- 匀变速直线运动规律的综合运用
- 共522题
如图所示,水平传送带AB距离地面的高度为h,以恒定速率v0顺时针运行。甲、乙两相同滑块(视为质点)之间夹着一个压缩轻弹簧(长度不计),在AB的正中间位置轻放它们时,弹簧立即弹开,两滑块以相同的速率分别向左、右运动。下列判断正确的是( )
正确答案
如图所示,一轻绳吊着粗细均匀的棒,棒下端离地面高H,上端套着一个细环。棒和环的质量均为m,相互间最大静摩擦力等于滑动摩擦力kmg(k>1)。断开轻绳,棒和环自由下落。假设棒足够长,与地面发生碰撞时,触地时间极短,无动能损失。棒在整个运动过程中始终保持竖直,空气阻力不计。求:
(1)棒第一次与地面碰撞弹起上升过程中,环的加速度;
(2)从断开轻绳到棒与地面第二次碰撞的瞬间,棒运动的路程S;
(3)从断开轻绳到棒和环都静止,摩擦力对环及棒做的总功W。
正确答案
解:(1)设棒第一次上升过程中,环的加速度为a环,由牛顿第二定律得:
kmg-mg=ma环
解得:a环=(k-1)g,方向竖直向上
(2)设棒第一次落地的速度大小为v1
由机械能守恒得:
解得:
设棒弹起后的加速度为a棒,由牛顿第二定律得:
A棒=-(k+1)g
棒第一次弹起的最大高度为:
解得:
棒运动的路程为:
(3)解法一: 棒第一次弹起经过t1时间,与环达到相同速度v'1
环的速度:v'1=-v1+a环t1
棒的速度:v'1=v1+a棒t1
环的位移:
棒的位移:
环第一次相对棒的位移为:
棒环一起下落至地:
解得:
同理,环第二次相对棒的位移为
……
环相对棒的总位移为:x=x1+x2+……+xn
摩擦力对棒及环做的总功为:
解法二: 设环相对棒滑动距离为l
根据能量守恒:
摩擦力对棒及环做的总功为:
解得:
如图1所示,一个质量m=0.1 kg的正方形金属框总电阻R=0.5 Ω,金属框放在表面绝缘的斜面AA′B′B的顶端(金属框上边与AA′重合),自静止开始沿斜面下滑,下滑过程中穿过一段边界与斜面底边BB′平行、宽度为d的匀强磁场后滑至斜面底端(金属框下边与BB′重合),设金属框在下滑过程中的速度为v,与此对应的位移为x,那么v2-x图象如图2所示,已知匀强磁场方向垂直斜面向上,金属框与斜面间的动摩擦因数μ=0.5,取g=10 m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6。
(1)根据v2-x图象所提供的信息,计算出金属框从斜面顶端滑至底端所需的时间t;
(2)求出斜面AA′B′B的倾斜角θ;
(3)求匀强磁场的磁感应强度B的大小。
正确答案
解:(1)由v2-x图象可知:
x1=0.9 m,v1=3 m/s,做匀加速运动;
x2=1.0 m,v1=3 m/s,做匀速运动;
x3=1.6 m,末速度v2=5 m/s,做匀加速运动
设线框在以上三段的运动时间分别为t1、t2、t3则x1=v1t1,所以t1=0.6 s
x2=v1t2,所以t2=s
x3=(v1+v2)t3,t3=0.4 s
t=t1+t2+t3=s
(2)线框加速下滑时,由牛顿第二定律得mgsinθ-μmgcosθ=ma
由a=5.0 m/s2得θ=53°
(3)线框通过磁场时,线框做匀速直线运动,线框受力平衡
+μmgcosθ=mgsinθ
线框的宽度L=d=0.5x2=0.5 m
得B=T
如图所示,光滑斜面的底端a与一块质量均匀、水平放置的平板光滑相接,平板长为2L,L=1m。其中心C固定在高为R的竖直支架上,R=1m。支架的下端与垂直于纸面的固定转轴O连接,因此平板可绕转轴O沿顺时针方向翻转。问:
(1)在斜面上离平板高度为h0处放置一滑块A,使其由静止滑下,滑块与平板间的摩擦因数μ=0.2。为使平板不翻转,h0最大为多少?
(2)如果斜面上的滑块离平板的高度为h1=0.45m,并在h1处先后由静止释放两块质量相同的滑块A、B,时间间隔为△t=0.2s,则B滑块滑上平板后多少时间,平板恰好翻转。(重力加速度g取10m/s2)
正确答案
解:(1)设A滑到a处的速度为v0= ①
f=μN,N=mg,f=ma,a=μg ②
滑到板上离a点的是大距离为v02=2μgs0,s0=2gh0/2μg=h0/μ ③
A在板上不翻转应满足条件;摩擦力矩小于正压力力矩,即M摩擦≤M压力
μmgR≤mg(L-s0) ④
h0≤μ(L-μR)=0.2(1-0.2)=0.16m ⑤
(2)当h=0.45m,,vA=vB=3m/s ⑥
设B在平板上运动直到平板翻转的时刻为t,取△t=0.2s
sA=vA(t+△t)-μg(t+△t)2/2 ⑦'
SB=vBt-μgt2/2 ⑦
两物体在平板上恰好保持平板不翻转的条件是2μmgR=mg(L-SA)+mg(L-SB)⑧
由⑦+⑦′式等于⑧式,得t=0.2S
如图所示,一木箱静止、在长平板车上,某时刻平板车以a = 2.5m/s2的加速度由静止开始向前做匀力―直线运动,当速度达到)V = 9m/s时改做匀速直线运动,己知木箱与平板车之间的动摩擦因数μ=0.225,箱与平板车之间的最大静摩擦力与滑动静擦力相等(g取10m/s2)。求:
(1)车在加速过程中木箱运动的加速度的大小;
(2)要使木箱不从平板车上滑落,木箱开始时距平板车末端的最小距离。
正确答案
解:
(1)设木箱的最大加速度为a',根据牛顿第二定律
解得
则木箱与平板车存在相对运动,所以车在加速过程中木箱的加速度为
(2)设平板车做匀加速直线运动的时间为,木箱与平板车达到共同速度的时间为
,
根据速度公式
①
②
达共同速度平板车的位移为 则
③
木箱的位移为则
④
要使木箱不从平板车上滑落,木箱距平板车末端的最小距离满足⑤
解①②③④⑤得。
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