如图所示,光滑绝缘的细圆管弯成半径为R的半圆形,固定在竖直面内,管口B、C的连线水平,在BC下方有一水平向右的匀强电场,整个半圆细管均处在电场中。质量为m、荷量为q的带正电小球从B点正上方的A点自由下落,A、B两点间的距离为2R。当小球到达圆管的最低点P时,对下方管壁的压力大小等于其重力的9倍。重力加速度为g。
求:(1)匀强电场的电场强度大小。
(2)小球在管中运动的最大动能。
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(8分)一辆质量为2t的汽车,其发动机的额定功率是75kw,当它在水平公路上匀速行驶时最大速度可达25m/s,设汽车阻力不变,问:
(1)当汽车以20m/s的速度匀速行驶时,发动机输出功率是多少?
(2)当汽车以额定功率行驶,加速度a=2.25m/s2时,汽车的速度多大?
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在方向水平的匀强电场中,绝缘细线的一端连着一个质量为m的带电小球,另一端悬挂于O点。将小球拿到A点(此时细线与电场方向平行)无初速释放,已知小球摆到B点时速度为零,此时细线与竖直方向的夹角为θ=30°,求:
(1)小球速度最大的位置。
(2)小球速度最大时细线对小球的拉力。
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(12分)如图所示,水平绝缘轨道AB与处于竖直平面内的半圆形绝缘光滑轨道BC平滑连接,半圆形轨道的半径R=0.40m。轨道所在空间存在水平向右的匀强电场,电场强度E=1.0×104 N/C。现有一电荷量q=+1.0×10-4C,质量m="0.10" kg的带电体(可视为质点),在水平轨道上的P点由静止释放,带电体运动到圆形轨道最低点B时的速度vB=5.0m/s。已知带电体与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.50,重力加速度g=10m/s2。求:
(1)带电体运动到圆形轨道的最低点B时,圆形轨道对带电体支持力的大小;
(2)带电体在水平轨道上的释放点P到B点的距离L1;
(3)带电体第一次经过C点后,落在水平轨道上的位置到B点的距离L2。
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(15分)如图所示,水平光滑绝缘轨道MN的左端有一固定绝缘挡板,轨道所在空间存在水平向左、E=4×102N/C的匀强电场。一个质量m=0.2kg、带电荷量q=5.0×10-5C的滑块(可视为质点),从轨道上与挡板相距x1=0.2m的P点由静止释放,滑块在电场力作用下向左做匀加速直线运动。当滑块与挡板碰撞后滑块沿轨道向右做匀减速直线运动,运动到与挡板相距x2=0.1m的Q点,滑块第一次速度减为零。若滑块在运动过程中,电荷量始终保持不变,求:
(1)滑块由静止释放时的加速度大小a;
(2)滑块从P点第一次达到挡板时的速度大小v;
(3)滑块与挡板第一次碰撞的过程中损失的机械能ΔE。
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(10分)如图所示,A、B为一对平行板,板长为L,两板距离为d,板间区域内充满着匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里,一个质量为m,带电荷量为+q的带电粒子自静止开始经M、N两平行金属板间的电场加速后,从A、B两板的中间沿垂直于磁感线的方向射入磁场。(不计粒子的重力)求:
(1)若粒子的初速度为0,M、N两板间的电压为U,求射出电场时粒子的速度?
(2)粒子以上述速度射入匀强磁场后做圆周运动的半径是多大?
(3)MN两极板间的电压U应在什么范围内,粒子才能从磁场内射出?
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(10分)如图所示,光滑绝缘的细圆管弯成半径为R的半圆形,固定在竖直面内、管口B、C的连线是水平直径,现有一带正电小球(可视为质点)从B点正上方的A点自由下落,A、B两点间距离为4R,从小球进入管口开始,整个空间中突然加上一个匀强电场,电场力在竖直方向的分力与重力大小相等、方向相反,结果小球从管口C处脱离圆管后,其运动轨迹经过A点,设小球在运动过程中电荷量不变,重力加速度为g.求:
(1)小球到达B点的速度大小;
(2)小球受到的电场力的大小和方向;
(3)小球经过管口C处时对圆管壁的压力.
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如图所示,在光滑水平地面上有一固定的挡板,挡板左端固定一个轻弹簧。现有一质量M=3kg,长L=4m的小车AB(其中为小车的中点,部分粗糙,部分光滑)一质量为m=1kg的小物块(可视为质点),放在车的最左端,车和小物块一起以4m/s的速度在水平面上向右匀速运动,车撞到挡板后瞬间速度变为零,但未与挡板粘连。已知车部分的长度大于弹簧的自然长度,弹簧始终处于弹性限度内,小物块与车部分之间的动摩擦因数为0.3,重力加速度。求:
(1)小物块和弹簧相互作用的过程中,弹簧具有的最大弹性势能;
(2)小物块和弹簧相互作用的过程中,弹簧对小物块的冲量;
(3)小物块最终停在小车上的位置距端多远。
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质量均为m的三个带电小球A、B、C放置在光滑绝缘的水平面上,相邻球间的距离均为L,A球带电量qA=+10q;B球带电量qB=+q.若在C球上加一个水平向右的恒力F,如图所示,要使三球能始终保持L的间距向右运动,则:
(1)C球带电性质是什么?
(2)外力F为多大?
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