如图所示.两块带有等量异种电荷的平行金属板分别固定在长L=1 m的光滑绝缘板的两端.组成一带电框架.框架右端带负电的金属板上固定着一根原长L0=0.5 m的绝缘轻弹簧.框架的总质量M=9 kg.由于带电.两金属板间存在U=4×104 V的高电压.现用一质量m=1 kg.电荷量q=+2.5×10-3 C的带电小球(可看成质点.且不影响金属板问的匀强电场)将弹� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

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如图所示，两块带有等量异种电荷的平行金属板分别固定在长L=1 m的光滑绝缘板的两端，组成一带电框架，框架右端带负电的金属板上固定着一根原长L0=0.5 m的绝缘轻弹簧，框架的总质量M=9 kg，由于带电，两金属板间存在U=4×104 V的高电压。现用一质量m=1 kg，电荷量q=+2.5×10-3 C的带电小球(可看成质点，且不影响金属板问的匀强电场)将弹簧压缩△L=0.2 m后用轻质细线拴住，使整个装置在光滑水平面上以v=1 m／s的速度向右运动，运动中因拴小球的细线突然断裂而使小球被弹簧弹开，小球被弹簧弹开瞬间获得的速度大小v1=8 m／s，方向向左。不计一切摩擦，且系统电势能的变化量等于小球所受电场力和小球相对于电场沿电场方向发生位移的乘积。

(1)求小球被弹簧弹开的瞬间，框架的速度；

(2)求小球被弹簧弹开的过程中，弹簧释放的弹性势能；

(3)通过分析计算回答：在细线断裂以后的运动中，小球能否与左端金属板发生接触?

(1)设小球被弹簧弹开的瞬间，框架的速度为v₂，此时弹簧刚好恢复原长

由动量守恒定律有Mv₂-mv₁=(m+M)v₀

解得v₂=2 m/s

方向向右

(2)设弹簧释放的弹性势能为Ep，由功能关系得

代入数据后解得E_p=65 J

(3)当小球与框架速度再次相等时，小球相对框架位移最大，根据动量守恒，此时两者共同速度仍为v₀，设从小球被弹开到两者速度再次相等，小球对地位移为s₁，框架对地位移为s₂，根据动能定理有

代入数值解得：

s₁=31.5 cm(向左)，s₂=13.5 cm(向右)

小球被弹开时距框架左侧的距离为L-L₀=0.5 m

因s₁+s₂=0.45 m＜0.5 m，故小球不会碰到左侧金属板

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相关习题

科目：高中物理 来源： 题型：

如图所示，带有等量异种电荷的两块等大平行金属板M、N水平正对放置，两板间有一带电粒子以速度v₀沿直线运动，当微粒运动到P点时，将M板迅速上移一小段距离，则此后微粒的可能运动情况是（　　）

A．方向不变沿轨迹①直线运动

B．方向改变沿轨迹②直线运动

C．沿轨迹③曲线运动

D．沿轨迹④曲线运动

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科目：高中物理 来源： 题型：阅读理解

选考题

1.［物理——选修2-2］ (1)常见的传动方式有__________、__________、__________和齿轮传动等。齿轮传动的传动比是主动轮与__________的转速之比，传动比等于__________与__________的齿数之比。

(2)液压千斤顶是利用密闭容器内的液体能够把液体所受到的压强向各个方向传递的原理制成的。图为一小型千斤顶的结构示意图。大活塞A的直径D₁=20 cm，小活塞B的直径D₂=5 cm，手柄的长度OC=50 cm，小活塞与手柄的连接点到转轴O的距离DO=10 cm。现用此千斤顶使质量m=4×10³ kg的重物升高了h=10 cm。g取10 m/s²，求

(i)若此千斤顶的效率为80%，在这一过程中人做的功为多少？

(ii)若此千斤顶的效率为100%，当重物上升时，人对手柄的作用力F至少要多大？

2.［物理——选修3-3］

(1)带有活塞的气缸内封闭一定量的理想气体。气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，如V-T图所示。设气体在状态b和状态c的压强分别为p_b和p_c，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Q_ab和Q_ac，则___________(填入选项前的字母，有填错的不得分)

A.p_b＞p_c，Q_ab＞Q_ac B.p_b＞p_c，Q_ab＜Q_ac

C.p_b＜p_c，Q_ab＞Q_ac D.p_b＜p_c，Q_ab＜Q_ac

(2)图中系统由左右两个侧壁绝热、底部导热、截面均为S的容器组成。左容器足够高，上端敞开，右容器上端由导热材料封闭。两容器的下端由可忽略容积的细管连通。

容器内两个绝热的活塞A、B下方封有氮气，B上方封有氢气。大气的压强为p₀，温度为T₀=273 K，两活塞因自身重量对下方气体产生的附加压强均为0.1p₀。系统平衡时，各气柱的高度如图所示。现将系统底部浸入恒温热水槽中，再次平衡时A上升了一定高度。用外力将A缓慢推回第一次平衡时的位置并固定，第三次达到平衡后，氢气柱高度为0.8h。氮气和氢气均可视为理想气体。求

(i)第二次平衡时氮气的体积；

(ii)水的温度。

3.［物理——选修3-4］

(1)某振动系统的固有频率为f₀，在周期性驱动力的作用下做受迫振动，驱动力的频率为f。若驱动力的振幅保持不变，下列说法正确的是______(填入选项前的字母，有填错的不得分)

A.当f＜f₀时，该振动系统的振幅随f增大而减小

B.当f＞f₀时，该振动系统的振幅随f减小而增大

C.该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f₀

D.该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f

(2)一棱镜的截面为直角三角形ABC，∠A=30°，斜边AB=a。棱镜材料的折射率为。在此截面所在的平面内，一条光线以45°的入射角从AC边的中点M射入棱镜。画出光路图，并求光线从棱镜射出的点的位置(不考虑光线沿原路返回的情况)。