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如图9所示,在地面上方有一个匀强电场,在该电场中取一点O作为圆心、以R=10 cm为半径,在竖直平面内作一个圆,圆平面平行于匀强电场的电场线,在O点固定一个电荷量为Q=-5×10-4 C的电荷,当把一个质量为m=3 g、电荷量为q=2×10-10 C的带电小球放在圆周的a点时,它恰好能静止不动,那么匀强电场的电场线跟Oa线夹角为_____________.若将带电小球从a点缓慢移到圆周上最高点b,外力做功W=__________J.

图9

解析:小球在a点静止不动时,受到竖直向下的重力G、水平向右的库仑力F及电场力F1的作用.匀强电场电场力F1与F和G的合力大小相等、方向相反.计算知电场力F1跟Oa线的夹角θ=arctan.因F=k=9×109×=9×10-2 N,

G=mg=3×10-2 N.

带电小球从a点缓慢移到圆周上的b点,库仑力不做功,重力与F1的合力水平向右,大小为F,由动能定理W-F·R=0.

解得W=9×10-3 J.

答案:arctan       9×10-3


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步骤1:不放小球2,让小球1从斜槽上A点由静止滚下,并落在地面上。重复多次,用尽可能小的圆,把小球的所有落点圈在里面,其圆心就是小球落点的平均位置;

步骤2:把小球2放在斜槽前端边缘位置B,让小球1从A点由静止滚下,使它们碰撞。重复多次,并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置;

步骤3:用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置MPNO点的距离,即线段OMOPON的长度。

①对于上述实验操作,下列说法正确的是___________

A.应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下

B.斜槽轨道必须光滑

C.斜槽轨道末端必须水平

D.实验过程中,白纸可以移动,复写纸不能移动

E.小球1的质量应大于小球2的质量

②本实验除需测量线段OMOPON的长度外,还需要测量的物理量有       

A.AB两点间的高度差h1          B.B点离地面的高度h2

C.小球1和小球2的质量m1m2     D.小球1和小球2的半径r

③当所测物理量满足表达式______________(用所测物理量的字母表示)时,即说明两球碰撞遵守动量守恒定律。如果还满足表达式_______________(用所测物理量的字母表示)时,即说明两球碰撞时无机械能损失。

④完成上述实验后,某实验小组对上述装置进行了改造,如图9所示。在水平槽末端与水平地面间放置了一个斜面,斜面的顶点与水平槽等高且无缝连接。使小球1仍从斜槽上A点由静止滚下,重复实验步骤1和2的操作,得到两球落在斜面上的平均落点M′、P′、N′。用刻度尺测量斜面顶点到M′、P′、N′三点的距离分别为l1l2l3。则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为            (用所测物理量的字母表示)。

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A.当滑块的速度最大时,弹簧的弹性势能最大

B.当滑块的速度最大时,系统的机械能最大

C.当滑块的加速度最大时,弹簧的弹性势能最大

D.当滑块的加速度最大时,系统的机械能最大

图9

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如图9所示,在验证动量守恒定律的实验中,将一个质量为m1的钢球A多次从斜槽轨道上端紧靠固定挡板处由静止释放,这个钢球经过斜槽轨道后由水平轨道飞出,在地面上落点的平均位置为P点。然后在水平轨道末端放置一个质量为m2的胶木球B(A、B两球的半径相等),将A球仍然多次从斜槽轨道的同一位置由静止释放,和球B发生碰撞,碰后两球分别落到地面上,根据两球落在地面的痕迹确定两球各自的落地点的平均位置分别为M点和N点。水平轨道末端重锤线指向地面的O点,测得OMs1OPs2ONs3。重力加速度为g
  (1)若测量出水平轨道到地面的高度为h,则与B两球相碰前的瞬间A球的速度v1=______________。
  (2)在允许误差范围内,当m1m2s1s2s3满足关系式_____________________时,就表明通过该实验验证了两球碰撞过程中动量守恒。


                 

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