(16分)小车上有一个固定支架，支架上用长为的绝缘细线悬挂质量为m、电量为q的小球，处于水平方向的匀强电场中。小车在距离矮墙x处，向着矮墙从静止开始做加速度a匀

题文

(16分)小车上有一个固定支架，支架上用长为

的绝缘细线悬挂质量为m、电量为q的小球，处于水平方向的匀强电场中。小车在距离矮墙x处，向着矮墙从静止开始做加速度a匀加速运动，此时，细线刚好竖直，如图所示。当小车碰到矮墙时，立即停止运动，且电场立刻消失。已知细线最大承受拉力为7mg。



⑴求匀强电场的电场强度；
⑵若小球能通过最高点，写出最高点时细线的拉力与x的关系式；
⑶若要使细线不断裂也不松弛，确定x的取值范围。

题型：未知 难度：其他题型

答案

⑴E＝

；⑵T＝

－5mg；⑶x≤

或

≤x≤

点击查看匀变速直线运动知识点讲解,巩固学习

解析

⑴对小球受重力mg、细线的拉力T和电场力qE作用，根据牛顿第二定律可知qE＝ma
解得匀强电场的电场强度为：E＝


⑵根据匀变速直线运动规律可知，当小车碰到矮墙瞬间小球的速度为：v₁＝


小车停止运动后，小球受mg、细线的拉力T作用，在竖直平面内做圆周运动，此时只有重力mg做功，根据动能定理有：－2mgL＝

－


在小球运动至圆轨迹最高点时，根据牛顿第二定律和向心力公式有：T＋mg＝


联立以上各式解得：T＝

－5mg
⑶若小球仅在下半圆周内摆动，则：mgL≥


解得：x≤


此情况中，在最低点有：T－mg＝


解得：T＝3mg＜7mg，符合题意要求
若小球完成完整的圆周运动，则：T₂＝

－5mg≥0
且：T₁＝

＋mg≤7mg
联立以上各式解得：

≤x≤


所以要使细线不断裂也不松弛， x的取值范围为：x≤

或

≤x≤

考点

据考高分专家说，试题“(16分)小车上有一个固定支架，支架上用.....”主要考查你对 [匀变速直线运动 ]考点的理解。

匀变速直线运动

定义：
在任意相等的时间内速度的变化相等的直线运动，即加速度恒定的变速直线运动叫匀变速直线运动。

特点：
a=恒量。

匀变速直线运动规律(基本公式)：
速度公式：v=

位移公式：x=
速度平方公式：
位移公式：x=
速度平方公式：

位移—平均速度关系式：x=

匀变速直线运动的几个重要推论：

1. 在任意两个连续相等的时间间隔内通过的位移之差为一恒量，即：S_Ⅱ－S_Ⅰ＝S_Ⅲ－S_Ⅱ＝…＝S_N－S_N－1＝ΔS＝
   

   匀变速直线运动的几个重要推论：

   1. 在任意两个连续相等的时间间隔内通过的位移之差为一恒量，即：S_Ⅱ－S_Ⅰ＝S_Ⅲ－S_Ⅱ＝…＝S_N－S_N－1＝ΔS＝
      (此公式可以用来判断物体是否做匀变速直线运动)。进一步推论：S_n＋m－S_n＝
      ，其中S_n、S_n＋m分别表示第n段和第(n＋m)段相等时间内的位移，T为相等时间间隔。
   2. 某段时间内的平均速度，等于该段时间的中间时刻的瞬时速度，即。
   3. 某段位移中点的瞬时速度等于初速度v₀和末速度v平方和一半的平方根，即v_s/2＝，其中S_n、S_n＋m分别表示第n段和第(n＋m)段相等时间内的位移，T为相等时间间隔。
   4. 某段时间内的平均速度，等于该段时间的中间时刻的瞬时速度，即。
   5. 某段位移中点的瞬时速度等于初速度v₀和末速度v平方和一半的平方根，即v_s/2＝
      。

   null

   null

   null