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- 2021-05-28 发布
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2014年高考二轮复习之电学专题五
1.如图1所示,在两等量异种点电荷的电场中,MN为两电荷连线的中垂线,a、b、c三点所在直线平行于两电荷的连线,且a和c关于MN对称、b点位于MN上,d点位于两电荷的连线上.以下判断正确的是( )
A.b点场强大于d点场强
B.b点场强小于d点场强
C.a、b两点间的电势差等于b、c两点间的电势差
D.试探电荷+q在a点的电势能小于在c点的电势能
【解析】
如图所示,两电荷连线的中点位置用O表示,在中垂线MN上,O点场强最大,在两电荷之间的连线上,O点场强最小,即Eb<EO,EO<Ed,故Eb<Ed,A错误B正确;等量异种电荷的电场中,电场线、等势线均具有对称性,a、c两点关于MN对称,Uab=Ubc,C正确;试探电荷+q从a移到c,远离正电荷,靠近负电荷,电场力做正功,电势能减小,D错误;另一种理解方法:a点电势高于c点电势,试探电荷+q在a处的电势能大,在c处的电势能小,D错误.
【答案】 BC
2.如图2所示,在竖直放置的金属板M上放一个放射源C,可向纸面内各个方向射出速率均为v的α粒子,P是与金属板M平行的足够大的荧光屏,到M的距离为d.现在P与金属板M间加上垂直纸面的匀强磁场,调整磁感应强度的大小,恰使沿M板向上射出的α粒子刚好垂直打在荧光屏上.若α粒子的质量为m,电荷量为2e.则( )
A.磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度B的大小为
B.磁场方向垂直纸面向外,磁感应强度B的大小为
C.在荧光屏上能观察到的亮斑区的长度为2d
D.在荧光屏上能观察到的亮斑区的长度为4d
【解析】 α粒子带正电,由左手定则可知,磁场方向垂直纸面向外,α粒子的轨道半径为d,由2eBv=m得B=,故B正确;亮斑区的上边界是沿M板向上射出的α粒子,经1/4圆弧到达a点;亮斑区的下边界是垂直M板射出的α粒子,经1/4圆弧轨迹与屏相切的b点,如图所示,所以亮斑区的长度为2d,C选项正确.
3.如图2所示,某种自动洗衣机进水时,与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气,通过压力传感器感知管中的空气压力,从而控制进水量.设温度不变,洗衣缸内水位升高,则细管中被封闭的空气( )
图2
A.体积不变,压强变小 B.体积变小,压强变大
C.体积不变,压强变大 D.体积变小,压强变小
【解析】 以细管中封闭气体为研究对象,当洗衣缸内水位升高时,细管中封闭气体压强变大,而气体温度不变,气体体积变小,故B项正确.
【答案】 B
4.如图5所示,xOy平面内有一匀强电场,场强为E,方向未知,电场线跟x轴的负方向夹角为θ,电子在坐标平面xOy内,从原点O以大小为v0、方向沿x轴正方向的初速度射入电场,最后打在y轴上的M点.电子的质量为m,电荷量为e,重力不计.则下列说法正确的是( )
[来源:学科网ZXXK]
图5
A.O点电势高于M点电势
B.运动过程中电子在M点电势能最多
C.运动过程中,电子的电势能先减少后增加[来源:学+科+网Z+X+X+K]
D.电场对电子先做负功,后做正功
【解析】 由电子的运动轨迹知,电子受到的电场力方向斜向上,故电场方向斜向下,M点电势高于O点,A错误;电子在M点电势能最少,B错误;运动过程中,电子先克服电场力做功,后电场力对电子做正功,故C错误,D正确.
