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题型:简答题
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简答题

风洞实验室是飞机等飞行器设计的重要设施。一模型飞机处于水平风向风洞实验室中获得向上的举力可简单表示为F=kSv2,式中S为机翼的面积,v为风的水平速度,k为比例系数。一个质量为m、机翼面积为S0的模型飞机置于风洞中,当风速度为20m/s时,模型飞机受到的向上举力恰好等于重力。现有一实际运行飞机,制作材料与模型机完全相同,大小按模型机形状按比例放大16倍,当此实际飞机以4m/s2的加速度由静止开始加速运动时,飞机在跑道上加速滑行多远才能起飞?

正确答案

S=800m

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题型:简答题
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简答题

如图所示,质量的物体A与劲度k=500N/m的轻弹簧相连,弹簧的另一端与地面上的质量的物体B连接,A、B均处于静止状态. 当一质量的物体C从A的正上方h=0.45m处自由下落,落到A上立刻与A粘连并一起向下运动,它们到达最低点后又向上运动,最终恰能使B离开地面但并不继续上升.(A、B、C均可视为质点,取g=10m/s2),求:

(1)C与A粘连后一起向下运动的速度;

(2)从AC一起运动直至最高点的过程中弹簧对AC整体做的功.

正确答案

(1) 1m/s      (2)0.3J

(1)C落到A上的过程中

………………………………………………………………①

C与A碰撞过程中……………………………………②

v=1m/s…………………………………………………………………………③

(2)AB静止时,弹簧被压缩…………………………………………④

B刚要离开地面时弹簧伸长量

…………………………………………………………………………⑤

AB一起运动到最高时与碰撞时距离

…………………………………………………………………………⑥

从AC一起运动到最高点的过程中弹簧做功W

…………………………………………⑦

W=0.3J………………………………………………………………………………⑧

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题型:简答题
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简答题

 (22分)整个装置图如图所示,在光滑绝缘水平面上固定一竖直的表面光滑的挡板,ABCD为挡板与水平面的交线,其中ABC为直线,CD为半径R=4.0 m的圆弧,C点为AC直线与CD圆弧的切点。整个装置置于真空中两有界的与水平面平行的匀强电场中,MN为两电场的分界面与水平面的交线,且MN垂直于AB,在MN的左侧有一沿AB方向场强大小为E1=5.0×105 V/m的匀强电场,在MN的右侧有一沿MN方向场强大小为E2=1.0×107 V/m的匀强电场。质量m2=4.0×10-2 kg的不带电金属小球静置于C点,电量为q=+2.0×10-6 C、质量为m1=1.0×10-2 kg的小球QA点静止释放(PQ两金属球的大小完全相同)。已知AB=0.5 m,BC=1.20 m,cos10°=0.985,=π,简谐振动的周期公式为T=2π,式中m为振子的质量,k是回复力与位移大小的比值且为常数。试求PQ两球在距A点多远处第二次相碰(不计碰撞时机械能损失和电荷间的相互作用力,结果取三位有效数字)。

          

正确答案

(22分)解:小球Q由静止开始做匀加速直线运动,设到达B处时速度为v0

则:qE1m1v

v0===10 m/s  (2分)

Q球进入电场E2后做匀速运动,与静止在C点的P球发生弹性碰撞,碰后PQ两球电量等量分配且由动量守恒

m1v0m1v1m2v2 ①  (3分)

又:m1vm1vm2v ②  (3分)

解①、②可得:v1v0=×10=-6 m/s

v2==×10=4 m/s (2分)

即碰后Q球返回,先沿CB匀速运动进入E1电场中,开始做匀减速直线运动,速度为零后又反向加速,运动到Bv1=6 m/s从B点再次进入电场E2,由CB过程中,运动时间:

t1==s=0.2 s

E1中运动时间为t2,则:t2=,a

t2===0.24 s  (2分)

P球被碰后沿CD弧运动,设运动到D点且和圆心O的连线与OP夹角为θ,据动能定理:

m2vqE2R(1-cosθ)

∴cosθ=1-=0.992>0.985 θ<10°  (2分)

小球在圆弧上运动的过程中,竖直方向上受力平衡,水平方向上受力如图,电场力沿圆弧切线方向的分力为:

