
中做简谐运动,其周期为
T 2 l 2 l
g
5g / 4
故从 C 到 B 最短的时间 t 1 T 0.1 0.31s 4
(2)已知 M 在上述运动过程中的最大位移为 r0,如果 M 带电量改变为 3 q,仍从离 N 点 r0 2
处静止释放时,则运动的位移为 r0 时速度和加速度各为多大?
【答案】(1) l
2r0 (2) v
gr0
,a
g 4
,方向水平向左
【解析】
【详解】
(1)以小球为研究对象,分析小球的受力情况,小球受到重力、支持力、摩擦力和库仑力
2
2r0 2
ma
a g 4
3.如图所示的绝缘细杆轨道固定在竖直面内,半径为 R 的 1/6 圆弧段杆与水平段杆和粗糙 倾斜段杆分别在 A、B 两点相切,圆弧杆的圆心 O 处固定着一个带正电的点电荷.现有一
质量为 m 可视为质点的带负电小球穿在水平杆上,以方向水平向右、大小等于 8 gR 的 3
速度通过 A 点,小球能够上滑的最高点为 C,到达 C 后,小球将沿杆返回.若∠ COB=30°,
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