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题型:简答题
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简答题

如图甲所示,小车B静止在光滑水平上,一个质量为m的铁块A(可视为质点),以水平速度v0=4.0m/s滑上小车B的左端,然后与小车右挡板碰撞,最后恰好滑到小车的中点,已知=3,小车车面长L=1m.设A与挡板碰撞无机械能损失,碰撞时间可忽略不计,g取10m/s2,求:

(1)A、B最后速度的大小;

(2)铁块A与小车B之间的动摩擦因数;

(3)铁块A与小车B的挡板相碰撞前后小车B的速度,并在图乙坐标中画出A、B相对滑动过程中小车B相对地面的速度v-t图线.

正确答案

(1)对A、B系统,由动量守恒定律得:

Mv0=(M+m)v,解得v==1m/s;

(2)A、B系统整个过程,由动能定理得:

μmg×1.5L=m-(M+m)

解得:μ==0.4;

(3)设A、B碰撞前速度分别为v10和v20

对系统动量守恒  mv0=mv1+Mv2

对系统能量转化和守恒定律得:

μmgL=mv02-mv102-M

带入数据联立方程,解得v10=1+=2.732 m/s,(舍v10=1-=-0.732m/s)

v20=1-=0.423m/s,

该过程小车B做匀加速运动,

由牛顿第二定律得:μmg=MaM

解得:aM=m/s2,v20=aMt1,t1=0.317s,

A、B相碰,设A、B碰后A的速度为v1和 v2

A、B系统动量守恒:mv0=mv1+Mv2

对系统机械能守恒mv102+M=mv12+M

带入数据联立方程,解得v1=1-=-0.732 m/s,(舍v1=1+m/s)

“-”说明方向向左;v2=1+=1.577m/s,

该过程小车B做匀减速运动,-μmg=MaM,解得aM=-m/s2

到最终相对静止:v=v2+aMt2,t2=0.433s,

所以,运动的总时间为:t=t1+t2=0.75s,

小车B的v-t图如图所示;

答:(1)A、B最后速度的为1m/s;

(2)铁块A与小车B之间的动摩擦因数为0.4;

(3)小车B相对地面的速度v-t图线如图所示.

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简答题

如图,水平桌面距地面h(h>L),质量为m长度为L的匀质细链条有L/4悬于桌边,将链条由静止释放,链条下端刚触地时,链条的速率为多大?(不计一切摩擦及空气阻力)

正确答案

铁链释放之后,到落地前,机械能守恒,重力势能的减小量等于动能的增加量,故

[mgh+mg(h-L)]-mg=mv2

解得:v=

答:链条下端刚触地时,链条的速率为

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简答题

如图是放置在竖直平面内游戏滑轨的模拟装置,滑轨由四部分粗细均匀的金属杆组成:水平直轨AB,半径分别为R1=1.0m和R2=3.0m的弧形轨道APC和BQD,倾斜直轨CD长为L=6 m,AB、CD与两圆形轨道相切,其中倾斜直轨CD部分表面粗糙,动摩擦因数为,其余各部分表面光滑。一质量为m=2kg的滑环套在滑轨上,从AB的中点E处以v0=10 m/s的初速度水平向左运动。已知:sin37°=0.6,cos37°=0.8(取g=10 m/s2)。求:

(1)滑环第一次通过圆O2的最低点F处时对轨道的压力;

(2)滑环在克服摩擦力做功过程中所经过的总路程。

正确答案

解:(1)滑环第一次由E到F点过程,由机械能守恒得

在F点,满足

解得

由牛顿第三定律知,滑环对轨道的压力为166.7 N

(2)滑环在每次经过DC段时克服摩擦力做功,机械能转化为内能,因μ

解得s=78m

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简答题

如图所示,一支粗细均匀的U形管内装有同种液体且竖直放置,右管口用盖板A密封一部分气体,左管开口,两侧管内液面的高度差为h,U形管中液柱的总长度为4h。现拿去盖板A,液柱开始流动,不计水的粘滞阻力,当两侧管内的液面恰好相齐时,右侧液面下降的速度大小为多少?

正确答案

解:对管中的液体,运动过程中只有重力做功

它的机械能守恒,液体减少的重力势能等于液体增加的动能

设液体的总质量为m

那么当液面相平时

相当于质量为的液体下降了的高度

所以减少的重力势能为

根据机械能守定律:

解得

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简答题

如图所示,质量为m的小球与一根不可伸长的长为L的轻绳相连接,绳的另一端固定于O点,现将小球拉到跟水平方向成30°角的上方(绳恰好伸直),然后将小球自由释放,求小球到最低点时受到绳子的拉力的大小。

正确答案

解:小球释放后,先做自由落体运动直到绳子绷直,根据对称性和三角形的全等关系,当绳子再次与水平方向的夹角为30°时,绳子与O点的距离再次为L,这时绳子刚好绷直,设绳刚绷直时获得的速度是v,则有

mg·2Lsin30°=

由于绳子绷紧瞬间,绳对球的作用力远大于球的重力,使小球沿绳子方向的速度突变为零,而小球在垂直于绳子方向的速度为v1不变,如图所示,则

v1=vcos30°=

小球绷紧细绳后继续下摆到最低点的过程,机械能守恒

+mgL(1-sin30°)=

由向心力来源得FT-mg=m

最低点绳子拉力FT=3.5mg

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简答题

如图所示,在光滑水平面上有A,B,C三个大小相同的弹性小球静止地排成一直线.已知A球质量是为m,B球质量为3m,C球质量为2m.现使A球沿三球球心连线以速度v0冲向B球.假设三球间的相互作用都是弹性碰撞.试求三球不再发生相互作用时每个球的速度.