FqE2sinθ 此力为使小球P振动的回复力  (1分)

Θθ<10° ∴sinθθ≈  (1分)          

FqE2x

k= x为小球P偏离平衡位置的位移,负号表示回复力Fx的方向相反  (1分)

P球做简谐振动,其周期为:

T=2π=2π=0.8 s  (2分)

P第一次到达C点所用时间为=0.4 s

Q球回到B处时,P在水平直线CB上向左匀速运动的时间为:Δtt1t2-=0.04 s

P球在水平直线上向左运动的距离为:L1v2Δt=0.16 m(1分)

设再经t3PQ两球相遇

BCL1=(v1v2)t3

t3==S=0.104 s  (1分)

相遇点距A为:SABv1t3=0.5+6×0.104=1.12 m 

即距A球为1.12 m处第二次相遇.  (1分)

(1)Q球在电场E1中向右加速;(2)Q在电场E2中匀速运动,与P碰撞:动量守恒、机械能守恒。且电量平分;(3)碰后Q球返回,P球沿轨道上摆;(4)求证P球为简谐振动,并确定其振动周期;⑸根据运动学关系确定两球二次相遇位置。

本题考查牛顿运动定律、动量守恒,简谐运动,较难题。

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题型:填空题
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填空题

下列物理量中,可能守恒的有___ ,一定不守恒的有____ .

A.电量    

B.力    

C.信息

D.能量

E.思想

F.物质的量

正确答案

ADF ;BCE

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简答题

(12分)如图所示,光滑水平地面上停着一辆平板车,其质量为M(且M=3m),长为L,车右端(A点)有一块静止的质量为m的小金属块。金属块与车间有摩擦,以中点C为界,AC段与CB段摩擦因数不同。现给车施加一个向右的水平恒力,使车向右运动,同时金属块在车上开始滑动,当金属块滑到中点C时,立即撤去这个力。已知撤去力的瞬间,金属块的速度为v0,车的速度为2v0,最后金属块恰停在车的左端(B点)。如果金属块与车的AC段间的动摩擦因数为,与CB段间的动摩擦因数为

(1)若,m=1kg,求水平恒力F的大小;

(2)求的比值。

正确答案

(1)21N   (2)  4:3

试题分析:(1)由题意,小车向右匀加速,物块受摩擦力向右,也是匀加速

物块在段滑动过程中.对 

       

题目告诉我们m到达M中点时  

小车  

               

联立得

代入数据

(2)在BC端的运动,对小车匀减速

对小物块匀加速

假设二者最终的共同速度是则有

CB阶段小车匀减速的位移与木块匀加速位移之差等于第一段即AB段二者位移之差

联立以上解得得    

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简答题

分如图所示,质量m的小物体,从光滑曲面上高度H处释放,到达底端时水平进入轴心距离L的水平传送带,传送带可由一电机驱使顺时针转动。已知物体与传送带间的动摩擦因数为μ。求:

⑴求物体到达曲面底端时的速度大小v0

⑵若电机不开启,传送带不动,物体能够从传送带右端滑出,则物体滑离传送带右端的速度大小v1为多少?

⑶若开启电机,传送带以速率v2(v2>v0)顺时针转动,且已知物体到达传送带右端前速度已达到v2,则传送一个物体电动机对传送带多做的功为多少?

正确答案

⑴v0;⑵v1;⑶

试题分析:⑴物体在曲面上下滑的过程中,只有重力做功,根据动能定理有:mgH=-0

解得物体到达曲面底端时的速度为:v0         ①

⑵物体在水平传送带上滑动时受滑动摩擦力f作用,且只有滑动摩擦力做功,有:f=μmg         ②

根据动能定理有:-fL=        ③

由①②③式联立解得物体滑离传送带右端的速度为:v1

⑶当开启电机,传送带以速率v2(v2>v0)顺时针转动时,物体在水平传送带上受到向右的滑动摩擦力作用而做匀加速直线运动至与传送带速度相等,后再匀速运动至右端,匀速运动阶段不受滑动摩擦力作用,设物体加速运动的加速度为a,时间为t,位移为x1,根据牛顿第二定律有:f=ma  ④

