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如图,质量m、带电+q的小球套在绝缘杆上,杆与水平面成θ角,球杆间摩擦系数为μ,且有μsinθ>cosθ,杆又放在竖直的平板AB之间,AB间距离为d,并和变阻器及电源相连,变阻器总电阻为R,电源内阻为r.求:
(1)当滑动触头P位于a点时,小球沿杆下滑的加速度为多少?当P由a滑向b时,小球加速度如何变化?
(2)若当P位于变阻器中间时,小球沿杆下滑的加速度恰好达到最大,求这最大加速度值及电源电动势值.
【答案】分析:(1)当滑动触头P位于a点时,电容器板间电压为零,板间无电场,由牛顿第二定律求解小球的加速度.当P由a滑向b时,电容器板间电压增大,场强也增大,小球所受的电场力增大,再由牛顿第二定律分析加速度的变化情况.
(2)结合上题分析的结果,求出小球沿杆下滑的加速度恰好达到最大时的电场力大小,得到板间电压值,由欧姆定律求出电源的电动势.
解答:解:(1)当滑动触头P位于a点时,电容器板间电压为零,板间无电场,小球不受电场力,由牛顿第二定律
得:mgsinθ-μmgcosθ=ma,得 a=g(sinθ-μθ)
当P由a滑向b时,小球受到水平向右的电场力,设为F.
开始阶段,Fsinθ<mgcosθ,杆对球的弹力垂直杆向上,大小为N=mgcosθ-Fsinθ,小球的加速度为a==gsinθ-(mgcosθ-Fsinθ),P由a滑向b时,F增大,则可知,加速度逐渐增大;后来阶段,Fsinθ>mgcosθ,杆对球的弹力垂直杆向上,大小为N=Fsinθ-mgcosθ,小球的加速度为a==gsinθ-(Fsinθ-mgcosθ),F增大时,a减小,所以当Fsinθ=mgcosθ时,加速度最大.故在整个过程中,小球的加速度先增大后减小.
(2)由上分析知,当Fsinθ=mgcosθ时,加速度最大为gsinθ.,而且有  F=mgcotθ.
又F=q,U=
联立解得,电源的电动势E=
答:(1)当滑动触头P位于a点时,小球沿杆下滑的加速度为gsinθ.当P由a滑向b时,小球加速度先增大后减小.
(2)小球最大加速度值为gsinθ,电源电动势值为.
点评:本题是力学与电路知识的综合,解题的难点是分析小球加速度的变化,关键是分析小球所受力的情况,进行动态变化分析,找出加速度最大的条件.
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(1)当滑动触头P位于a点时,小球沿杆下滑的加速度为多少?当P由a滑向b时,小球加速度如何变化?
(2)若当P位于变阻器中间时,小球沿杆下滑的加速度恰好达到最大,求这最大加速度值及电源电动势值.

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(1)当滑动触头P位于a点时,小球沿杆下滑的加速度为多少?当P由a滑向b时,小球加速度如何变化?
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