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题型:简答题
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简答题

如图甲所示,一质量为m=1.0kg的滑块静止于动摩擦因数为μ=0.10的水平轨道上.现对滑块施加一水平向右的外力F,使滑块由静止向右运动,外力F的功率恒为P=8.0W.经过一段时间后撤去外力,滑块继续滑行一段距离后停下,已知滑块滑行的总距离为s=8.0m,取g=10m/s2.试求:

(1)水平外力F作用在滑块上的时间t1

(2)分析判断出滑块速度能否达到υ=4.0m/s,并说明理由;

(3)在图乙中定性画出滑块速度υ随时间t变化的图象.

正确答案

解:(1)由动能定理可得Pt-μmg=0,代入数据解得:t=1.0s.

(2)设滑块的最大速度为υm,则滑块做匀减速运动的加速度大小为a=μg,滑块做减速运动的时间为t2=,则有 (t1+t2)<s,

解得:m/s≈3.5m/s,所以滑块的速度不能达到υ=4.0m/s.

(3)如图所示:1.0s之前为曲线,1.0s之后为直线,最后时刻在4s~5s之间

答:(1)水平外力F作用在滑块上的时间1s;

(2)滑块速度不能达到4.0m/s;

(3)如右图所示.

解析

解:(1)由动能定理可得Pt-μmg=0,代入数据解得:t=1.0s.

(2)设滑块的最大速度为υm,则滑块做匀减速运动的加速度大小为a=μg,滑块做减速运动的时间为t2=,则有 (t1+t2)<s,

解得:m/s≈3.5m/s,所以滑块的速度不能达到υ=4.0m/s.

(3)如图所示:1.0s之前为曲线,1.0s之后为直线,最后时刻在4s~5s之间

答:(1)水平外力F作用在滑块上的时间1s;

(2)滑块速度不能达到4.0m/s;

(3)如右图所示.

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题型: 多选题
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多选题

一质量为m小球,用长为l的轻绳悬挂于O点,小球静止在P点,现对小球施加一水平恒力F,小球从最低点P点运动到Q点时速度刚好为零,已知Q点悬线与竖直方向的角度为θ,关于水平恒力F的大小及从P到Q恒力F作功W的数值正确的是(  )

AF=mgtanθ

BF=mg

CW=mgl(1-cosθ)

DW=mgl

正确答案

B,C

解析

解:A、在恒力F作用下小球先做加速运动,再做减速运动到零,可知当绳子与竖直方向的夹角为时,小球的速度最大,此时小球切线方向所受的合力为零,有:,故A错误,B正确.

C、根据动能定理得:W-mgl(1-cosθ)=0,解得:W=mgl(1-cosθ),故C正确,D错误.

故选:BC.

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题型:填空题
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填空题

(1)动能的表达式为______,其国际单位是______

(2)动能是______,只有大小没有方向;

(3)动能是______,具有瞬时性;

(4)由动能的表达式可以看出动能在任何情况下都是______(填正值或负值)

正确答案

mv2

焦耳

标量

状态量

正值

解析

解:(1)动能的表达式为:Ek=mv2;单位为焦耳;

(2)动能只有大小没有方向,是个标量;

(3)动能是物体在某一瞬间所具有的物理量,是状态量;

(4)动能在任何情况下均为正值;

故答案为:(1)mv2,焦耳;(2)标量;(3)状态量;(4)正值.

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题型: 单选题
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单选题

如图所示,一质量为m的物块以一定的初速度v0从斜面底端沿斜面向上运动,恰能滑行到斜面顶端.设物块和斜面的动摩擦因数一定,斜面的高度h和底边长度x可独立调节(斜边长随之改变),下列说法错误的是(  )

A若增大m,物块仍能滑到斜面顶端

B若增大h,物块不能滑到斜面顶端,但上滑最大高度一定增大

C若增大x,物块不能滑到斜面顶端,但滑行水平距离一定增大

D若再施加一个水平向右的恒力,物块一定从斜面顶端滑出

正确答案

D

解析

解:A、物块以一定的初速度v0从斜面底端沿斜面向上运动,恰能滑行到斜面顶端,根据动能定理得:

-mgh-μmgcosθ=0-,即,可见与物体的质量无关,增大m,物块仍能滑到斜面顶端.故A正确.

