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        1. 如圖所示,電源電動(dòng)勢(shì)為ε,內(nèi)阻為r,滑動(dòng)變阻器總阻值為3r,間距為d的兩平行金屬板AB、CD豎直放置,閉合電鍵S時(shí),板間電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng).板間有一長(zhǎng)為L(zhǎng)的絕緣細(xì)輕桿,能繞水平固定轉(zhuǎn)軸O在豎直面內(nèi)無(wú)摩擦轉(zhuǎn)動(dòng),桿上端固定質(zhì)量為m、帶電量為+q的金屬小球a,下端固定質(zhì)量為2m、帶電量為-q的金屬小球b,已知Ob=2Oa,并且q=,兩帶電小球可視為點(diǎn)電荷,不影響勻強(qiáng)電場(chǎng)的分布,兩電荷間相互作用力不計(jì),重力加速度為g.現(xiàn)調(diào)節(jié)滑片P使其位于滑動(dòng)變阻器的中點(diǎn),閉合電鍵S,待電場(chǎng)穩(wěn)定后:
          (1)求兩極板間電場(chǎng)強(qiáng)度E的表達(dá)式;
          (2)將輕桿從如圖位置順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)θ時(shí)(θ<360°)由靜止釋放,輕桿恰能靜止,求θ;
          (3)若將輕桿從如圖位置由靜止釋放,輕桿將繞軸O順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),求小球a運(yùn)動(dòng)的最大速度.

          【答案】分析:(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律求得金屬板間的電壓,再根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差的關(guān)系求解即可;
          (2)輕桿靜止時(shí)滿足力矩平衡,根據(jù)力矩平衡列方程可解;
          (3)由(2)確定的力矩平衡位移,小球運(yùn)動(dòng)速度最大時(shí)處于力矩平衡處,然后根據(jù)動(dòng)能定理求解小球的最大速度.
          解答:解:(1)由題意可知,當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片位于變阻器中點(diǎn)時(shí),閉合電鍵S,平行金屬板間的電壓
          U=代入數(shù)據(jù)有:

          又因?yàn)槠叫薪饘侔彘g是勻強(qiáng)電場(chǎng),根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差的關(guān)系有:
          E==
          (2)輕桿恰能靜止時(shí)所受力矩平衡,
          兩小球所受重力的力矩為反方向,且M重a<M重b
          兩小球所受電場(chǎng)力的力矩為同方向,
          因此力矩平衡時(shí)則有:M重a+M電a+M電b=M重b
          mgsinθ×L+Eqcosθ×L+Eqcosθ×L=2mgsinθ×L
          又因?yàn)镋q=mg
          可解得θ=37°或217°
          (3)由(2)分析知小球P運(yùn)動(dòng)的速度最大時(shí)輕桿與豎直方向夾角為37°,因?yàn)橥瑮U轉(zhuǎn)動(dòng),所以有:
          vb=2va
          由動(dòng)能定理得:
          mva 2+2mvb 2-0=mgL (1-cos37°)+EqLsin37°+EqLsin37°-2mgL (1-cos37°) 
          可解出va=
          答:(1)求兩極板間電場(chǎng)強(qiáng)度E的表達(dá)式為;
          (2)將輕桿從如圖位置順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)θ時(shí)(θ<360°)由靜止釋放,輕桿恰能靜止,θ=37°或217°;
          (3)若將輕桿從如圖位置由靜止釋放,輕桿將繞軸O順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),求小球a運(yùn)動(dòng)的最大速度
          點(diǎn)評(píng):本題考查閉合電路歐姆定律、勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差的關(guān)系、力矩平衡、和動(dòng)能定理相關(guān)知識(shí),涉及知識(shí)點(diǎn)較多,題目偏難.
          練習(xí)冊(cè)系列答案
          相關(guān)習(xí)題

          科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

          (2011?靜安區(qū)一模)如圖所示,電源電動(dòng)勢(shì)E=50V,內(nèi)阻r=1Ω,R1=30Ω,R2=60Ω.間距d=0.2m的兩平行金屬板M、N水平放置,閉合開(kāi)關(guān)S,板間電場(chǎng)視為勻強(qiáng)電場(chǎng).板間豎直放置一根長(zhǎng)也為d的光滑絕緣細(xì)桿AB,有一個(gè)穿過(guò)細(xì)桿的帶電小球p,質(zhì)量為m=1×10-2kg、電荷量為q=+1×10-3C(可視為點(diǎn)電荷,不影響電場(chǎng)的分布),現(xiàn)將小球p從桿的頂端A處由靜止釋放,小球p沿桿向下運(yùn)動(dòng)到桿的中點(diǎn)O時(shí),速度為v=2m/s.求:
          (1)AO兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UAO;
          (2)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為Rx

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          科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

          如圖所示,電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)電阻為r.當(dāng)滑動(dòng)變阻器的觸片P從右端滑到左端時(shí),發(fā)現(xiàn)電壓表V1、V2示數(shù)變化的絕對(duì)值分別為△U1和△U2,下列說(shuō)法中正確的是( 。

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          科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

          如圖所示,電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)電阻為r.兩電壓表可看作是理想電表,當(dāng)閉合開(kāi)關(guān),將滑動(dòng)變阻器的觸片由右端向左滑動(dòng)時(shí),下列說(shuō)法中正確的是( 。

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          科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

          精英家教網(wǎng)如圖所示,電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)電阻為r,L為小燈泡(其燈絲電阻可視為不變),R1和R2為定值電阻,R3為光敏電阻,其阻值的大小隨照射光強(qiáng)度的增強(qiáng)而減。]合開(kāi)關(guān)S后,將照射光強(qiáng)度增強(qiáng),則(  )
          A、電路的路端電壓將增大B、燈泡L將變暗C、R1兩端的電壓將增大D、內(nèi)阻r上發(fā)熱的功率將增大

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          科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

          精英家教網(wǎng)如圖所示,電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)電阻為r,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的觸片P從右端滑到左端時(shí),發(fā)現(xiàn)電壓表V1、V2示數(shù)為U1、U2,示數(shù)變化的絕對(duì)值分別為△U1和△U2,電流表的示數(shù)為I,電流表示數(shù)變化的絕對(duì)值為△I,下列說(shuō)法中正確的是( 。
          A、小燈泡L1、L2變暗,L3變亮
          B、小燈泡L3變暗,L1、L2變亮
          C、△U1<△U2
          D、
          U1
          △I
          不變,
          U2
          △I
          不變

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