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简答题

如图所示,倾角为37°的粗糙斜面固定于水平地面上,质量m=2kg的木块从斜面底端以4m/s的初速度滑上斜面,木块与斜面间的动摩擦因数为0.25.现规定木块初始位置重力势能为零,且斜面足够长.(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8),试求:

(1)木块在上滑过程中加速度的大小;

(2)木块在斜面上运动的总时间;

(3)木块的重力势能与动能相等时的离地高度.

正确答案

(1)由牛顿第二定律可得:a1=

而摩擦力为:f=μmgcos37°

则有a1=8m/s2

(2)上滑的时间t1==0.5s

下滑的加速度a2==4m/s2

上滑的位移:s=a1t12=1m

下滑时间:t2=s

运动的总时间:t总=s=1.207s

(3)上滑过程中,由动能定理得:mv02-Ek=fs+mgh1

    则有fs=mgh1

解得:h1=m=0.34m

下滑过程中,由动能定理得:EK-0=mg(0.6-h2)-fs'

则有fs′=mg(0.6-h2)

解得:h2=m=0.24m

答:(1)木块在上滑过程中加速度的大小8m/s2

(2)木块在斜面上运动的总时间1.207s.

(3)木块的重力势能与动能相等时上升时离地高度为0.34m,下降时高地高度为0.24m.

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简答题

如图所示,光滑斜面的倾角a=30°,在斜面上放置一矩形线框abcd,ab边的边长l1=1m,bc边的边长l2=0.6ra,线框的质量m=1kg,电阻R=0.1Ω,线框受到沿光滑斜面向上的恒力F的作用,已知F=1ON.斜面上ef线(ef∥gh)的右方有垂直斜面向上的均匀磁场,磁感应强度B随时间t的变化情况如B-t图象所示,时间t是从线框由静止开始运动时刻起计的.如果线框从静止开始运动,进人磁场最初一段时间是匀速的,ef线和gh的距离 s=5.1m,取 g=10m/s2.求:

(1)线框进人磁场前的加速度;

(2 )线框进人磁场时匀速运动的速度v;

(3)线框整体进入磁场后,ab边运动到gh线的过程中产生的焦耳热.

正确答案

(1)线框进入磁场前,受到重力、细线的拉力F和斜面的支持力作用做匀加速运动,根据牛顿第二定律得

F-mgsinα=ma

得,a==5m/s2

(2)线框进人磁场最初一段时间是匀速的,合力为零,由E=Bl1v、I=、FA=BIl1 得安培力为

  FA=

根据平衡条件得  F=mgsinα+FA=mgsinα+

代入解得  v=2m/s

(3)线框abcd进入磁场前做匀加速运动,进磁场的过程中,做匀速运动,进入磁场后到运动到gh线仍做匀加速运动.

    进磁场前线框的运动的时间为t1==s=0.4s

    进磁场过程中匀速运动的时间为t2==s=0.3s

线框完全进入磁场后线框受力情况与进入磁场前相同,所以该阶段的加速度仍为a=5m/s2

由s-l2=vt3+a

解得,t3=1s

因此线框整体进入磁场后,ab边运动到gh线的过程中有感应电流的时间为t4=1-(0.9-t1-t2)=0.8s

线框中产生的感应电动势为 E=S=l1l2=×0.6×1V=0.25V

线框整体进入磁场后,ab边运动到gh线的过程中产生的焦耳热为

   Q=t4=J=0.5J

答:

(1)线框进人磁场前的加速度是5m/s2

(2 )线框进人磁场时匀速运动的速度v是2m/s;

(3)线框整体进入磁场后,ab边运动到gh线的过程中产生的焦耳热是0.5J.

