高考物理電學部分典型題例析與探秘(一)

編輯: 逍遙路 關鍵詞: 高考復習 來源: 高中學習網


1、如圖1所示,A、B為平行金屬板,兩板相距為d,分別與電源兩極相連,兩板的中央各有小孔M、N。今有一帶電質點,自A板上方相距為d的P點由靜止自由下落(P、M、N三點在同一豎直線上),空氣阻力不計,到達N點時速度恰好為零,然后按原路徑返回。若保持兩板間的電壓不變,則:

A.      若把A板向上平移一小段距離,質點自P點下落仍能返回。 B.      若把B板向下平移一小段距離,質點自P點下落仍能返回。 C.      若把A板向上平移一小段距離,質點自P點下落后將穿過N孔繼續(xù)下落。 D.      若把B板向下平移一小段距離,質點自P點下落后將穿過N孔繼續(xù)下落。   分析與解:當開關S一直閉合時,A、B兩板間的電壓保持不變,當帶電質點從M向N運動時,要克服電場力做功,W=qUAB ,由題設條件知:帶電質點由P到N的運動過程中,重力做的功與質點克服電場力做的功相等,即:mg2d=qUAB   若把A板向上平移一小段距離,因UAB保持不變,上述等式仍成立,故沿原路返回,應選A。   若把B板下移一小段距離,因UAB保持不變,質點克服電場力做功不變,而重力做功增加,所以它將一直下落,應選D。 由上述分析可知:選項A和D是正確的。   想一想:在上題中若斷開開關S后,再移動金屬板,則問題又如何?(選A、B)。

2、兩平行金屬板相距為d,加上如圖2(b)所示的方波形電壓,電壓的最大值為U0,周期為T,F有一離子束,其中每個離子的質量為m,電量為q,從與兩板等距處沿著與板平行的方向連續(xù)地射入兩板間的電場中。設離子通過平行板所需的時間恰為 T(與電壓變化周期相同),且所有離子都能通過兩板間的空間打在右端的熒光屏上。試求:離子擊中熒光屏上的位置的范圍。(也就是與O’點的最大距離與最小距離)。重力忽略不計。


分析與解:
  各個離子在電場中運動時,其水平分運動都是勻速直線運動,而經過電場所需時間都是T,但不同的離子進入電場的時刻不同,由于兩極間電壓變化,因此它們的側向位移也會不同。

當離子在t=0,T,2T……時刻進入電場時,兩板間在T/2時間內有電壓U0,因而側向做勻加速運動,其側向位移為y1,速度為V。接著,在下一個T/2時間內,兩板間沒有電壓,離子以V速度作勻速直線運動,側向位移為y2,如圖2-3所示。這些離子在離開電場時,側向位移有最大值,即(y1+y2)。

當離子在T=t/2,3/2T,5/2T……時刻進入電場時,兩板間電壓為零,離子在水平方向做勻速直線運動,沒有側向位移,經過T/2時間后,兩板間有電壓U0,再經過T/2時間,有了側向位移y1,如圖2-3所示。這些離子離開電場時有側向位移的最小值,即y1。

當離子在上述兩種特殊時刻之外進入電場的,其側向位移值一定在(y1+y2)與y1之間。根據上述分析就可以求出側向位移的最大值和最小值。  
    所以,離子擊中熒光屏上的位置范圍為:

3、如圖3所示,R1=R2=R3=R4=R,電鍵S閉合時,間距為d的平行板電容器C 的正中間有一質量為m,帶電量為q的小球恰好處于靜止狀態(tài);電鍵S斷開時,小球向電容器一個極板運動并發(fā)生碰撞,碰撞后小球帶上與極板同種性質的電荷。設碰撞過程中沒有機械能損失,小球反彈后恰好能運動到電容器另一極板。若不計電源內阻,求:(1)電源的電動勢,(2)小球與極板碰撞后的帶電量。
 

分析與解:(1)電鍵S閉合時,R1、R3并聯與R4串聯,(R2中沒有電流通過)

UC=U4=(2/3)ε 對帶電小球有:mg=qE=qUC/d=(2/3)qε/d 得:ε=(3/2)mgd/q (2)電鍵S斷開后,R1、R4串聯,則UC’=ε/2=(3/4)mgd/q  [1] 小球向下運動與下極板相碰后,小球帶電量變?yōu)閝’,向上運動到上極板,全過程由動能定理得:mgd/2-qUC’/2-mgd+q’UC’=0  [2] 由[1][2]式解得:q’=7q/6。

4、如圖4所示為矩形的水平光滑導電軌道abcd,ab邊和cd邊的電阻均為5R0,ad邊和bc邊長均為L,ad邊電阻為4R0,bc邊電阻為2R0,整個軌道處于與軌道平面垂直的勻強磁場中,磁感強度為B。軌道上放有一根電阻為R0的金屬桿mn,現讓金屬桿mn在平行軌道平面的未知拉力F作用下,從軌道右端以速率V勻速向左端滑動,設滑動中金屬桿mn始終與ab、cd兩邊垂直,且與軌道接觸良好。ab和cd邊電阻分布均勻,求滑動中拉力F的最小牽引功率。

分析與解:mn金屬桿從右端向左端勻速滑動切割磁感線產生感應電動勢,mn相當于電源,其電路為內電路,電阻為內電阻。當外電阻最大時,即當mn滑到距離ad=(2/5)ab時,此時電阻Rmadn=Rmbcn=8R0時,外阻最大值Rmax=4R0,這時電路中電流最小值:Imin=ε/(Rmax+r)=BLV/(4R0+R0)=BLV/5R0   所以,Pmin=FminV=BLIminV=BLVBLV/5R0=B2L2V2/5R0

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