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题型:简答题
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简答题

如图所示,虚线左侧存在非匀强电场,MO是电场中的某条电场线,方向水平向右,长直光滑绝缘细杆CD沿该电场线放置。质量为m1、电量为+q1的A球和质量为m2、电量为+q2的B球穿过细杆(均可视为点电荷)。当t=0时A在O点获得向左的初速度v0,同时B在O点右侧某处获得向左的初速度v1,且v1>v0。结果发现,在B向O点靠近过程中,A始终向左做匀速运动。当t=t0时B到达O点(未进入非匀强电场区域),A运动到P点(图中未画出),此时两球间距离最小。静电力常量为k。

(1)求0~t0时间内A对B球做的功;

(2)求杆所在直线上场强的最大值;

(3)某同学计算出0~t0时间内A对B球做的功W1后,用下列方法计算非匀强电场PO两点间电势差:

设0~t0时间内B对A球做的功为W2,非匀强电场对A球做的功为W3

根据动能定理 W2+W3=0

又因为   W2=−W1

PO两点间电势差

请分析上述解法是否正确,并说明理由。

正确答案

(1)(2)(3)该同学的解法是错误的。因为B球向A球靠近的过程,虽然它们的作用力大小相等,但它们运动的位移不等,所以相互作用力所做的功W1、W2的大小不相等,即W2=−W1是错误的。

试题分析:(1)B球运动过程中只受A球对它的库仑力作用,当它运动到0点时速度跟A球相同为v0。库仑力做的功即为B球动能增加量

    

(2)因为A球做匀速运动,t0时间内运动的位移 x=v0t0

此时的库仑力  

因为A球始终做匀速运动,所以非匀强电场对它的作用力与B球对它的库仑力相平衡。当B球到达O点时,两带电小球间的距离最小,库仑力最大。因此,电场对A的作用力也最大,电场强度也最大。

     

(3)该同学的解法是错误的。

因为B球向A球靠近的过程,虽然它们的作用力大小相等,但它们运动的位移不等,所以相互作用力所做的功W1、W2的大小不相等,即W2=−W1是错误的。

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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、长为L的长方形木板B放在光滑水平地面上,在其右端放一质量为m的小木块A,m0,使A开始向左运动、B开始向右运动,最后A刚好没有滑离B板。求:

(1)它们最后的速度大小和方向

(2)A、B系统损失的机械能

(3)小木块A向左运动到达的最远方(从地面上看)离出发点的距离。

正确答案

(1)  ;  (2) ;    (3)

试题分析:系统置于光滑水平面,其所受合外力为零,故AB相对滑动时,系统总动量守恒,根据动量守恒定律即可求解;刚好没有滑离,根据动能定理求出相对滑动产生的热量,向左运动到达最远处时速度为0,由动能定理列式,联立方程即可求解。

解答过程:(1)设AB相对静止时速度为V,根据动量守恒定律得:

   (1)

解得:

   (2)

即它们最后的速度大小为,方向水平向右。

(2)系统损失的机械能全部转化为内能,又最后A刚好没有滑离B板,则由能量守恒定律得:   (3)

由(2)(3)式解得

   (4)

(3) A向左运动到达最远处时速度为0,对A由动能定理得:

   (5)

系统损失的机械能全部转化为内能,则:

   (6)

联立(4)(5)(6)式解得:

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题型:简答题
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简答题

(15分)如图所示,水平绝缘光滑轨道AB的B端与处于竖直平面内的圆弧形光滑绝缘轨道BCD平滑连接,圆弧的半径R="0.50" m.轨道所在空间存在水平向右的匀强电场电场强度E=1.0×104 N/C.现有一质量m="0.06" kg的带电小球(可视为质点)放在水平轨道上与B端距离s="1.0" m 的位置,由于受到电场力的作用,带电体由静止开始运动.已知带电体所带的电荷量q=8.0×10-5 C,取g="10" m/s2,试问:

(1)带电小球能否到达圆弧最高点D?

(2)带电小球运动到何处时对轨道的压力最大?最大值为多少?

正确答案

(1)可以到达圆弧最高点D.(2)FN="5" N

(1)假设带电小球能沿轨道滑至D点,且速度大小为vD,由动能定理有:

  可得此时小球在D点所需的向心力为:

 F

故带电小球可以到达圆弧最高点D.