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某同学用位移传感器研究木块在斜面上的滑动情况,装置如图1.己知斜面倾角θ=37°.他使木块以初速度v0沿斜面上滑,并同时开始记录数据,绘得木块从开始上滑至最高点,然后又下滑回到出发处过程中的s-t图线如图2所示.图中曲线左侧起始端的坐标为(0,1.4),曲线最低点的坐标为(0.6,0.4).重力加速度g取10m/s2.sin37°=0.6,cos37°=0.8求:

(1)木块上滑时的初速度v0和上滑过程中的加速度a1

(2)木块与斜面间的动摩擦因数μ;

(3)木块滑回出发点时的速度vt

正确答案

(1)物体匀减速上滑,由图象得到:末速度v=0,位移x=1.4-0.4=1.0m,时间为t=0.6s;

根据位移时间公式,有x=v0t+at2

根据速度时间公式,有v=v0+at;

联立解得:v0=4m/s,a=8m/s2

(2)上滑过程,物体受重力支持力和滑动摩擦力,根据牛顿第二定律,有

mgsin37°+μmgcos37°=ma

代入数据解得

μ=0.25

(3)木块下滑过程,根据牛顿第二定律,有

mgsin37°-μmgcos37°=ma′

代入数据解得

a′=4m/s2

物体匀加速下滑,根据速度位移公式,有

=2a′x

解得

vt===2m/s

答:(1)木块上滑时的初速度为4m/s,上滑过程中的加速度为8m/s2

(2)木块与斜面间的动摩擦因数为0.25;

(3)木块滑回出发点时的速度为2m/s.

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质量为0.2kg的物体,以24m/s的初速度竖直向上抛出,由于空气的阻力,经2s到达最高点.假设物体在运动过程中所受的空气阻力大小不变,求:

(1)则物体上升的最大高度;

(2)物体由最高点落回抛出点所用的时间.(g取10m/s2

正确答案

(1)物体上升到最高点做匀减速运动

则:hm=t=×2=24m

(2)物体向上运动时有:a上===12m/s2

解得:f=0.4N

当物体向下运动时有:a下==8m/s2

所以hm=a下=24m

解得:t下=s

答:(1)则物体上升的最大高度为24m;

(2)物体由最高点落回抛出点所用的时间为s

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简答题

2003年10月16日我国成功地发射了载人宇宙飞船,标志着我国的运载火箭技术已跨入世界先进行列,成为第三个实现“飞天”梦想的国家.在某一次火箭发射实验中,若该火箭(连同装载物)的质量M=3.00×105kg,启动后获得的推动力恒为F=4.50×106N,火箭发射塔高H=125m,不计火箭质量的变化和空气阻力,取g=10m/s2).

求:

(1)该火箭启动后获得的加速度.

(2)该火箭从启动到脱离发射塔所需要的时间.

正确答案

(1)根据牛顿第二定律有:

 F-mg=ma

故a=m/s2=5.0m/s2

(2)设火箭在发射塔上运动的时间为t,则:

  H=at2

故  t==s=7.1s

答:

(1)该火箭启动后获得的加速度为5.0m/s2

(2)该火箭从启动到脱离发射塔所需要的时间为7.1s.

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如图所示,在足够长的光滑水平面上,放置一长为L=1m、质量为m1=0.5kg的木板A,一质量为m2=1kg的小物体B以初速度υ0=4m/s滑上A的上表面,A与B之间的动摩擦因数为μ=0.2,g=10m/s2

(1)当B刚从A上滑落时,A、B的速度分别是多大?

(2)为使B不从木板A的右端滑落,当B滑上A时,在A的右端始终施加一个水平向右的恒力F,求F的大小应满足的条件.

正确答案

(1)假设B刚从A上滑落时,A、B的速度分别为v1、v2

A的加速度a1==4m/s2

B的加速a2=μg=2m/s2

由位移关系有L=v0t-a2t2-a1t2代入数值解得:t=1s或s.

当t=1s时v1=a1t=4m/s      v2=v0-a2t=2m/s 

v1>v2不合题意舍去

∴t=s    v1=a1t=m/s     v2=v0-a2t=m/s  

答:当B刚从A上滑落时,A、B的速度分别是m/s、m/s.