根据加速度定义式有:a=      ⑤

对物块根据动能定理有:fx1      ⑥

皮带移动的距离为:x2=v2t           ⑦

因物块在皮带上滑动产生的内能为:Q=f(x2-x1)        ⑧

根据功能关系可知,传送一个物体电动机对传送带多做的功为:W=Q+           ⑨

由②④⑤⑥⑦⑧⑨式联立解得:W=

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简答题

如图所示,A、B两轮间距为L=3.25m,套有传送带,传送带与水平方向成α=30°角,传送带始终以2m/s的速率运动。将一物体轻放在A轮处的传送带上,物体与传送带间的滑动摩擦系数为μ=/5,g取10m/s2。则:

(1)物体从A运动到B所需的时间为多少?

(2)若物体与传送带间的滑动摩擦系数为μ=/2,物体从A运动到B所需的时间为多少?

正确答案

(1)初始加速度a=g(sin30°+μcos30°)=8m/s2       

第一段位移s1=v2/2a=0.25m  第一段时间t1=v/a=0.25s    

第二段加速度a=g(sin30°-μcos30°)=2m/s2      

第二段位移s2=L-s1=3m  第二段时间    s2=vt2+at22/2    t2=1s   

t=t1+t2=1.25s               (4分)  

(2)初始加速度a=g(sin30°+μcos30°)=12.5m/s2   

第一段位移s1=v2/2a=0.16m  第一段时间t1=v/a=0.16s     

第二段加速度a=g(sin30°-μcos30°)<0   相对静止,一起匀速运动  

第二段位移s2=L-s1=3.09m  第二段时间    t2=s2/v=1.545s    

t=t1+t2=1.705s       

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简答题

如图所示,半径R="0.5" m的光滑半圆轨道竖直固定在高h="0.8" m的光滑水平台上,与平台平滑连接,平台长L="1.2" m.可视为质点的两物块m1、m2紧靠在一起静止在平台的最右端D点,它们之间有烈性炸药.今点燃炸药,假设炸药释放出来的能量全部转化为物块m1、m2的机械能,使它们具有水平方向的速度,m1通过平台到达半圆轨道的最高点A时,轨道对它的压力大小是N="44" N,水平抛出落在水平地面上的P点,m2也落在P点,已知m1="2" kg,g取10  m/s2.求炸药释放出来的能量是多少?

正确答案

54 J

设m1在A点时的速度为v,由牛顿第二定律得mg+N=,

有v=4  m/s

从A点到P点运动的时间为t1,

h+2R=,有t1="0.6" s

设运动的水平距离为s,则s+L=vt1,

故s="1.2" m

设刚爆炸后,m1的速度为v1,由机械能守恒定律得

=m1g×2R+m1v2,

解得v1=6  m/s

设平抛时的速度为v2,平抛运动的时间为t2

因h=

得t2="4" s,

v2==3  m/s.

对m1、m2爆炸过程运用动量守恒定律得

0=m1v1-m2v2,

所以m2=="4" kg

炸药释放出来的能量

E=="54" J.

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简答题

如图所示,P为位于某一高度处的质量为m的小物块(可视为质点),B为位于水平地面上的质量为M的特殊长平板,m/M=1/10,平板B与地面间的动摩擦因数μ=0.020.在平板的表面上方,存在一定厚度的“相互作用区域”,如图中划虚线的部分,当物块P进入相互作用区时,B便有竖直向上的恒力F作用于P,已知F=kmg,k=51,F对P的作用刚好使P不与B的上表面接触;在水平方向上P、B之间没有相互作用力.已知物块P开始下落的时刻,平板B向右的速度为v0=10m/s,P从开始下落到刚到达“相互作用区域”所经历的时间为t0=2.0s.设B板足够长,取重力加速度g=10m/s2,不计空气阻力.求:

(1)物块P从开始自由下落到再次回到初始位置所经历的时间.