B、根据,知h增大,物块不能滑到斜面的顶端,结合,知h=,增大h,θ增大,则上升的最大高度增大.故B正确.

C、根据,知x增大,物块不能滑到斜面的顶端,结合,知x=,增大x,斜面的倾角变小,则滑行的最大距离一定增大.故C正确.

D、施加一个水平向右的恒力,恒力沿斜面方向的分力可能小于摩擦力的增加量,则物块不一定能从斜面顶端滑出.故D错误.

本题选错误的,故选:D.

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题型:简答题
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简答题

一个人从0.8m高的平台上以3m/s的速度水平抛出一个质量为2kg的物体,求:

(1)人对物体做了多少功?

(2)整个运动过程中重力对物体做了多少功?

(3)物体落地时的速度大小和方向?(g=10m/s2

正确答案

解:(1)根据动能定理得,人对物体做功 W==J=9J

(2)整个运动过程中重力对物体做功为 WG=mgh=2×10×0.8J=16J

(3)由动能定理得:

  mgh=-

得物体落地时的速度大小 v===5m/s

设物体落地时的速度方向与水平方向的夹角为α,则

  cosα==,α=53°

答:

(1)人对物体做了9J的功.

(2)整个运动过程中重力对物体做了16J的功.

(3)物体落地时的速度大小是5m/s,方向与水平方向的夹角为53°.

解析

解:(1)根据动能定理得,人对物体做功 W==J=9J

(2)整个运动过程中重力对物体做功为 WG=mgh=2×10×0.8J=16J

(3)由动能定理得:

  mgh=-

得物体落地时的速度大小 v===5m/s

设物体落地时的速度方向与水平方向的夹角为α,则

  cosα==,α=53°

答:

(1)人对物体做了9J的功.

(2)整个运动过程中重力对物体做了16J的功.

(3)物体落地时的速度大小是5m/s,方向与水平方向的夹角为53°.

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题型:简答题
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简答题

AB是竖直平面内的四分之一光滑圆弧轨道,在下端B与水平直轨平滑相切,如图所示.一小木块自A点起由静止开始沿轨道下滑,最后停在C点.已知圆轨道半径为2m,小木块的质量为1kg,水平直轨道的动摩擦因数为0.4.(小木块可视为质点)求:B、C两点之间的距离x是多大?

正确答案

解:对于整个过程,由动能定理得:

  mgR-μmgx=0-0

得 x==m=5m

答:B、C两点之间的距离x是5m.

解析

解:对于整个过程,由动能定理得:

  mgR-μmgx=0-0

得 x==m=5m

答:B、C两点之间的距离x是5m.

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题型:简答题
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简答题

一个物体在恒力F作用下由静止开始运动,速度达到v,然后换成一个方向相反大小为3F的恒力作用,经过一段时间后,物体回到出发点,求物体回到原出发点时的速度.

正确答案

解:设物体在恒力F作用下发生的位移为s,由动能定理得:

Fs=mv2…①

物体在3F恒力作用下,先做匀减速运动,速度减小到零后返回,到物体回到原出发点时,物体的位移大小仍为s.在3F恒力作用的过程中,由动能定理得:

3Fs=mvt2-mv2…②

由①②得:vt=2v,

答:物体回到原出发点时的速度为2v.

解析

解:设物体在恒力F作用下发生的位移为s,由动能定理得:

Fs=mv2…①

物体在3F恒力作用下,先做匀减速运动,速度减小到零后返回,到物体回到原出发点时,物体的位移大小仍为s.在3F恒力作用的过程中,由动能定理得:

3Fs=mvt2-mv2…②

由①②得:vt=2v,

答:物体回到原出发点时的速度为2v.

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题型: 多选题
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多选题

如图所示,质量为M,长度为L的小车静止在光滑的水平面上,质量为m的小物块,放在小车的最左端,现用一水平向右的恒力F始终作用在小物块上,小物块与小车之间的滑动摩擦力为f,经过一段时间后小车运动的位移为x,此时小物块刚好滑到小车的最右端,则下列说法中正确的是(  )

A此时物块的动能为F(x+L)

B此时小车的动能为f(x+L)

C这一过程中,物块和小车增加的机械能为F(x+L)-fL

D这一过程中,物块和小车因摩擦而产生的热量为fL

正确答案

C,D

解析

解:A、根据动能定理得,(F-f)(x+L)=-0,则物块的动能为Ek=(F-f)(x+L).故A错误.