【答案】 D
5.如图6所示,有一垂直于纸面向外的磁感应强度为B的有界匀强磁场(边界上有磁场),其边界为一边长为L的正三角形,A、B、C为三角形的顶点.今有一质量为m、电荷量为+q的粒子(不计重力),以速度v=从AB边上某点P沿既垂直于AB边又垂直于磁场的方向射入磁场,然后从BC边上某点Q射出.若从P点射入的该粒子能从Q点射出,则下列选项正确的是( )
[来源:学科网]
A.|PB|<L B.|PB|<L
C.|QB|≤L D.|QB|≤L
【解析】
考查带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动.本题粒子的半径确定,圆心必定在经过AB的直线上,可将粒子的半圆轨迹画出来,然后移动三角形,获取AC边的切点以及从BC边射出的最远点.由半径公式可得粒子在磁场中做圆周运动的半径R=L,如图所示,当圆心处于O1位置时,粒子正好从AC边切过,并从BC边切过,因此入射点P1为离B最远的点,满足|PB|<L,A对;当圆心处于O2位置时,粒子从P2射入,打在BC边的Q点,由于此时Q点距离AB最远,为圆的半径R,故|QB|最大,即|QB|≤L,D对.
【答案】 AD
6.如图4所示,一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中,容器内装有一可以活动的绝热活塞.今对活塞施以一竖直向下的压力F,使活塞缓慢向下移动一段距离后,气体的体积减小.若忽略活塞与容器壁间的摩擦力,则被密封的气体( )
A.温度升高,压强增大,内能减少
B.温度降低,压强增大,内能减少
C.温度升高,压强增大,内能增加
D.温度降低,压强减小,内能增加
【解析】 本题考查热力学第一定律、一定质量气体温度、压强和体积的关系.容器绝热,活塞对气体做功,由热力学第一定律可知,气体内能增加;温度是分子平均动能的标志,且气体内能增加,故温度一定升高;对活塞进行受力分析p0S+F=p气S,可知,气体压强增大,C项正确.
【答案】 C
7.清晨,湖中荷叶上有一滴约为0.1 cm3的水珠,已知水的密度ρ=1.0×103 kg/m3,水的摩尔质量M=1.8×10-2 kg/mol,试估算:
(1)这滴水珠中约含有多少个水分子?
(2)一个水分子的直径多大?(以上计算结果保留两位有效数字)
【解析】 (1)这滴水珠中含有的水分子数约为:
n=NA=×6.0×1023个=3.3×1021个.[来源:学*科*网Z*X*X*K]
(2)建立水分子的球体模型,有:π()3=
则分子的直径d=
= m=3.9×10-10 m.
【答案】 (1)3.3×1021个 (2)3.9×10-10 m
8.如图8,平面直角坐标系的第Ⅰ象限内有一匀强磁场垂直于纸面向里,磁感应强度为B.一质量为m、电荷量为q的粒子以速度v从O点沿着与y轴夹角为30°的方向进入磁场,运动到A点时速度方向与x轴的正方向相同,不计粒子的重力,则( )
图8
A.该粒子带正电
B.A点与x轴的距离为
C.粒子由O到A经历时间t=
D.运动过程中粒子的速度不变
【解析】 根据粒子的运动方向,由左手定则判断可知粒子带负电,A项错;运动过程中粒子做匀速圆周运动,速度大小不变,方向变化,D项错;粒子做圆周运动的半径R=,周期T=,从O点到A点速度的偏向角为60°,即运动了T,所以由几何知识求得点A与x轴的距离为,粒子由O到A经历时间t=,B、C两项正确.
【答案】 BC
9.如图9所示,真空中水平放置的两个相同极板Y和Y′长为L,相距d,足够大的竖直屏与两板右侧相距b.在两板间加上可调偏转电压U,一束质量为m、带电荷量为+q的粒子(不计重力)从两板左侧中点A以初速度v0沿水平方向射入电场且能穿出.
图9
(1)证明粒子飞出电场后的速度方向的反向延长线交于两板间的中心O点;
(2)求两板间所加偏转电压U的范围;
(3)求粒子可能到达屏上区域的长度.
【解析】 (1)设粒子在运动过程中的加速度大小为a,离开偏转电场时偏转距离为y,沿电场方向的速度为vy,偏转角为θ,其反向延长线通过O点,O点与板右端的水平距离为x,则有
y=at2①
L=v0t②
vy=at
tan θ==
联立可得x=
即粒子飞出电场后的速度方向的反向延长线交于两板间的中心.
(2)a=③
E=④
由①②③④式解得y=
当y=时,U=
则两板间所加电压的范围-≤U≤.
(3)当y=时,粒子在屏上侧向偏移的距离最大(设为y0),则y0=(+b)tan θ
而tan θ=
解得y0=
则粒子可能到达屏上区域的长度为.
