一、能量的轉化問題:
1、小滑塊沿固定在水平地面的斜面底端以100j的動能衝上斜面,滑至某一點時,動能減少了80j,重力勢能增加了60j,繼續上滑一段距離後又返回底端,求返回時的動能。
分析和計算:
設a到b動能減少了80j,重力勢能增加了△epab=60j,由此可知這一過程中,滑塊克服摩擦力做功wfab=fsab=20j,滑塊運動到c點速度為0。由右圖可知,直角三角形△abd和△bce相似,則 。
上式分子和分母分別乘以f和mg有:
。經b點時滑塊還有動能20j,故它從b運動到c的過程中以按1:3的比例轉化能量,即增加勢能
△epbc= ekb=15j,故滑塊上公升過程中需克服摩擦力做功wfac=25j,返回a的過程中,滑塊受到的摩擦力大小不變,方向沿斜面向上,仍需克服摩擦力做功25j,因此由a到c再返回a的全過程,wf總=50j,返回a點滑塊還有動能50j。
2、如圖,光滑的水平地面放置a、b兩個木塊,ma=3kg,mb=2kg,中間用彈簧相連。a置於牆角,現用力推b,當彈簧具有8j彈性勢能時突然撤去外力,將b由靜止釋放,求:(1)b能達到的最大速度多大?
(2)a離開牆壁後,彈簧具有的彈性勢能的最大值。
分析和計算:
撤去f後b開始在彈簧彈力作用下加速運動,直到a恰離開牆時速度達到最大,這一過程中,彈簧逐漸恢復原長,彈性勢能在a開始運動時全部轉化為b的動能。
故有:ep= mbvb2,所以 。
a離開牆後,在彈力作用下開始加速,b則減速,這一過程中彈簧不斷伸長,直到a、b速度大小相等時,彈簧有最大的伸長,彈性勢能達到最大。這是動量守恆的過程。
故有mbvb=(ma+mb)vab,
此時彈簧的最大彈性勢能等於系統動能的減少量,
二、電路的分析和計算:
1、如右圖所示,當滑動變阻器r4的滑片p向下滑動過程中,電壓表v1和v2及電流錶a的示數如何變化?
分析:滑片p向下滑動,滑動變阻器接入電路的電阻減小,因此電路中的總電阻減小,幹路電流i1、i2增大,故i2r2增大,v1表的示數增大。電池兩端電壓u=ε-i1·r,隨i1增大u減小,v2表的示數u2=u-i1r1,則u2減小。通過r2流入r3、r4併聯電路的總電流i2增大,併聯部分的電壓u並=u2-i2r2,u並減小,故r3中的電流i3減小。
電流錶a中示數i4=i2-i3,i4增大。
2、如圖所示電路,由電阻r1、r2和電容器c組成電路,電池內阻不計,電動勢e=10v,r1=4ω,r2=6ω,c=30μf,求:
(1)閉合開關s,求穩定後r1中的電流強度。
(2)斷開開關s,求這以後通過r1的總電量δq。
分析和計算:
(1)閉合開關s且穩定後電容器極板電量不再變化,電流依次通過r1和r2,則 。
(2)斷開s之前,電容器兩極板電壓uc=ir2=6v,斷開s後達到穩定狀態,電容器兩極板電壓等於電源電動勢。故在達到穩定狀態之前,電源要通過電阻r1向電容器c充電,因此δq=δu·c=(10-6)×30×10-6=1.2×10-4c
三、靜電場中的幾個問題:
1、勻強電場中有a、b、c三點,這三點的電勢ua=16v,ub=4v,uc=-2v,畫出這三點所在的等勢面和電場線的分布情況。
分析及作圖:
由題目條件可知uab=12v,ubc =6v,故將ab的虛線連線,並將ab四等分,每份長度對應了3v電勢差,ud=7v,uf=10v,將bc以虛線連線,並將bc平分,則ue=1v。分別以實線連線de、fc,並做出它們的平行線表示電場線,方向為斜向下,沿電場線是電勢降落最快的方向。再分別過a、b、c三點做出電場線的垂線表示等勢面。
2、水平向左的勻強電場中,有垂直於紙面向裡的勻強磁場,電場強度為e,磁感應強度為b,場中有一固定的豎直放置的絕緣杆,桿上穿過乙個質量為m,帶有負電q的小球。小球與絕緣桿間的動摩擦因數為μ。若小球由靜止下落,且杆足夠長,求它沿杆加速滑動達到的最終速度多大?
分析和計算:
右圖為小球向下運動過程中的受力情況,豎直向下的重力mg,豎直向上的摩擦力f1,水平向右的電場力qe,水平向左的洛侖茲力f2。
這裡需要注意的是杆對小球的壓力n的大小和方向的變化,當小球速度不太大時,即f2qe,這時n水平向右,且隨速度增大而增大。f1也不斷增大。當f1=mg時,小球達到最大速度vm,這時小球開始勻速下落。
由以上分析可知:f1=mg
f1=μn
n=f2-qe
f2=bqvm
通過以上各式可求得 。
高三複習經驗
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