B、根据动能定理得,小车的动能为fx,故B错误.

C、由功能关系得知,物块和小车增加的机械能为F(x+L)-fL.故C正确.

D、系统产生的内能等于系统克服滑动摩擦力做功fL.故D正确.

故选:CD

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题型: 单选题
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单选题

如图所示,小物块以某一初速度v0从固定的粗糙斜面底端上滑至最高点又返回底端,若以沿斜面向上为正方向,用a、x、v和Ek分别表示物块加速度、位移、速度和动能,t表示运动时间.则可能正确的图象是(  )

A

B

C

D

正确答案

B

解析

解:A、在上滑的过程中加速度为,在下滑过程中加速度为,故A错误

B、上滑时做匀减速运动,故h曲线斜率先大后小,且平均速度大,运动时间短;下滑时做匀加速运动,故h曲线斜率先小后大,且平均速度小,运动时间长;故B正确.

C、由于上滑时合外力为重力分力和摩擦力之和,加速度大小不变,沿斜面向下;下滑时合外力为重力分力和摩擦力之差,加速度大小不变,方向沿斜面向下;所以上滑时加速度大,所以速度曲线斜率大;下滑时加速度小,所以速度曲线效率小,方向向下,为负值,且此过程中,摩擦力做功,使物块到达底端的速率变小,故C错误.

D、根据动能定理得:,上滑时做匀减速运动,故EK曲线斜率先大后小;下滑时做匀加速运动,故Ek曲线斜率先小后大,故D错误.

故选:B.

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题型: 单选题
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单选题

如图所示,倾角为α足够大的光滑斜面上,有一个xOy坐标系,x轴沿水平方向.若将光滑金属小球从O点分别施以不同的初始运动条件,关于其后运动规律,下列分析不正确的有(  )

A将小球以初速度v0分别沿x和y的正方向抛出后,将同时到达斜面底边

B将小球以初速度v0分别沿x正方向和y的负方向抛出,到达斜面底边时速度一样大

C将小球以速度v0沿x正方向抛出和无初速度释放小球,到达斜面底边的时间相同

D无论怎样将小球沿斜面抛出或释放,小球做的都是匀变速运动,加速度大小均为gsinα

正确答案

A

解析

解:A、对球进行受力分析并由牛顿第二定律可求加速度a=gsinα,方向沿斜面向下.设o点到底边距离为L,若沿x正向抛出可由L=求出t,若沿y轴正向抛出则应满足-L=,求出t,二者显然不同,故A错误.

B、根据动能定理得,在整个过程中,只有重力做功,下降的高度相等,初动能相等,则末动能相等,到达斜面底边时的速度一样大.故B正确.

C、由分运动等时性知沿x正方向抛出与无初速释放小球时间均由L=决定,则到达斜面底边的时间相同.故C正确.

D、由牛顿第二定律知加速度均为gsinα,只不过有匀变速直线与匀变速曲线之分,故D正确.

本题选错误的,故选A.

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题型:简答题
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简答题

如图所示,水平轨道AB段粗糙,长为L=0.2m,BC和半圆轨道均可视为光滑,在左端竖直墙上固定一轻质弹簧,有一可视为质点的小球,小球质量m=1kg,与轨道间动摩擦因数μ=0.6,现将小球压缩轻质弹簧至A点后由静止释放 (小球和弹簧不粘连),发现小球刚好能沿半圆轨道内侧滑下,C点为轨道的最高点,D点为轨道的最低点.小物块离开D点后,做平抛运动,恰好垂直于倾斜挡板打在挡板跟水平面相交的E点.已知半圆轨道的半径R=0.9m,D点距水平面的高度h=0.75m,取g=10m/s2,试求:

(1)压缩的弹簧所具有的弹性势能;

(2)小物块经过D点时对轨道压力的大小;

(3)倾斜挡板与水平面间的夹角θ.