(2)当B经过时间t运动至A的最右端时,若A、B具有共同速度v,则此时所施加的恒力F有最小值.此过程中A做匀加速运动的位移s=t①

B做匀减速运动的位移L+s=t②

A、B的加速度分别为a1=

a2==μg④

又v=v0-a2t⑤

联立①~⑤,代入数据解得v=3m/s   t=0.5s    a1=6m/s2

以A为研究对象,根据牛顿第二定律有Fmin+μm2g=m1a1

解得Fmin=1N   故F≥1N

答:F的大小应满足的条件F≥1N.

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如图所示,两块竖直放置的导体板间存在水平向左的匀强电场,板间距离为d.有一带电量为+q、质量为m的小球(可视为质点)以水平速度从A孔进入匀强电场,且恰好没有与右板相碰,小球最后从B孔离开匀强电场,若A、B两孔的距离为4d,重力加速度为g,求:

(1)两板间的场强大小;

(2)小球从A孔进入电场时的速度;

(3)从小球进入电场到其速度达到最小值,小球电势能的变化量为多少?

正确答案

(1)由题意可知,小球在水平方向先减速到零,然后反向加速.设小球进入A孔的速度为v0,减速到右板的时间为t,则有:

水平方向:d=v0t-t20=v0-t

竖直方向:4d=g(2t)2

联立解得E=

(2)在水平方向上根据牛顿第二定律有qE=max

根据运动学公式有0-=2(-ax)d

联立解得v0=

(3)小球进入电场后,在水平方向上做减速运动,即vx=v0-t′=v0-gt′

在竖直方向上做加速运动,即vy=gt'

小球在电场中的速度大小为v=

联立由数学知识可得t′=时小球速度达到最小,最小值为v0;

此时粒子在水平方向的位移为:x=v0t′-t′2

在此过程中电场力做功为W=-qEx   

而W=-△Ep

联立解得△Ep=mgd,即粒子的电势能增加mgd

答:(1)两板间的场强大小为

(2)小球从A孔进入电场时的速度为

(3)从小球进入电场到其速度达到最小值为v0,小球电势能的增加量为mgd.

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如图所示,传送带与水平面间的夹角为37°,并以v=10m/s逆时针方向的恒定的速率运行,在传送带的A端无初速的放一个小物体(可视为质点),物体与传送带之间的动摩擦因数μ=0.5,AB长16m,求:

(1)物体运动过程中速度达到传送带的速度所需的时间;

(2)物体到达B点时的速度大小.

正确答案

(1)物体开始速度为零,所受摩擦力沿传送带向下,所以物体的加速度为

a1==g(sin37°+μcos37°)=10m/s2,方向沿传送带向下.

经过时间t1==1s,物体与皮带速度相同.

此过程物体下滑位移为s1=a1

然后物体所受摩擦力向上,将以a2=g(sinθ-μcosθ)=2m/s2的加速度加速下滑,经时间t2到达底端,所以有

  s2=16-s1=vt2+a2t22

解得t2=1s

所以物体到达底端所需时间为t=t1+t2=2s.

(2)物体到达B点时的速度大小为v′=v+a2t2=10+2×1(m/s)=12m/s

答:

(1)物体运动过程中速度达到传送带的速度所需的时间是2s;

(2)物体到达B点时的速度大小是12m/s.

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热气球外部挂有一质量为70kg的重物,以v0=15m/s的速度竖直匀速上升,在上升到离地面h=50m处热气球发生故障,立即剪断悬挂重物的细绳,热气球将以2m/s2的加速度匀加速上升.(不计剪断绳所用时间)求:

(1)重物落地时热气球距地面的高度;

(2)重物落地时的速度.

