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  4. 自由落体运动

(10分)如图所示,矩形区域MNPQ内有水平向右的匀强电场,虚线框外为真空区域。半径为R、内壁光滑、内径很小的绝缘半圆管ADB固定在竖直平面内,直径AB垂直于水平虚线MN,圆心O

一、题文

(10分)如图所示,矩形区域MNPQ内有水平向右的匀强电场,虚线框外为真空区域。半径为R、内壁光滑、内径很小的绝缘半圆管ADB固定在竖直平面内,直径AB垂直于水平虚线MN,圆心O恰在MN的中点,半圆管的一半处于电场中.一质量为m,可视为质点的带正电,电荷量为q的小球从半圆管的A点由静止开始滑入管内,小球从B点穿出后,能够通过B点正下方的C点.重力加速度为g,小球在C点处的加速度大小为。求:

(1)匀强电场的场强E;
(2)小球在到达B点时,半圆轨道对它作用力的大小;
(3)要使小球能够到达B点正下方C点,虚线框MNPQ的高度和宽度满足什么条件;
(4)从B点开始计时,小球从B运动到C点的过程中,经过多长时间动能最小。

考点提示:自由落体运动

二、答案

(1)4mg/3q  (2)7mg/3  (3)H 》5R/2  (3)

试题分析:⑴小球在C处受水平向右的电场力F和竖直向下的重力G,加速度为
则由        (2分)
⑵从A→B由动能定理得   
在B点           (2分)
⑶小球从B→C  水平方向做匀减速运动,竖直方向做自由落体运动:
设向左减速时间为t:
          
宽度应满足条件L>2R,     高度满足条件      (3分)
⑷以合力F方向、垂直于合力方向分别建立坐标系,并将速度分解,当F与mg的合力与v垂直时,即图中vy=0时小球的动能最小,设经过的时间为t

            (3分)

三、考点梳理

知名教师分析,《(10分)如图所示,矩形区域MNPQ内有水平向右的匀强电场,虚线框外为真空区域。半径为R、内壁光滑、内径很小的绝缘半圆管ADB固定在竖直平面内,直径AB垂直于水平虚线MN,圆心O》这道题主要考你对 自由落体运动 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:自由落体运动

考点名称:自由落体运动
  • 自由落体运动:
    物体只在重力作用下从静止开始下落的运动叫做自由落体运动。

    自由落体运动的公式:
    v=gt;h=gt2;v2=2gh。

    运动性质:
    自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。

    自由落体加速度:
    在同一地点,一切物体在自由落体运动中的加速度都相同,这个加速度叫自由落体加速度,也叫重力加速度。

  • 物体做自由落体运动的条件:

    ①只受重力而不受其他任何力,包括空气阻力。
    ②从静止开始下落。

    重力加速度g:

    ①方向:总是竖直向下的。
    ②大小:g=9.8m/s2,粗略计算可取g=10m/s2
    ③在地球上不同的地方,g的大小不同.g随纬度的增加而增大(赤道g最小,两极g最大),g随高度的增加而减小。

  • 知识点拨:

    自由落体运动的规律:
    自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,所以,匀变速直线运动公式也适用于自由落体运动。

  • 小知识--重力加速度:

    ①把地球当做旋转椭球,重力加速度计算公式为:g=9.7803(1+0.0052884-0.00000592)m/s2
        
    式中为物体所在处的地理纬度
    ②重力加速度还和物体离地面的高度h有关。当h远小于地球半径R时,

    小知识—空气阻力:

    空气阻力是物体在空气中运动时受到的阻力。空气阻力的大小与物体相对于空气的速度、物体的形状等都有很大的关系。

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