19.如圖所示,MN、PQ為水平放置、相距為d的兩平行金屬板,兩板間電壓為U,且上板帶正電,板MN中央有一個小孔O,板間電場可認為勻強電場.AB是一根長為L(L<d)、質(zhì)量為m的均勻帶負電的絕緣細桿.現(xiàn)將桿下端置于O處,然后將桿由靜止釋放,桿運動過程中始終保持豎直.當桿下落$\frac{L}{3}$時速度達到最大.重力加速度為g.求:
(1)細桿帶電荷量;
(2)桿下落的最大速度;
(3)在桿下落過程中,桿克服電場力做功的最大值.

分析 (1)根據(jù)重力與電場力相等,與電場強度公式,即可求解細桿帶電荷量;
(2)根據(jù)運動定理,即可求解桿下落的最大速度;
(3)根據(jù)動能定理,即可確定克服電場力做的功.

解答 解:(1)設桿的帶電量為q,板間電場強度為E.桿下落$\frac{L}{3}$時,a=0,則:mg=$\frac{1}{3}$qE
由勻強電場公式可得:E=$\frac{U}exp8h4w$
聯(lián)立解得:q=$\frac{3mgd}{U}$;
(2)桿下落$\frac{L}{3}$時,速度最大,由動能定理得:mg×$\frac{L}{3}$-$\frac{1}{3}$qE×($\frac{1}{2}$×$\frac{L}{3}$)=$\frac{1}{2}$mvm2
代入電荷量解得:vm=$\sqrt{\frac{gL}{3}}$;
(3)當桿下落速度為零時,桿克服電場力做功最大,設此時桿下落距離為h,則:mgh-$\frac{h}{L}$×qE×$\frac{h}{2}$=0
解得:h=$\frac{2L}{3}$
桿克服電場力做功的最大值為:W=$\frac{h}{L}$×qE×$\frac{h}{2}$=$\frac{2}{3}$mgL.
答:(1)細桿帶電荷量為$\frac{3mgd}{U}$;
(2)桿下落的最大速度為$\sqrt{\frac{gL}{3}}$;
(3)在桿下落過程中,桿克服電場力做功的最大值為$\frac{2}{3}$mgL.

點評 考查電場強度的公式、動能定理的應用.使用動能定理解題時要特別注意如何確定力做功的正負.本題中桿下落的最大速度和桿克服電場力做功的最大值的條件是解答的關鍵.

練習冊系列答案
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7.圖示兩個相同的帶電小球AB (可視為點電荷).質(zhì)量分別是m1、m2、電量分別是q1、q2,用長度相同的細線拴住并懸掛在同一點.靜止時兩懸線與豎直方向夾角相同.則關于m1與m2.q1與q2的關系正確的是( 。
A.q1=q2,m1<m2B.q1<q2,m1﹦m2C.q1<q2,m1<m2D.q 1>q2,m1>m2

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10.一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,t=0時刻的波形如圖中實線所示,質(zhì)點P的坐標為(4,0),t=0.4s時的波形如圖中虛線所示.若2T<t<3T,波的傳播速度為45m/s;若T>0.4 s,當t=1.0 s時,P點的坐標為(4m,-$\frac{\sqrt{2}}{10}$m).

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7.如圖所示,導體棒CD放在光滑水平金屬導軌上,已知勻強磁場的磁感應強度為 0.4T,方向垂直紙面向里,導體棒長度與導軌寬度恰相等,L=20cm,導體棒的電阻r=10Ω,外接電阻R=30Ω.不計金屬導軌的電阻.當用水平拉力F拉著CD棒以10m/s的速度向右勻速運動時,求:
(1)流經(jīng)CD棒的電流大小及方向;
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14.x軸上有兩個點電荷Q1和Q2,Q1和Q2之間連線上各點電勢高低如圖曲線所示(|AP|>|PB|),取無窮遠處電勢為0,從圖中可以看出( 。
A.Q1的電荷量一定大于Q2的電荷量
B.Q1和Q2一定是同種電荷
C.P點電場強度為0
D.Q1和Q2之間連線上各點電場方向都指向Q1

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4.如圖所示,A、B兩物體的質(zhì)量分別為2m和m,靜止疊放在水平地面上.A、B間的動摩擦因數(shù)為μ,B與地面間的動摩擦因數(shù)為$\frac{1}{2}$μ.最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,重力加速度為g.現(xiàn)對A施加一水平拉力F,則(  )
A.當F<2μmg時,A、B都相對地面靜止
B.當F=$\frac{5}{2}$μmg時,A的加速度為$\frac{1}{3}$μg
C.當F>3μmg時,A相對B滑動
D.無論F為何值,B的加速度不會超過$\frac{1}{2}$μg

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11.如圖所示,一個絕緣光滑半圓環(huán)軌道放在豎直向下的勻強電場E中,在環(huán)的上端A,一個質(zhì)量為m、電量為+q的小球由靜止開始沿軌道運動,則(  )
A.小球無法到達與A等高的B點
B.小球在運動過程中,其機械能與電勢能總和保持不變
C.小球經(jīng)過環(huán)的最低點C時速度最大
D.在最低點C,球對環(huán)的壓力大小為 2(mg+qE)

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8.如圖所示,在海濱游樂場里有一種滑沙運動,某人坐在滑板上從斜坡的高處A點由靜止開始滑下,滑到斜坡底端B點后,沿水平的滑道再滑行一段距離到C點停下來.若某人和滑板的總質(zhì)量m=60.0kg,滑板與斜坡滑道和水平滑道間的動摩擦因數(shù)均為μ=0.50,斜坡的傾角θ=37°(sin37°=0.6,cos37°=0.8),斜坡與水平滑道間是平滑連接的,整個運動過程中空氣阻力忽略不計,重力加速度g取10m/s2.求:
(1)人從斜坡上滑下的加速度為多大?
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B.甲乙兩球距離越來越大,甲乙兩球速度之差也越來越大
C.甲乙兩球距離始終保持不變,甲乙兩球速度之差保持不變
D.甲乙兩球距離越來越大,甲球比乙球速度變化快

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