正确答案

解:(1)设小物块经过C点时的速度大小v1,因为经过C时恰好能完成圆周运动,

由牛顿第二定律可得:

解得v1=3m/s

小物块由A到C过程,由能量守恒得:Ep=μmgL+

解得压缩的弹簧所具有的弹性势能Ep=5.7J         

(2)设小物块经过D点时的速度为v2,对由C点到D点的过程,

由动能定理得:

小物块经过D点时,设轨道对它的支持力大小为FN

由牛顿第二定律得:

联立解得FN=60N,

由牛顿第三定律可知,小物块对轨道的压力大小为:F′N=FN=60N

故小物块经过D点时对轨道的压力大小为60N;

(3)小物块离开D点做平抛运动,设经时间t打在E点,由得:

设小物块打在E点时速度的水平、竖直分量分别为vx、vy,速度跟竖直方向的夹角为α,

则:vx=v2、vy=gt

  又

联立解得α=60°

再由几何关系可得θ=α=60°    

故倾斜挡板与水平面的夹角为θ为60°.

答:(1)压缩的弹簧所具有的弹性势能为5.7J         

(2)小物块经过D点时对轨道压力的大小为60N;

(3)倾斜挡板与水平面间的夹角θ为60°.

解析

解:(1)设小物块经过C点时的速度大小v1,因为经过C时恰好能完成圆周运动,

由牛顿第二定律可得:

解得v1=3m/s

小物块由A到C过程,由能量守恒得:Ep=μmgL+

解得压缩的弹簧所具有的弹性势能Ep=5.7J         

(2)设小物块经过D点时的速度为v2,对由C点到D点的过程,

由动能定理得:

小物块经过D点时,设轨道对它的支持力大小为FN

由牛顿第二定律得:

联立解得FN=60N,

由牛顿第三定律可知,小物块对轨道的压力大小为:F′N=FN=60N

故小物块经过D点时对轨道的压力大小为60N;

(3)小物块离开D点做平抛运动,设经时间t打在E点,由得:

设小物块打在E点时速度的水平、竖直分量分别为vx、vy,速度跟竖直方向的夹角为α,

则:vx=v2、vy=gt

  又

联立解得α=60°

再由几何关系可得θ=α=60°    

故倾斜挡板与水平面的夹角为θ为60°.

答:(1)压缩的弹簧所具有的弹性势能为5.7J         

(2)小物块经过D点时对轨道压力的大小为60N;

(3)倾斜挡板与水平面间的夹角θ为60°.

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题型:简答题
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简答题

(2015•海淀区一模)甲图是我国自主研制的200mm离子电推进系统,已经通过我国“实践九号”卫星空间飞行试验验证,有望在2015年全面应用于我国航天器.离子电推进系统的核心部件为离子推进器,它采用喷出带电离子的方式实现飞船的姿态和轨道的调整,具有大幅减少推进剂燃料消耗、操控更灵活、定位更精准等优势.离子推进器的工作原理如图乙所示,推进剂氙原子P喷注入腔室C后,被电子枪G射出的电子碰撞而电离,成为带正电的氙离子.氙离子从腔室C中飘移过栅电极A的速度大小可忽略不计,在栅电极A、B之间的电场中加速,并从栅电极B喷出.在加速氙离子的过程中飞船获得推力.已知栅电极A、B之间的电压为U,氙离子的质量为m、电荷量为q.

(1)将该离子推进器固定在地面上进行试验.求氙离子经A、B之间的电场加速后,通过栅电极B时的速度v的大小;

(2)配有该离子推进器的飞船的总质量为M,现需要对飞船运行方向作一次微调,即通过推进器短暂工作让飞船在与原速度垂直方向上获得一很小的速度△v,此过程中可认为氙离子仍以第(1)中所求的速度通过栅电极B.推进器工作时飞船的总质量可视为不变.求推进器在此次工作过程中喷射的氙离子数目N.

(3)可以用离子推进器工作过程中产生的推力与A、B之间的电场对氙离子做功的功率的比值S来反映推进器工作情况.通过计算说明采取哪些措施可以增大S,并对增大S的实际意义说出你的看法.