【答案】 (1)见解析 (2)-≤U≤
(3)
10.如图8,将质量m=0.1 kg的圆环套在固定的水平直杆上.环的直径略大于杆的截面直径.环与杆间动摩擦因数μ=0.8.对环施加一位于竖直平面内斜向上,与杆夹角θ=53°的拉力F,使圆环以a=4.4 m/s2的加速度沿杆运动,求F的大小.(取sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,g=10 m/s2).
【解析】 令Fsin 53°=mg,F=1.25 N,当F<1.25 N时,杆对环的弹力向上,由牛顿定律Fcos θ-μFN=ma,FN+Fsin θ=mg,解得F=1 N,当F>1.25 N时,杆对环的弹力向下,由牛顿定律Fcos θ-μFN=ma,Fsin θ=mg+FN,解得F=9 N.
【答案】 1 N或9 N
11.消防队员为缩短下楼的时间,往往抱着竖直的杆直接滑下.假设一名质量为60 kg、训练有素的消防队员从七楼(即离地面18 m的高度)抱着竖直的杆以最短的时间滑下.已知杆的质量为200 kg,消防队员着地的速度不能大于6 m/s,手和腿对杆的最大压力为1 800 N,手和腿与杆之间的动摩擦因数为0.5,设当地的重力加速度g=10 m/s2.假设杆是搁在地面上的,杆在水平方向不移动.试求:[来源:学科网ZXXK]
(1)消防队员下滑过程中的最大速度;[来源:Z.xx.k.Com]
(2)消防队员下滑过程中杆对地面的最大压力;
(3)消防队员下滑的最短时间.
【解析】 要在最短的时间滑下,则消防队员先匀加速(自由落体)后匀减速,中间不存在匀速过程.
(1)消防队员开始阶段自由下落的末速度即为下滑过程的最大速度vm,有2gh1=v
消防队员受到的最大滑动摩擦力
Ff=μFN=0.5×1 800 N=900 N.
减速阶段的加速度大小:a2==5 m/s2
减速过程的位移为h2,由v-v2=2a2h2
又h=h1+h2
以上各式联立可得:vm=12 m/s.
(2)以杆为研究对象得:FN′=Mg+Ff=2 900 N.
根据牛顿第三定律,杆对地面的最大压力为2 900 N.
(3)最短时间为tmin=+=2.4 s.
【答案】 (1)12 m/s (2)2 900 N (3)2.4 s
12.擦黑板也许同学们都经历过,手拿黑板擦在竖直的黑板面上,或上下或左右使黑板擦与黑板之间进行滑动摩擦,将黑板上的粉笔字擦干净.已知黑板的规格是:4.5×1.5 m2,黑板的下边沿离地的高度为0.8 m,若小黑板擦(可视为质点)的质量为0.1 kg,现假定某同学用力将小黑板擦在黑板表面缓慢竖直向上擦黑板,当手臂对小黑板擦的作用力F与黑板面成45°角时,F=20 N,他所能擦到的最大高度为2.05 m,g取10 m/s2.求:
(1)此小黑板擦与黑板之间的动摩擦因数;
(2)如该同学擦到最高位置时意外让小黑板擦沿黑板面竖直向下滑落,则小黑板擦砸到黑板下边沿的速度大小;
(3)擦黑板时有这样的现象:粉笔字的位置越高或越远的地方,已经用力较大却还是不容易擦干净,请用物理知识简要解释.
【解析】
(1)小黑板擦向上缓慢移动,处于平衡状态,它的受力如图所示,
水平方向:FN-Fsin θ=0[来源:Z§xx§k.Com]
竖直方向:Fcos θ-mg-Ff=0
又Ff=μFN
所以μ==1-=1-
=0.93.
(2)小黑板擦可看成质点,它向下滑落的过程与黑板间无摩擦,它做自由落体运动.由运动学公式得:v2=2gh
v== m/s=5 m/s.
(3)在手臂的用力大小相同时,由Ff=μF·sin θ可知:作用点的高度越高,手臂与黑板面的夹角越小,黑板擦与黑板间的摩擦力也就越小,所以手臂与黑板面的夹角越小的地方越不容易擦干净.
【答案】 (1)0.93 (2)5 m/s (3)见解析
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