  (2)带电小球在运动过程中受重力、电场力的合力为:

 方向:与竖直方向的夹角          

故当小球滑至P点,即∠POB=53°时,小球对圆弧的压力最大.

设小球在P点的速度大小为vP,对轨道压力为FN,有:

  解得:FN="5" N

本题考查圆周运动和动能定理的应用,小球刚好通过D点,可知在D点只有重力提供向心力,由此判断出带电小球可以到达圆弧最高点D,在整个运动过程中由于电场力和重力都保持不变,先把两个力合成,求出合力大小以及方向,把此题看做等效重力场的问题处理,故当小球滑至P点,小球对圆弧的压力最大,设小球在P点的速度大小为vP,对轨道压力为FN,在运动过程中应用动能定理求得在P点速度大小,再由圆周运动中沿半径方向的合外力提供向心力可求得支持力大小

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题型:填空题
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填空题

质量为m =4kg的木块,在与水平成370大小为10N的水平恒力作用下,在光滑的水平面上由静止开始运动,运动时间t=5s,则力F在t=5s内对木块做功的平均功率为  W,5s末木块的动能为        J。

正确答案

40,200

本题考查的是动能定理的问题,整个过程中仅有恒力做功,故做功大小等于末动能,

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题型:简答题
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简答题

如图所示,两个圆形光滑细管在竖直平面内交叠,组成“8”字形通道,在“8”字形通道底端B处连接一内径相同的粗糙水平直管AB。已知E处距地面的高度h=3.2m,一质量m=1kg的小球a从A点以速度=12m/s的速度向右进入直管道,到达B点后沿“8”字形轨道向上运动,到达D点时恰好与轨道无作用力,直接进入DE管(DE管光滑),并与原来静止于E处的质量为M=4kg的小球b发生正碰(ab均可视为质点)。已知碰撞后a球沿原路返回,速度大小为碰撞前速度大小的1/3,而b球从E点水平抛出,其水平射程s=0.8m。()

⑴求碰后b球的速度大小?

⑵求“8”字形管道上下两圆的半径r和R?

⑶若小球a在管道AB中运动时所受阻力为定值,请判断a球返回到BA管道中时能否从A端穿出?

正确答案

解:⑴b球离开DE后做平抛运动。

(1分)

(1分)

=1m/s(1分)

⑵ab碰撞过程,动量守恒,以水平向右为正方向,则有:

(2分)

=3m/s(1分)

碰前a在D处恰好与轨道无作用力,则有:(2分)

r=0.9m

=0.7m(1分)

⑶小球从B到D,机械能守恒:(2分)

解得:=36.5J(1分)

从A到B过程,由动能定理得:(2分)

解得:=35.5J(1分)

从D到B,机械能守恒:(2分)

解得:=32.5J<(1分)

所以,a球返回到BA管道中时,不能从A端穿出。

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题型:简答题
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简答题

(18分)如图所示,一质量的足够长木板B静止于光滑水平面上,B的右边放有竖直挡板,B的右端距挡板.现有一小物体A(可视为质点)质量,以初速度从B的左端水平滑上B.已知A与B间的动摩擦因数,B与竖直挡板的碰撞时间极短,且碰撞时无机械能损失.求:

(1)B与竖直挡板相碰前的速度是多少?

(2)若题干中的S可以任意改变(S不能为零)大小,要使B第一次碰墙后,AB系统动量为零,S的大小是多少?

(3)若要求B与墙碰撞两次,B的右端距挡板S应该满足什么条件?

正确答案

(1) (2) (3)

试题分析:(1)设A和B达到共同速度为时,B向右运动距离为,以AB整体为研究对象可知,AB组成的系统动量守恒有:,可得

对B由动能定理有:,联立解得:

由于,可知B与挡板碰撞时,A、B已达到共同速度,则B的速度为

(2)设B与墙壁第一次碰前A、B的速度为,则:

对B由动能定理有:

B与墙碰撞时无机械能损失,则B以速度反向运动;而A与B系统动量为零,故

联立解得:

(3)设B与墙壁第一次碰前A、B的速度为

若要求B与墙碰撞两次则碰后系统的总动量仍向右,即

可得

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题型:简答题
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简答题

在电场方向水平向右的匀强电场中,一带电小球从A点竖直向上抛出,其运动的轨迹如图所示.小球运动的轨迹上A、B两点在同一水平线上,M为轨迹的最高点.小球抛出时的动能为8.0J,在M点的动能为6.0J,不计空气的阻力.求:

(1)小球水平位移x1与x2的比值;

(2)小球落到B点时的动能EkB

(3)小球从A点运动到B点的过程中最小动能Ekmin.

