(10分)把一个带电荷量2×10﹣8C的正点电荷从无限远处移到电场中A点时,要克服电场力做功8×10﹣6J,若把该电荷从无限远处移到电场中B点,需克服电场力做功2×10﹣6J,取无限远处电势为零。求:
(1)A点的电势;
(2)A、B两点的电势差;
(3)若把2×10﹣5C的负电荷由A点移到B点电场力做的功。
如图(a)所示,为某课外创新活动小组设计的 一“速度选择器”装置,图(b)为它的立体图,该装置由水平转轴及两个薄圆盘N1、N2构成,两盘面平行且与转轴垂直,相距为L,两盘面间存在竖直向上的匀强电场,盘上各开一狭缝,两狭缝夹角可调.在圆盘右侧为长为d的绝缘水平桌面,水平桌面的右端有一质量为m绝缘小球B,用长也为d的不可伸长的轻细线悬挂,B对水平桌面压力刚好为零。今有电荷量为q,质量也为m的另一带电小球A沿水平方向射入N1狭缝,匀速通过两盘间后通过N2的狭缝,并沿水平桌面运动到右端与小球B发生碰撞,设A与B碰撞时速度发生交换.已知小球A与水平桌面间动摩擦因数为μ,求:
(1)小球A的电性及两盘面间的电场强度E的大小
(2)如果只要求小球A能与小球B相撞,那么当小球A从N2狭缝中穿出时它的速度应满足的条件
(3)若两狭缝夹角调为θ,盘匀速转动,转动方向如图(b),要使小球A与小球B碰撞后,B恰好做完整的圆周运动,薄盘转动的角速度ω .
如图所示,间距L=0.4m的平行金属导轨a1b1c1和a2b2c2分别固定在两个竖直面内,两端的导轨均无限长,在水平面a1b1b2a2区域内和倾角θ=30°的斜面c1b1b2c2区域内分别有磁感应强度B1=0.5 T、方向竖直向上和B2=1 T、方向垂直于斜面向上的匀强磁场.电阻R=0.1 Ω、质量m=0.1 kg、长为L=0.2 m的相同金属导体杆K、Q分别放置在导轨上, K、Q杆可沿导轨无摩擦滑动且始终与导轨接触良好.一端系于K杆中点不可伸长的轻绳平行于导轨绕过轻质定滑轮,绳的另一端上加一竖直向下的大小为F1的力,K杆始终保持静止,Q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F2作用下沿导轨向下运动.不计导轨电阻和各处的摩擦.取g=10 m/s2. 求:
(1)如果F1=0.4N恒定不变,从t=0开始经1分钟回路产生的焦耳热
(2)如果F1=1.0N恒定不变,Q杆运动的速度大小
(3)如果F1=kt ,F2=cv+0.4(其中k、c为常数、t单位s、F单位为N、v为Q杆运动的速度,单位为m/s),当Q杆由静止开始沿导轨下滑s=2m的过程中,Q杆上电阻产生的焦耳热为2J,求常数c的值和该过程中拉力F2做的功W
如图所示,光滑导轨abc与fed相距l=0.1m,其中ab、fe段是倾角θ=60°的直轨道,bc、ed段是半径r=0.6m的圆弧轨道且与ab、fe相切,轨道末端c、d点切线与一放置在光滑水平地面上、质量M=2kg的木板上表面平滑连接。在abef间有垂直于轨道平面向下、的匀强磁场,定值电阻R=1Ω。把质量为m=1kg、电阻不计的金属杆从距b、e高h=1m的导轨上静止释放,杆在直轨道上先加速后匀速下滑。如果杆与木板间摩擦因数μ=0.2,取g=10m/s2,求:
(1)杆运动到cd时对轨道的压力F大小及杆由静止下滑到cd的过程中R上产生的焦耳热Q;
(2)要使杆不从木板上掉下的木板最小长度s。
遥控赛车是小朋友喜欢的玩具。已知型号赛车质量
,额定功率
.通电后电动机工作极短时间赛车即可达到最大速度,断电后自由滑行。一兴趣小组举行遥控车比赛,赛道如图中实线所示,与水平面成15°倾斜直轨道和水平轨道同圆轨道分别相切于
点。可视为质点的赛车从起点
出发,沿倾斜直线轨道运动由
点进入半径为
的竖直圆轨道,比赛规则要求赛车进入圆轨道前必须断电。赛车在倾斜直轨道受到的阻力恒为车重的0.1倍,在竖直圆轨道上赛车所受的摩擦阻力不计(
,
)。试求:
(1)赛车通过竖直圆轨道后在水平轨道上滑行的最小距离;
(2)赛车恰能通过赛道的情况下,在赛车道上运动过程中对赛道的最大压力;
(3)恰能过赛道的情况下,此型号赛车在倾斜直轨道运行时电动机的效率。
如图所示,两平行金属板A、B长l=8cm,两板间距离d=8cm,A板比B板电势高300V,即UAB=300V。一带正电的粒子电量q=10-10C,质量m=10-20kg,从R点沿电场中心线垂直电场线飞入电场,初速度v0=2×106m/s,粒子飞出平行板电场后经过界面MN、PS间的无电场区域后,进入固定在中心线上的O点的点电荷Q形成的电场区域(设界面PS右边点电荷的电场分布不受界面的影响)。已知两界面MN、PS相距为L=12cm,粒子穿过界面PS最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏EF上。求(静电力常数k=9×109N·m2/C2)
(1)粒子穿过界面PS时偏离中心线RO的距离多远?
(2)点电荷的电量。