正确答案

(1)取货物为研究对象,货物将竖直上抛运动,经时间t落地,以竖直向上为正,

-h=v0t-gt2    ①

在此时间内热气球加速上升h1,由匀变速运动:h1=v0t+at2    ②

气球离地高度H

H=h1+h                             ③

解得:t=5s或t=-2s(舍去)                         

H=150m                                         

(2)货物落地速度为v 由匀变速规律得v=v0-gt

解得v=-35m/s                                    

速度大小35m/s方向竖直向下      

答:(1)重物落地时热气球距地面的高度为150m;

(2)重物落地时的速度大小35m/s方向竖直向下.

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汽车刹车前速度为10m/s,刹车获得加速度大小为0.5m/s2,求:

(1)汽车刹车后25s内滑行的距离;

(2)静止前4s内汽车滑行的距离.

正确答案

设汽车运动方向为正方向,则a=-5m/s2

(1)设刹车的时间为t0,则有

t0==s=20s

则汽车刹车25s后的位移与20s末的位移相同,x=v0t+at2=10×20-×0.5×400m=100m

(2)汽车减速为0可看成反向的初速度为0的匀加速运动.

由x2=at2=×0.5×16m=4m

答:(1)汽车刹车后25s内滑行的距离为100m;   (2)静止前4s内汽车滑行的距离为4m.

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卡车原来用7m/s的速度在平直公路上行驶,因为道口出现红灯,司机从较远的地方开始刹车,使卡车匀减速前进,当车速度减至1m/s时,交通灯转为绿灯,司机当即放开刹车,并且只用了原来一半的时间就加速到了原来的速度,从刹车开始到恢复原速过程用了9s,求:

(1)减速和加速过程中的加速度大小;

(2)开始刹车后2S末的瞬时速度大小.

(3)因过道口而耽误的时间.

正确答案

(1)卡车减速时,t1=t=6s

a1==m/s2=-1m/s2

即减速时加速度大小为1m/s2

卡车加速时,t2=t=3s

a2==m/s2=2m/s2

答:减速和加速的加速度大小分别为1m/s2、2m/s2

(2)2秒末的速度v2

v2=v0+at=7+(-1)×2 m/s=5m/s

答:开始刹车后2S末的瞬时速度大小为5m/s.

(3)减速,加速的位移分别为S1、S2S1=t1=24m

S2=t2=12m

正常运行时间t0t0==5.14s

耽误的时间△t△t=t-t0=3.86s

答:因过道口而耽误的时间为3.86s.

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如图所示,一名消防队员在模拟演习训练中,沿着竖立在地面上的钢管往下滑.已知这名消防队员的质量为60kg他从钢管顶端由静止开始先匀加速再匀减速下滑到达地面时速度恰好为零.如果他加速时的加速度大小是减速时加速度的2倍,下滑的总时间为3s,下滑的总距离为12m,g取l0m/s2,求:

(1)该消防队员下滑过程中的最大速度;

(2)该消防队员加速下滑和减速下滑过程中分别受到的摩擦力大小.

正确答案

(1)设最大速度为v,加速的平均速度和减速的平均速度都是v,故全程的平均速度为v,故

h=t=vt

解得

v==m/s=8m/s

(2)加速过程

mg-f1=ma1

减速过程

f1-mg=ma2

根据速度时间公式,有

a1t1=a2t2=v

t1+t2=3

a1=2a2

a1+a2=h

解得

a1=8m/s2,a2=4m/s2

f1=120N,f2=840N;

答:(1)该消防队员下滑过程中的最大速度为8m/s;

(2)该消防队员加速下滑过程中受到的摩擦力大小为120N,减速下滑过程中受到的摩擦力大小为840N.

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《中华人民共和国道路交通安全法》第四章第五节第67、68条规定:汽车在高速公路上行驶的最高速度不超过120km/h,发生故障时,警告标志应标明在故障车来车方向150m以外.某校高一年级研究性学习小组根据调查收集得到下面的资料,想通过探究性学习来说明“发生故障时警告标志应标明在故障车来车方向150m以外”的理论依据是否科学,假如你是小组成员之一,请你分析说明.(g取10m/s2

资料一:驾驶员的反应时间:0.3s--O.6s之间

资料二:各种路面与轮胎之间的动摩擦因数:

正确答案

由表格可知,汽车在湿沥青与混凝土路面刹车的加速度最小,所以刹车距离最大.