(2)在这段时间内B所通过的位移的大小.(结果取整数)

正确答案

(1)4.08s(2) 39m

试题分析:(1) 物体P从开始下落到进入作用区之前,P、B的加速度分别是,P进入作用区后,P、B的加速度分别是

设P从进入作用区到距离木板最近点的过程所需时间为t

则有

则t=0.04s

(2) 在P从开始下落到作用区的时间内,B物体做匀减速直线运动的末速度

所以在这段时间内B所通过的位移大小

点评:难度较小,应从受力分析入手,判断两物体由于相互作用产生的加速度,转化为运动学公式,再由运动学公式求解

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简答题

如图所示,劲度系数为k=40.0N/m的轻质水平弹簧左端固定在壁上,右端系一质量M=3.0kg的小物块A,A的右边系一轻细线,细线绕过轻质光滑的滑轮后与轻挂钩相连,小物块A放在足够长的桌面上,它与桌面的滑动摩擦因数为0.2,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。滑轮以左的轻绳处于水平静止状态,弹簧的长度为自然长度。现将一质量m=2.0kg的物体B轻挂在钩上,然后松手,在此后的整个运动过程中,求:

(1)小物块A速度达到最大时的位置;

(2)弹簧弹性势能的最大值;

(3)小物块A克服摩擦力所做的功。 

正确答案

(1) 0.35m   (2) 9.8J  (3)4.8J

试题分析:解题应注意两点:一是该简谐运动的振子是A、B两物体组成的系统;二是该振子向右振动和向左振动的平衡位置因为摩擦力方向的改变而不同。

取水平向右的坐标轴Ox,原点O为小物块A的初始位置

(1)对A、B两物体组成的系统,物体A向右运动

   

第1次向右运动到a=0时位置时, A的速度达到最大,设此时A的坐标为x1

     

 

(2)因为皆为恒力,弹力为线性回复力,所以系统向右的运动是以为平衡位置的简谐运动。从A开始向右运动到系统速度为零, A向右运动的距离为 2 x1=0.7m。       

由能量守恒得        

 

(3)由于,A开始向左做加速运动    

 

设向左运动A的平衡位置为x2

 

 

当A、B两物体组成的系统向左运动到速度为零的位置,A的坐标为x3

此时,所以A静止在x3

整个过程A运动的路程为

 

克服摩擦力所做的总功 

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简答题

如图所示,质量为M="20" kg的平板车静止在光滑的水平面上;车上最左端停放着质量为m=5kg的电动车,电动车与平板车上的挡板相距L="5" m.电动车由静止开始向右做匀加速运动,经时间t=2s电动车与挡板相碰,问:

(1) 碰撞前瞬间两车的速度大小各为多少?

(2) 若碰撞过程中无机械能损失,且碰后电动机关闭并刹车,使电动车只能在平板车上滑动,要使电动车不脱离平板车,它们之间的动摩擦因数至少多大?

 

正确答案

(1)4m/s;      1m/s (2)µ≥0.2

(1)设两车从静止到碰撞前瞬间,平板车相对地发生的位移为x,则电动车相对地发生的位移为L-x.

由动量守恒定律,有:m-M=0

解得x="1" m

设碰前电动车、平板车的速度分别为V1V2,因两车在碰前均做初速度为零的匀加速直线运动,由平均速度公式:V——==  

V1=2×=…=4m/s

V2=2×=…=1m/s

(2) 因碰撞过程中系统动量守恒且无机械能损失,说明两车碰后分别以原速度大小沿相反方向运动

欲使电动车不脱离平板车,由能量守恒定律可知:

mV12+MV22≤µmgL

代入已知数据,可得:µ≥0.2

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简答题

(16分)如图所示,航空母舰上的起飞跑道由长度为l1="160" m的水平跑道和长度为l2 =" 20" m的倾斜跑道两部分组成。水平跑道与倾斜跑道末端的高度差h =" 4.0" m。一架质量为m = 2.0×104 kg的飞机,其喷气发动机的推力大小恒为F = 1.2×105 N,方向与速度方向相同,在运动过程中飞机受到的平均阻力大小为飞机重力的0.1倍。假设航母处于静止状态,飞机质量视为不变并可看成质点,取g =" 10" m/s2

 

(1)求飞机在水平跑道运动的时间及到达倾斜跑道末端时的速度大小;

(2)为了使飞机在倾斜跑道的末端达到起飞速度100 m/s,外界还需要在整个水平轨道对飞机施加助推力,求助推力F的大小。

正确答案

(1)(2)

