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如图所示,空间有与水平方向成θ角的匀强电场.一个质量为m的带电小球,用长L的绝缘细线悬挂于O点.当小球静止时,细线恰好处于水平位置.现用一个外力将小球沿圆弧轨道(图中的虚线)缓慢地拉到最低点,此过程小球的电荷量不变.则该外力做的功为(重力加速度为g)( )
A.mgLcotθ
B.mgLtanθ
C.mgL-mgLcosθ
D.
【答案】分析:小球在最高点受力平衡,根据平衡条件得出电场力大小;然后对从最高点到最低点过程运用动能定理列式求解.
解答:解:小球在最高点受力平衡,如图

根据平衡条件,有
T=mgcotθ  ①
qE=  ②
对从最高点到最低点过程运用动能定理得到
WF+mgL+qE?L?cos(225°-θ)=0   ③
由②③解得
WF=mgLcotθ
故选A.
点评:本题关键是先根据平衡条件求出弹力和电场力,然后根据动能定理列式求解出拉力F做的功.
练习册系列答案
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(2013?常州模拟)如图所示,空间内存在水平向右的匀强电场,在虚线MN的右侧有垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场,一质量为m、带电荷量为+q的小颗粒自A点由静止开始运动,刚好沿直线运动至光滑绝缘的水平面C点,与水平面碰撞的瞬间小颗粒的竖直分速度立即减为零,而水平分速度不变,小颗粒运动至D处刚好离开水平面,然后沿图示曲线DP轨迹运动,AC与水平面夹角α=30°,重力加速度为g.求:

(1)匀强电场的场强E.
(2)AD之间的水平距离d.
(3)已知小颗粒在轨迹DP上某处的最大速度为vm,该处轨迹的曲率半径是距水平面高度的k倍,则该处的高度为多大?

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如图所示,空间有Ⅰ和Ⅱ两个有理想边界、宽度都为L的匀强磁场区域,磁感应强度大小均为B,方向如图所示.abcd是由均匀电阻丝做成的边长为L的正方形线框,每边电阻均为R.线框以垂直磁场边界的速度v水平向右匀速穿过两磁场区域.线框平面与磁感线垂直,且bc边始终与磁场边界平行.设线框刚进入Ⅰ区的位置x=0,x轴沿水 平方向向右,从bc边刚进入Ⅰ区到ad边离开Ⅱ区的过程中,ab两端电势差Uab随距离变化的图象正确的是(图中U0=BLv)(  )

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如图所示,空间内存在水平向右的匀强电场,在虚线MN的右侧有垂直纸面向里、磁感应强度为B的水平匀强磁场,一质量为m、带电荷量为+q的小颗粒自A点由静止开始运动,刚好沿直线运动至光滑绝缘的水平面C点,与水平面碰撞后小颗粒的竖直分速度立即减为零,而水平分速度不变,小颗粒运动至D处刚好离开水平面,然后沿图示曲线DP轨迹运动,AC与水平面夹角α=37°,sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度为g,求:

(1)匀强电场的场强E;
2)AD之间的水平距离d;
(3)已知小颗粒在轨迹DP上某处达到最大速度vm,该处轨迹的曲率半径是该处距水平面高度的k倍,则该处的高度为多大?

提示:一般的曲线运动可以分成很多小段,每小段都可以看成圆周运动的一部分,即把整条曲线用一系列不同半径的小圆弧来代替。如图所示,曲线上的A点的曲率圆定义为:通过A点和曲线上紧邻A点两侧的两点作一圆,在极限情况下,这个圆就叫做A点的曲率圆,其半径r叫做A点的曲率半径。

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如图所示,空间内存在水平向右的匀强电场,在虚线MN的右侧有垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场,一质量为m、带电荷量为+q的小颗粒自A点由静止开始运动,刚好沿直线运动至光滑绝缘的水平面C点,与水平面碰撞的瞬间小颗粒的竖直分速度立即减为零,而水平分速度不变,小颗粒运动至D处刚好离开水平面,然后沿图示曲线DP轨迹运动,AC与水平面夹角α=30°,重力加速度为g,求:

(1)匀强电场的场强E;

(2)AD之间的水平距离d;

(3)已知小颗粒在轨迹DP上某处的最大速度为vm,该处轨迹的曲率半径是距水平面高度的k倍,则该处的高度为多大?

 

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