正确答案

(1) (2)  (3)

试题分析: (1)小球在竖直方向上做竖直上抛运动,根据对称性得知,从A点至M点和从M点至B点的时间t相等.小球在水平方向上做初速为零的匀加速直线运动,设加速度为a,则

所以

(2)小球从A到M,由动能定理,可得水平方向上电场力做功

则小球从A到B,水平方向上电场力做功

由动能定理,可得小球落到B点时的动能为:

解得:

(3)设小球所受的电场力为F,重力为G,由于合运动与分运动具有等时性,小球从A到M,则有:

水平方向上电场力做功

竖直方向上重力做功

由下图可知,,则

则小球从 A运动到B的过程中速度最小时速度一定与等效垂直,即图中的 P点,故:

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题型:简答题
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简答题

如图甲所示,质量为2kg的物体在离斜面底端4 m处由静止滑下,若动摩擦因数均为0.5,斜面倾角37°,斜面与平面间由一小段圆弧连接,求物体能在水平面上滑行多远?摩擦力做的总功是多少?(cos370=0.8  sin370=0.6  g=10m/s2)

正确答案

1.6m  W=48J

试题分析:根据动能定理可得:,可得

物体能在水平面上滑行的距离是1.6m,

斜面上做功 

,水平面上做功为.  

总功W=48J

点评:动能定理在分析多过程问题时,比较方便,但是需要注意过程的始末状态

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题型:填空题
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填空题

半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内,环上套有一质量为m,带正电的珠子,空间存在水平向右的匀强电场,如图所示,珠子所受静电力是其重力的3/4倍,将珠从环上最低位置A点静止释放,则珠子在运动过程中机械能与电势能之和______(填写“增加”、“减少”、“不变”),珠子所能获得的最大动能EK为______.

正确答案

如图,在珠子能够静止的一点进行受力分析

设OB与OA之间的夹角为θ,则:tanθ==

所以:θ=37°

珠子在等效最低点B时具有最大的动能.

珠子从A到B的过程电场力和重力做功,珠子的动能增加,即:-mgr(1-cosθ)+qEr•sinθ=EK-0

解得珠子所能获得的最大动能:EK=-mgr(1-cosθ)+qEr•sinθ=

故答案为:不变,

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题型:简答题
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简答题

(10分)质量为M="2" kg的木板若固定在光滑的水平地面上,质量为m="0.04" kg的子弹以速度v1="500" m/s射入,射出时子弹速度v2="300" m/s,如图所示,今将钉子拔掉,子弹穿出木块后的速度多大?(设前后两次子弹和木块的作用力相同)

正确答案

v =" 298.5m/s"

试题分析:固定木块时,系统摩擦力所做的功Wf

Wf =( mv12-  mv22)/2

因为将固定木块的钉子拔出后,子弹仍能射出木块

以m和M组成系统为研究对象,系统在水平方向动量守恒,根据动量守恒列方程:

mv1 =" MV" + mv(2分)

Mv12/2=wf+Mv2/2+mv2/2

由解得① ② ③ 得 

v =" 298.5m/s"

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题型:简答题
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简答题

(10分)如图,水平面上O点右侧空间有一匀强电场,场强大小E =,方向水平向右,在O处放一个质量为m=0.1kg带电量的绝缘物块,它与水平面之间的动摩擦因数μ=0.2。现给物块一个水平向右的初速度,(已知物块与水平面间的最大静摩擦力等于其滑动摩擦力,g取10m/s2)求:

(1)物块第一次速度为零时,该点与O点电势差的大小

(2)物块最终停止时,该点与O点的水平距离。

正确答案

(1)(2)0.2m

试题分析:(1)设物块向右水平运动,在A点第一次速度为零时,距O点距离为x1

由题中数据得: ; ;

由动能定理:,得x1="0.4m"

该点与O点电势差的大小

  

(2)在A点,由于,物块会反向运动,最终在O点左侧

无磁场区域静止,设该点为B点,与O点距离为x2    

由动能定理: 