正确答案

设小球A与B发生碰撞后速度分别为vA、vB

因为是弹性碰撞,

由动量守恒和动能守恒得

mv0=mvA+3mvB

m=m+×3m

代入数据解得 

vA=v0=-v0

方向向左

vB=v0=v0

方向向右

此后B球以速度vB与C球发生碰撞,

设碰撞后速度分别为vB′、vC

因为是弹性碰撞,

由动量守恒和动能守恒得

3mvB=3mvB+2mvC

×3m=×3mvB^2+×2m

代入数据解得

 vB=vB=vB=v0

方向向右

vC=vB=vB=v0

方向向右

此后三球不会在碰撞

故三球不再发生相互作用时速度分别为-v0v0v0

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简答题

如图所示,总长为L的光滑匀质铁链跨过一个光滑的轻小滑轮,开始时底端相齐,当略有扰动时其一端下落,则铁链刚脱离滑轮的瞬间的速度为多大?

正确答案

解:设铁链单位长度的质量为ρ,且选滑轮最高点所在水平面为参考平面,则初状态机械能

末状态机械能为

由机械能守恒定律:E1=E2

所以

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简答题

如图所示,光滑水平面上有A、B两辆小车,质量mc=0.50kg的小球用0.50m长的细线悬挂在A车的支架上.已知=1.0kg,开始时,B车静止,A车以=4m/s的速度驶向B车并与其正碰后粘在一起.若碰撞时间极短.且不计空气阻力,取g=10m/.求小球C摆起的最大高度.

正确答案

0.16m

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模块3-5试题

(1)氢原子第n能级的能量为En=,其中E1是基态能量,而n=1,2,….若一氢原子发射能量为-E1的光子后处于比基态能量高出-E1的激发态,则氢原子发射光子前后分别处于第几能级?

(2)一速度为v的高速α粒子(24He)与同方向运动的氖核(1020Ne)发生弹性正碰,碰后α粒子恰好静止.求碰撞前后氖核的速度(不计相对论修正).

正确答案

(1)设氢原子发射光子前后分别处于第l与第m能级,

发射后的能量Em=

=E1-E1

解得m=2

发射前的能量El=

根据题意知El=Em-E1

-=-E1

将m=2代入上式解得l=4                  

故氢原子发射光子前后分别处于第4与第2能级.

(2)设a粒子与氖核的质量分别为ma与mNe,氖核在碰撞前后的速度分别vNe为与v'Ne

由于a粒子与氖核碰撞过程中动量守恒

故有mav+mNevNe=mNev'Ne

由于发生弹性正碰过程中系统的机械能守恒,故有

mav2+mNevNe2=mNev′Ne2

解得:vNe=v

v′Ne=v

由于a粒子的质量数为4,而氖核(1020Ne)的质量数为20,故有

=

故碰撞前氖核的速度vNe=v

碰撞后氖核的速度v′Ne=v

答:(1)氢原子发射光子前后分别处于第4与第2能级.

(2)碰撞前氖核的速度vNe=v;碰撞后氖核的速度v′Ne=v

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简答题

如图所示,一质量为1×10-4kg,带电量为5×10-6C的带电粒子在一加速电压为1×105V的电场中,从静止开始加速,飞出电场后水平击中静止在光滑圆弧底端的小木块,并随小木块一起以5m/s的速度向前滑行,已知水平轨道AB=10m,与木块的动摩擦因素μ=0.5,BC是半径R=300m的光滑圆弧轨道.试求:

(1)带电粒子经加速电场加速后的速度大小;

(2)带电粒子射入小木块后,木块需经过多长时间停止?(g取10m/s2,cos5°=0.996)

正确答案

(1)根据动能定理,qu=2    

解得,υ=100m/s               

(2)物体上滑只有重力做功,所以机械能守恒,

由机械能守恒定律有:(M+m)υ02=(M+m)gh                   

解得,h=1.25m                                                  

由几何关系,则有cosθ==0.9958

∴θ≈5°

把物体向上滑行看作单摆振动.                                     

向上滑行时间 t1===17.2S                               

B→A  f=ma=μmg     a=μg   t2==1s                         

∴t=t1+t2=18.2s  

答:(1)带电粒子经加速电场加速后的速度大小为100m/s;

(2)带电粒子射入小木块后,木块需经过18.2s时间停止.

下一知识点 : 实验:验证机械能守恒定律
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