高中 | 带电粒子在等效重力场中的运动 题目答案及解析

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选修3-1

第一章 静电场

1.9 带电粒子在电场中的运动

带电粒子在等效重力场中的运动

如图所示,场强为$E$的匀强电场方向竖直向下,所带电荷量为$-q$,质量为$m$的带电小球用长为$L$的绝缘细线拴住,小球可以在竖直平面内绕О做圆周运动,$A$$B$分别是轨迹的最高点和最低点。已知小球静止时的位置是$A$点,重力加速度大小为$g$,小球可以看成质点,下列说法正确的是$(\qquad)$

["

若小球静止在$A$点时给球一垂直绳的极小速度,则小球经$\\pi\\sqrt{\\dfrac{mL}{qE-mg}}$再次回到$A$

","

若小球静止在$A$点时给球一垂直绳的极小速度,则小球经$\\pi\\sqrt{\\dfrac{mL}{qE}}$再次回到$A$

","

若小球恰好可以做完整的圆周运动,则小球通过$A$点时速度最小值为$\\pi\\sqrt{\\dfrac{5qEL}{m}}$

","

若小球恰好可以做完整的圆周运动,则小球通过$A$点时速度最小值为$v_{A}=\\sqrt{\\dfrac{5(qE-mg)L}{m}}$

"]
[["AD"]]

$\rm AB$.小球在复合场中做简谐振动,对其受力分析可知$qE−mg=mg'$

解得$g'=\dfrac{qE-mg}{m}$

将小球的简谐振动类比于单摆,可知其振动周期$T=2\pi\sqrt{\dfrac{L}{g'}}=2\pi\sqrt{\dfrac{mL}{qE-mg}}$

小球再次回到$A$点时需半个周期的时间,即$t=\dfrac{1}{2}T=\pi\sqrt{\dfrac{mL}{qE-mg}}$

$\rm A$正确,$\rm B$错误;

$\rm CD$.设小球在$B$点的速度为$v_{B}$,则有$qE-mg=m\dfrac{v_{B}^{2}}{L}$

根据动能定理可得$(qE-mg) \cdot 2L=\dfrac{1}{2}mv_{A}^{2}-\dfrac{1}{2}mv_{B}^{2}$

联立上述各式解得$v_{A}=\sqrt{\dfrac{5(qE-mg)L}{m}}$

$\rm C$错误,$\rm D$正确。

故选:$\rm AD$

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如图,竖直平面内有一光滑绝缘轨道,取竖直向上为轴正方向,轨道形状满足曲线方程。质量为、电荷量为()的小圆环套在轨道上,空间有与轴平行的匀强电场,电场强度大小,圆环恰能静止在坐标()处,不计空气阻力,重力加速度大小取 。若圆环由()处静止释放,则 将一游戏装置放置在大小为,方向竖直向下的匀强电场中,该装置的轨道倾角可以改变,当倾角为时,质量为、带电量为的绝缘物块恰好能沿着轨道匀速下滑。现将倾角调为,使物块从某高处由静止下滑,一段时间后物块无碰撞地进入光滑水平面,与质量为、带电量也为的绝缘物块(被一根绳子悬挂,与水平面接触但不挤压)发生弹性正碰,碰后、各自的电量不变且恰好能做完整的圆周运动,已知绳长为,取重力加速度大小为。求: 如图,质量为、带电荷量为的小金属块以初速度从光滑绝缘水平高台上飞出。已知在足够高的高台边缘右面空间中存在水平向左的匀强电场,场强大小。则 如图所示,三个完全相同的半圆形光滑绝缘轨道竖直放置,图乙、图丙分别置于匀强磁场和匀强电场中,轨道两端点在同一高度上。现将、、三个相同的带正电小球同时从轨道左端的最高点由静止释放,小球均能经过轨道最低点。已知小球的带电荷量不会发生变化,则、、三个小球 如图,在竖直平面内,一半径为的光滑圆弧轨道与光滑水平轨道相切于点,为圆弧轨道的直径,为圆心,和之间的夹角。整个装置处于水平向右的匀强电场中。一质量为、电荷量为的带电小球(可视为质点)可以在圆弧轨道上的点保持静止。现将该带电小球从水平轨道某点静止释放,小球经点沿圆弧轨道恰好能通过点。已知重力加速度大小为,。求: 如图所示,半径为的内壁光滑的绝缘轨道沿竖直方向固定,整个空间存在与水平方向成的匀强电场,其电场强度大小为,图中、两点与圆心等高,、分别为圆轨道的最高点和最低点,、两点分别为弧和弧的中点。一质量、电荷量为的小球在圆轨道内侧的点获得一初速度,结果小球刚好能在圆轨道内做完整的圆周运动,规定点的电势为,重力加速度为。下列说法正确的是
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