得 x2=0.2m        

故最终停在O点左侧0.2m处。

点评:此类题型考察了动能定理在电场类问题中的运用。动能定理只需要知道某过程合外力做的功,以及初末状态动能变化即可,对于多过程、变力过程尤为合适。

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题型:简答题
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简答题

如图所示,质量为m=0.1 kg可视为质点的小球从静止开始沿半径为R1=35 cm的圆弧轨道AB由A点滑到B点后,进入与AB圆滑连接的1/4圆弧管道BC.管道出口处为C,圆弧管道半径为R2=15 cm,在紧靠出口C处,有一水平放置且绕其水平轴线匀速旋转的圆筒(不计筒皮厚度),筒上开有小孔D,筒旋转时,小孔D恰好能经过出口C处,若小球射出C出口时,恰好能接着穿过D孔,并且还能再从D孔向上穿出圆筒,小球到最高点后返回又先后两次向下穿过D孔而未发生碰撞,不计摩擦和空气阻力,g取10 m/s2,问:

(1)小球到达B点的瞬间前后对轨道的压力分别为多大?

(2)小球到达C点的速度多大?

(3)圆筒转动的最大周期T为多少?

正确答案

(1) N′1=N1=3 N;N′2=N2=5.7 N  (2) 0.2 s.   1分

(1)AB过程机械能守恒:mgR1mvB2 vBm/s     2分

到达B点瞬间前:N1-mg=m    1分

到达B点瞬间后:N2-mg=m      1分

依牛顿第三定律,对轨道的压力大小分别为N′1=N1=3 N;N′2=N2=5.7 N  2

(2)小球向上穿过圆筒D孔又从D孔向上穿出所用的时间t1T(k=1、2、3……);

小球向上穿出D孔后竖直上抛又返回到D孔进入圆筒所用时间为2t2=nT(n=1、2、3……)又由竖直上抛规律有:0=vC-g(t1+t2)    1分

所以T=           2  分

当k=n=1时T有最大值,所以T=0.2 s.    1分

本题考查动能定理和圆周运动规律的应用,在B点为圆周运动的一部分,由支持力和重力的合力提供向心力,由动能定理可求得B点速度大小,再由向心力公式求得支持力大小,由A到C应用动能定理可求得C点速度大小,由于圆筒转动的周期性,经过半个周期的奇数倍时物体能从C点穿出,于是得到周期T的表达式,由此N=1时周期最大

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题型:简答题
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简答题

如图,倾角为θ的光滑斜面上放有两个质量分别为m的小球A和B,两球之间用一根长为L的轻杆相连,下面的小球B离斜面底端的高度为h。两球从静止开始下滑,不计球与地面碰撞时的机械能损失,且地面光滑,求:

(1)两球在光滑水平面上运动时的速度大小;

(2)此过程中杆对A球所做的功;

正确答案

(1)(2)

试题分析:(1)由于不计摩擦及碰撞时的机械能损失,因此两球组成的系统机械能守恒。两球在光滑水平面上运动时的速度大小相等,设为v,根据机械能守恒定律有:

      4分

解得:      2分

(2)因两球在光滑水平面上运动时的速度v比B从h处自由滑下的速度大,

增加的动能就是杆对B做正功的结果。B增加的动能为:

     4分

因系统的机械能守恒,所以杆对B球做的功与杆对A球做的功的数值应该相等,杆对B球做正功,对A做负功。

所以杆对A球做的功为:。 2分

点评:本题难度中等,明确整体的运动过程和做功过程是关键,巧妙应用能量守恒定律使计算过程变得简单

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题型:简答题
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简答题

如图所示,一个小球从光滑斜面上无初速地滚下,然后进入一个半径为0.5m的光滑圆形轨道的内侧,小球恰能通过轨道的最高点,求:

(1)小球离轨道最低点的高度。

(2)通过最低点时小球的向心加速度大小。(g=10m/s2

正确答案

(1)(2)

(1)根据动能定理    

                                                     (5分)

(2)在最高点时速度为

 

                                (5分)

解得

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题型:填空题
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填空题

质量为20g的子弹,以200m/s的速度射入木块,穿出木块的速度为100m/s,则子弹在穿过木块的过程中损失的动能为___________J;设木块的厚度为10㎝,子弹在穿过木块的过程中,受到的平均阻力为___________N。

正确答案

300,3000

百度题库 > 高考 > 物理 > 机械能守恒定律

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