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2021年物理计算题的解题技巧——妙用增分三步曲
高考物理综合大题根本上都是多过程或多对象问题,往往呈现出信息新颖、对象多体、过程复杂、条件隐蔽、解法灵活、结小车锁定;③小车锁定后滑块滑动;④滑块做平抛运动。滑块在圆弧轨道的B点,支持力与重力的合力提供向心力;此时的速度为滑块到小车的初速度,滑块与小车到达共同速度后能否滑出小车需通过计算做出判断,可求出滑块到小车左端的速度,假设大于0,则能滑出。
第三步:答题规化
(1)设滑块经过B端时的速度为v1,由机械能守恒定律得:
mgR=mv12 (1分)
解得:v1=4 m/s
设滑块经过B端时,轨道对滑块的支持力为FN,由牛顿第二定律得:
FN-mg=m (1分)
解得:FN=30 N (1分)
(2)当滑块滑上小车后,设滑块和小车的加速度分别为a1、a2,由牛顿第二定律得:
对滑块-μmg=ma1 (1分)
对小车μmg=Ma2 (1分)
解得:a1=-3 m/s2
a2=1 m/s2
设滑块和小车经过时间t1到达共同速度,其速度分别为v2、v3,根据运动学公式有:
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v2=v1+a1t1
v3=a2t1
v2=v3
解得:t1=1 s (2分)
v2=v3=1 m/s (1分)
设此时小车右端到轨道B端的距离为*1,根据运动学公式有:
*1=a2t12 (1分)
解得:*1= m (1分)
(3)设滑块和小车到达共同速度时,滑块前进的距离为*2,根据运动学公式有:
*2=v1t1+a1t12 (1分)
解得:*2= m (1分)
此时,滑块沿小车上外表滑动的距离设为Δ*1,由几何关系得:
Δ*1=*2-*1=2 m (1分)
小车被锁定后,假设滑块能从小车左端滑出,滑块又沿小车上外表滑行的距离设为Δ*2,由几何关系得:
Δ*2=L-Δ*1= m (1分)
设滑块滑至小车左端时的速度为v4,由动能定理得:
-μmgΔ*2=mv42-mv22 (1分)
解得:mv42= J>0
所以,滑块能从小车左端滑出 (1分)
滑出的速度大小为:v4= m/s (1分)
滑块滑出小车后做平抛运动,设滑块从滑出小车到落地经历的时间为t2,落地点距小车左端的水平距离为*3,由平抛运动规律得:
h=gt22 (1分)
*3=v4t2 (1分)
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联立解得:*3= m (1分)
[典例2] 如图3-2所示,在*Oy平面的y轴左侧存在沿y轴正方向的匀强电场,y轴右侧区域Ⅰ存在磁感应强度大小B1=、方向垂直纸面向外的匀强磁场,区域Ⅰ、区域Ⅱ的宽度均为L,高度均为3L。质量为m、电荷量为+q的带电粒子从坐标为(-2L,-L)的A点以速度v0沿+*方向射出,恰好经过坐标为[0,-(-1)L]的C点射入区域Ⅰ。粒子重力忽略不计。求:
图3-2
(1)匀强电场的电场强度大小E;
(2)粒子离开区域Ⅰ时的位置坐标;
(3)要使粒子从区域Ⅱ上边界离开,可在区域Ⅱ加垂直纸面向的匀强磁场。试确定磁感应强度B的大小围,并说明粒子离开区域Ⅱ时的速度方向。
第一步:审题规化
题设条件
获取信息
粒子重力忽略不计
粒子在匀强电场中做类平抛运动
由yA=-L,
yC=-(-1)L
粒子做类平抛运动的竖直位移y=L
粒子从C点射入区域Ⅰ
粒子在磁场中做匀速圆周运动,其速度不等于v0
第二步:思维规化
粒子的运动可分为三个过程:①电场中的类平抛运动;②区域Ⅰ中的匀速圆周运动;③区域Ⅱ中的匀速圆周运动。匀速圆周运动的速度为粒子做类平抛运动到C点的速度。
第三步:答题规化
(1)带电粒子在匀强电场中做类平抛运动。
2L=v0t (1分)
L=()2 (2分)
解得:E= (2分)
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(2)设带电粒子经C点时的竖直分速度为vy、速度为v
vy=t==v0 (2分)
v=v0,方向与*轴正向成45°角斜向上 (2分)
粒子进入区域Ⅰ做匀速圆周运动,
B1qv=m,R=
解得:R=L (2分)
由几何关系知,离开区域Ⅰ时的位置坐标:
*=L,y=0 (2分)
图3-3
(3)根据几何关系知,带电粒子从区域Ⅱ上边界离开磁场的半径满足
L≤r≤L (1分