正确答案

解:(1)氙离子在栅电极A、B间经历直线加速过程,根据动能定理有:

qU=

解得:

v=

(2)在与飞船运动方向垂直方向上,根据动量守恒有:

0=(M-Nm)△v+(Nm)v

根据题意,有:

M-Nm≈M

解得:N≈=

(3)设单位时间内通过栅电极A的氙离子数为n,在时间t内,离子推进器发射出的氙离子个数为N=nt,设氙离子受到的平均力为F‘,对时间t内的射出的氙离子运用动量定理,以向右为正方向,有:

F't=Nmv=ntmv,

解得:F'=nmv

根据牛顿第三定律可知,离子推进器工作过程中对飞船的推力大小F=F'=nmv

电场对氙离子做功的功率:P=nqU

则 

根据上式可知:增大S可以通过减小q、U或增大m的方法,提高该比值意味着推进器消耗相同的功率可以获得更大的推力.

答:(1)氙离子经A、B之间的电场加速后,通过栅电极B时的速度v的大小为

(2)推进器在此次工作过程中喷射的氙离子数目N为

(3)增大S可以通过减小q、U或增大m的方法,提高该比值意味着推进器消耗相同的功率可以获得更大的推力.

解析

解:(1)氙离子在栅电极A、B间经历直线加速过程,根据动能定理有:

qU=

解得:

v=

(2)在与飞船运动方向垂直方向上,根据动量守恒有:

0=(M-Nm)△v+(Nm)v

根据题意,有:

M-Nm≈M

解得:N≈=

(3)设单位时间内通过栅电极A的氙离子数为n,在时间t内,离子推进器发射出的氙离子个数为N=nt,设氙离子受到的平均力为F‘,对时间t内的射出的氙离子运用动量定理,以向右为正方向,有:

F't=Nmv=ntmv,

解得:F'=nmv

根据牛顿第三定律可知,离子推进器工作过程中对飞船的推力大小F=F'=nmv

电场对氙离子做功的功率:P=nqU

则 

根据上式可知:增大S可以通过减小q、U或增大m的方法,提高该比值意味着推进器消耗相同的功率可以获得更大的推力.

答:(1)氙离子经A、B之间的电场加速后,通过栅电极B时的速度v的大小为

(2)推进器在此次工作过程中喷射的氙离子数目N为

(3)增大S可以通过减小q、U或增大m的方法,提高该比值意味着推进器消耗相同的功率可以获得更大的推力.

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题型:简答题
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简答题

一物体以初速度v0冲上倾角为θ的斜面,刚好能到达斜面的顶端,物体与斜面的动摩擦因素为μ,g=10m/s2,求斜面的长度L.

正确答案

解:物体上滑过程,根据动能定理得:

-(mgsinθ+μmgcosθ)L=0-

得物体上滑的最大距离为:L=

答:斜面的长度L是

解析

解:物体上滑过程,根据动能定理得:

-(mgsinθ+μmgcosθ)L=0-

得物体上滑的最大距离为:L=

答:斜面的长度L是

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题型:填空题
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填空题

物体从静止开始自由落下,下落1s和下落4s时,物体的动能之比是______;下落1m和4m时,物体的动能之比是______

正确答案

1:16

1:4

解析

解:物体做自由落体运动,根据v=gt,下落1s和下落4s的速度之比为:

故下落1s和下落4s的动能之比为:

根据动能定理公式W=△Ek,有:

下降1m过程:mgh1=Ek1-0

下降4m过程:mgh2=Ek2-0

故:

故答案为:1:16,1:4.

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题型:简答题
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简答题

一个质量为m的小球由静止开始从A点沿光滑的圆弧面自由下滑至底部B点,再沿右半圆弧面滑上.小球运动过程中,圆弧面始终保持静止.已知A、B两点间的高度差为h,重力加速度为g.试求:

(1)小球在B点的速度vB大小;

(2)若小球向右半圆弧面滑至C点时速度恰为B点速度的一半,求C点离B点的高度hBC

正确答案

解:(1)从A到B,由机械能守恒定律得:

mgh=

则得:vB=

(2)从B到C,由机械能守恒定律得:

mghBC+=

联立解得:hBC=h

答:(1)小球在B点的速度vB大小为

(2)C点离B点的高度hBCh.

解析

解:(1)从A到B,由机械能守恒定律得:

mgh=

则得:vB=

(2)从B到C,由机械能守恒定律得:

mghBC+=

联立解得:hBC=h

答:(1)小球在B点的速度vB大小为

(2)C点离B点的高度hBCh.

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