在司机以最高时速在湿沥青路面上行驶时,反应时间内的位移范围为:0.3×≤x1≤0.6×,即10m≤x1≤20m

刹车时加速度a=μg,所以在湿沥青与混凝土路面刹车加速度范围为3.2m/s2≤a≤4m/s2

根据x2=可得,刹车距离的范围为:138.9m≤x2≤173.6m

所以总位移的范围为:148.9m≤x≤193.6m,所以警告标志应放在150米之外.

答:经过计算可知理论依据科学.

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如图所示,A是一个质量为1×10-3kg表面绝缘的薄板,薄板静止在光滑的水平面上,在薄板左端放置一质量为1×10-3kg带电量为q=1×10-5C的绝缘物块,在薄板上方有一水平电场,可以通过开关控制其有、无及方向.先产生一个方向水平向右,大小E1=3×102V/m的电场,薄板和物块开始运动,作用时间2s后,改变电场,电场大小变为E2=1×102V/m,方向向左,电场作用一段时间后,关闭电场,薄板正好到达目的地,物块刚好到达薄板的最右端,且薄板和物块的速度恰好为零.已知薄板与物块间的动摩擦因数µ=0.1,(薄板不带电,物块体积大小不计,g取10m/s2)求:

(1)在电场E1作用下物块和薄板的加速度各为多大;

(2)电场E2作用的时间;

(3)薄板的长度和薄板移动的距离.

正确答案

(1)根据牛顿第二定律得:物块的加速度a1===m/s2=2m/s2

薄板的加速度为:a2==1m/s2

(2)经t1=2s 物块速度为v1=a1t1=2×2m/s,向右;薄板的加速度v2=a2t1=1×2=2m/s,向右.

经2s后,物块做匀减速运动,加速度大小a1′==2m/s2

,向左.薄板的加速度不变,仍为a2=1m/s2向右.当两者速度相等时,货柜恰好到达小车最右端,以后因为qE2=f=µ(m0+m1)g,两者一起作为整体向右以a3==0.5m/s2,向右作匀减速直到速度都为0.

共同速度为v=v1-a1′t2,v=v2+a2′t2解得  t2=s,v=s

物块和薄板获得共同速度直到停止运动用时t3==s

第二次电场作用时间为t=t2+t3=6s

(3)经t1=2s时,物块运动位移为x1=a1t12=4m

薄板运动位移x2=a2t12=2m

薄板在t2时间内位移x3=v2t2+a2t22=m

物块在t2时间内位移为x4=v1t2-a1′t22=m

薄板的长度L=x1-x2+x4-x3=m=2.67m

薄板移动的距离为x=x2+x3+=m=10.67m

答:

(1)在电场E1作用下物块和薄板的加速度各为2m/s2和1m/s2

(2)电场E2作用的时间是6s;

(3)薄板的长度是2.67m,薄板移动的距离是10.67m.

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昆明市西山区团结乡建有滑草场.可将其看成倾角θ=30°的斜面,一游客连同滑草装备的总质量为m=80kg,他从静止开始匀加速下滑,在t=5s时间内沿直线滑下x=50m(不计空气阻力,取g=10m/s2,结果保留2位有效数字)

(1)游客连同装备下滑过程中受到的摩擦力F为多大?

(2)滑草装置与草地之间的动摩擦因数μ为多大?

正确答案

(1)据运动学公式  x=at2  ①

        由牛顿第二定律得  mgsin30°-F=ma  ②

       由①②解得  F=80N

   (2)F=μFN=μmgcos30°

解得  μ=0.12

答:(1)游客连同装备下滑过程中受到的摩擦力F为80N;(2)滑草装置与草地之间的动摩擦因数μ为0.12.

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