物理真题:密立根油滴 + 电梯超重失重

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物理真题:密立根油滴 + 电梯超重失重

📚 每日物理

今日两题:密立根油滴平衡(2022·湖北)+ 电梯 s-t 图与超重失重(2020·山东)。


题 1 密立根油滴实验(2022·湖北卷 · 单选)

题干:两块水平放置的金属板分别与电源正负极相接,板间产生匀强电场。用喷雾器把密度相同的许多油滴从上板中间的小孔喷入电场,油滴从喷口喷出时由于摩擦而带电。金属板间电势差为 U 时,电荷量为 q、半径为 r 的球状油滴在板间保持静止。若仅将金属板间电势差调整为 2U,则在板间能保持静止的球状油滴所带电荷量和半径可以为( )

A. q, rB. 2q, rC. 2q, 2rD. 4q, 2r

动图演示:

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常规解法

油滴静止时重力与电场力二力平衡:

mg = qE = qU/d

油滴密度 ρ 相同、体积为球体:

m = ρ · (4/3) π r³

代入平衡式,电压变 2U 后新油滴平衡式两式相除,消去 ρ、g、π、d、U:

(r'/r)³ = 2q'/q

选项
q'/q
r'/r
左边 (r'/r)³
右边 2q'/q
判定
A
1
1
1
2
✗
B
2
1
1
4
✗
C
2
2
8
4
✗
D4288✓

答案:D(q'=4q,r'=2r)。

考点:① 密立根油滴平衡条件 mg = qE;② 均匀球体质量随半径三次方变化;③ 电场力 F = qU/d。易错点:半径变 2 倍时质量变 8 倍,不是 2 倍。


题 2 电梯 s-t 图像与超重失重(2020·山东卷 · 单选)

题干:一质量为 m 的乘客乘坐竖直电梯下楼,其位移 s 与时间 t 的关系图像如图(三段:0~t₁ 下凸、t₁~t₂ 直线、t₂~t₃ 上凸)。乘客所受支持力大小用 F_N 表示,速度大小用 v 表示,重力加速度为 g。以下判断正确的是( )

A. 0~t₁ 时间内,v 增大,F_N > mgB. t₁~t₂ 时间内,v 减小,F_N < mgC. t₂~t₃ 时间内,v 增大,F_N < mgD. t₂~t₃ 时间内,v 减小,F_N > mg

动图演示:

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常规解法

s-t 图象的切线斜率 = 瞬时速度,斜率变化 = 加速度。取向上为正方向,由牛顿第二定律 F_N − mg = ma:

时段
斜率变化
速度 v
加速度 a
F_N 与 mg
状态
0~t₁
斜率增大
向下增大
向下(a<0)
F_N < mg
失重
t₁~t₂
斜率不变
匀速
a=0
F_N = mg
平衡
t₂~t₃
斜率减小
向下减小
向上(a>0)
F_N > mg
超重

逐项判断:A 错(应 F_N<mg);B 错(应 F_N=mg);C 错(v 是减小而非增大);D 正确。

答案:D(t₂~t₃ 时间内,v 减小,F_N > mg)。

考点:① s-t 图斜率即速度;② 超重/失重只看加速度方向:a 向上→超重,a 向下→失重,与速度方向无关;③ 视重 F_N = m(g±a)。超/失重时重力 mg 本身不变,只是"秤上读数"变了。

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