试题分析:(1)飞机在水平跑道上运动时,水平方向受到推力与阻力作用,设加速度大小为a1、末速度大小为v1,运动时间为t1,有

      ①

    ②

      ③

注意到v0 =" 0," ,代入已知数据可得

a1 =" 5.0" m/s2,v1 =" 40" m/s,t1 =" 8.0" s         ④

飞机在倾斜跑道上运动时,沿倾斜跑道受到推力、阻力与重力沿斜面分力作用,设沿斜面方向的加速度大小为a2、末速度大小为v2,沿斜面方向有

               ⑤

        ⑥

       ⑦

注意到v1 =" 40" m/s ,代入已知数据可得

a2 =" 3.0" m/s2

        ⑧

(2)飞机在水平跑道上运动时,水平方向受到推力、助推力与阻力作用,设加速度大小为a´1、末速度大小为v´1,有

        ⑨

        ⑩

飞机在倾斜跑道上运动时,沿倾斜跑道受到推力、阻力与重力沿斜面分力作用没有变化,加速度大小仍有a´2=" 3.0" m/s2

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根据题意,v´2 =" 100" m/s,代入数据解得      

本题要求考生准确进行受力分析、熟练应用牛顿第二定律、灵活应用匀变速直线运动规律。本题还可以运用动能定理来求解,动力学问题的解题思路是:首先考虑动能定理,其次是牛顿运动定律。

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题型:简答题
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简答题

)如图所示,一质量为m的氢气球用细绳拴在地面上,地面上空风速水平且恒为v0,球静止时绳与水平方向夹角为α.某时刻绳突然断裂,氢气球飞走.已知氢气球在空气中运动时所受到的阻力f正比于其相对空气的速度v,可以表示为f=kvk为已知的常数).则

(1)氢气球受到的浮力为多大?

(2)绳断裂瞬间,氢气球加速度为多大?

(3)一段时间后氢气球在空中做匀速直线运动,其水平方向上的速度与风速v0相等,求此时气球速度大小(设空气密度不发生变化,重力加速度为g).

正确答案

(1)(2)(3)

(1)气球静止时受力如图,设细绳的拉力为T,由平衡条件得

                                          (2分)

                                                   (2分)

解得                                              (1分)

                             (1分)

(2)细绳断裂瞬间,气球所受合力大小为T,则加速度大小为

                                                            (1分)

解得                                           (2分)

(3)设气球匀速运动时,相对空气竖直向上速度vy,则有

                                             (2分)

解得                                            (1分)

气球相对地面速度大小                (2分)

解得                                                  (1分)

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简答题

如图所示,光滑水平面上静止放着长L=1.6m,质量为M=3kg的木块(厚度不计),一个质量为m=1kg的小物体放在木板的最右端,mM之间的动摩擦因数μ=0.1,今对木板施加一水平向右的拉力F,(g取10m/s2

小题1:为使小物体不掉下去,F不能超过多少?

小题2:如果拉力F=10N恒定不变,求小物体所能获得的最大动能?

小题3:如果拉力F=10N,要使小物体从木板上掉下去,拉力F作用的时间至少为多少?

正确答案

小题1:4N

小题2:

小题3:

(1)F=(M+m)a

μmg="ma "

F=μ(M+m)g="0.1×(3+1)×10N=4N"

(2)小物体的加速度

木板的加速度

 

解得物体滑过木板所用时间

物体离开木板时的速度    

(3)若要F作用时间最短,则物体离开木板时与木板速度相同。设F作用的最短时间为t1,物体在木板上滑行的时间为t,物体离开木板时与木板的速度为V

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题型:填空题
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填空题

如图4所示,M为固定在桌面上的木块,M上有一个圆弧的光滑轨道abcda为最高点,bd为其水平直径,de面水平且有足够的长度,将质量为m的小球在d点的正上方高h处从静止释放,让它自由下落到d点切入轨道内运动,则(  )

正确答案

ACD

本题综合考查机械能守恒定律和圆周运动、平抛运动等知识,要求具有较强的分析解决物理问题的能力。

,可得,小球的运动情况与其质量的大小无关。由,可得,由此求得最小水平射程大于R,故无论怎样改变h的大小,都不能使小球通过a点后又落回到轨道内。h越大,va越大,水平射程越大,故增大h,可使小球通过a点后飞出de面之外。

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