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题型:简答题
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简答题 · 19 分

在竖直平面内存在如图所示的绝缘轨道,一质量为m=0.4kg、带电量为q=+0.4C的小滑块(可视为质点)在外力作用下压缩至离B点0.05m,此时弹性势能=17.25J,弹簧一端固定在底端,与小滑块不相连,弹簧原长为2.05m,轨道与滑块间的动摩擦因数.某时刻撤去外力,经过一段时间弹簧恢复至原长,再经过1.8s,同时施加电场和磁场,电场平行于纸面,且垂直x轴向上,场强E=10N/C;磁场方向垂直于纸面,且仅存在于第二、三象限内,最终滑块到达N(6m,0)点,方向与水平方向成30º斜向下.(答案可用π表示,)

⑴求弹簧完全恢复瞬间,小滑块的速度;

⑵求弹簧原长恢复后1.8s时小滑块所在的位置;

⑶求小滑块在磁场中的运动的时间.

正确答案

(1)=7.5m/s       

(2)小滑块此时刚好到达坐标原点

(3)

解析

⑴如图所示,弹簧释放到恢复原长经过位移s到达D点,根据能量关系,有:

                      

其中

解得:=7.5m/s                                        

⑵此后小滑块沿斜面向上做减速运动,由牛顿第二定律得:

                          

解得小滑块的加速度大小为:=7.5                    

设小滑块运动到E点的速度为0,上升的位移为,则运动时间为:

=                                        

上升的位移为:==3.75m                                 

接着小滑块沿斜面下滑,运动时间为:=(1.8-1)s=0.8s

由牛顿第二定律有:            

解得:=2.5                                        

则下滑的位移为:=                            

由图中几何关系知:BD+=BO+                        

即小滑块此时刚好到达坐标原点.                      

⑶施加电场和磁场后,由题中数据知:

即小滑块只受洛伦兹力作用,做圆周运动到P(0,m)点,然后做匀速直线运动运动到N(6m,0).

小滑块进入磁场的速度为:=2m/s

洛伦兹力提供向心力:

由图中几何关系知小滑块做圆周运动的半径为:r=2m

解得:=1T

运动周期为:

在磁场中运动的时间为:==s

知识点

牛顿运动定律的综合应用带电粒子在混合场中的运动
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题型:简答题
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简答题 · 12 分

磁悬浮列车是一种高速运载工具,它由两个系统组成。一是悬浮系统,利用磁力使车体在轨道上悬浮起来从而减小阻力。另一是驱动系统,即利用磁场与固定在车体下部的感应金属线圈相互作用,使车体获得牵引力,磁悬浮列车电磁驱动装置的原理示意图如下图所示。即在水平面上有两根很长的平行轨道PQ和MN,轨道间有垂直轨道平面的匀强磁场B1和B2,且B1和B2的方向相反,大小相等,即B1=B2=B。列车底部固定着绕有N匝闭合的矩形金属线圈abcd(列车的车厢在图中未画出),车厢与线圈绝缘。两轨道间距及线圈垂直轨道的ab边长均为L,两磁场的宽度均与线圈的ad边长相同。当两磁场Bl和B2同时沿轨道方向向右运动时,线圈会受到向右的磁场力,带动列车沿导轨运动。已知列车车厢及线圈的总质量为M,整个线圈的总电阻为R。
(1)假设用两磁场同时水平向右以速度v0作匀速运动来起动列车,为使列车能随磁场运动,列车所受的阻力大小应满足的条件;
(2)设列车所受阻力大小恒为f,假如使列车水平向右以速度v做匀速运动,求为维持列车运动,在单位时间内外界需提供的总能量;
(3)设列车所受阻力大小恒为f,假如用两磁场由静止开始向右做匀加速运动来起动列车,当两磁场运动的时间为t1时,列车正在向右做匀加速直线运动,此时列车的速度为v1,求两磁场开始运动到列车开始运动所需要的时间t0

正确答案

(1)

(2)

(3)

解析

(1)列车静止时,电流最大,列车受到的电磁驱动力最大设为Fm,此时,线框中产生的感应电动势                     E1=2NBLv0

线框中的电流                       I1=

整个线框受到的安培力             Fm=2NBI1L

列车所受阻力大小为

(2)当列车以速度v匀速运动时,两磁场水平向右运动的速度为v′,金属框中感应电动势

金属框中感应电流

又因为            

求得           

当列车匀速运动时,金属框中的热功率为   P1 = I2R

克服阻力的功率为     P2 = fv

所以可求得外界在单位时间内需提供的总能量为

E= I2R +fv=

(3)根据题意分析可得,为实现列车最终沿水平方向做匀加速直线运动,其加速度必须与两磁场由静止开始做匀加速直线运动的加速度相同,设加速度为a,则t1时刻金属线圈中的电动势                      

金属框中感应电流              

又因为安培力              

所以对列车,由牛顿第二定律得    

解得                    

设从磁场运动到列车起动需要时间为t0,则t0时刻金属线圈中的电动势   

金属框中感应电流         

又因为安培力           

所以对列车,由牛顿第二定律得   

解得        

知识点

牛顿运动定律的综合应用动能定理的应用功能关系
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题型:简答题
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简答题 · 16 分

24.质量为M=2.5kg的一只长方体形状的铁箱在水平拉力F作用下沿水平面向右匀加速运动,铁箱与水平面间的动摩擦因数为=0.50。这时铁箱内一个质量为m=0.5kg的木块恰好能静止在后壁上(如图所示),木块与铁箱内壁间的动摩擦因数为=0.25。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g=10m/s2。求:

(1)木块对铁箱的压力;

(2)水平拉力F的大小;

(3)使拉力F减小到120N,经过一段时间,木块落至箱底后且不反弹,之后某时刻当箱的速度为υ=6m/s时撤去拉力,再经1s时间木块从铁箱左侧到达右侧,则铁箱长度是多少?

正确答案

(1)木块在竖直方向,由相对静止得:mg=f=

=mg/μ2=20N,                                  

由牛顿第三定律得:木块对铁箱的压力为20N,方向水平向左。

(2)对木块:在水平方向: 

对铁块与木块整体由

得水平拉力F的大小

(3)当拉力F=120N时,铁箱与木块水平方向仍然一起加速运动,经过一段时间,木块落至箱底后且不反弹(即木块竖直方向速度立即变为零,只有与铁箱一样的水平速度),所以撤去拉力时,箱与木块有相同的速度υ=6m/s,此时木块在铁箱的最左边的底板上。撤去拉力后,因,以后木块相对箱滑动,木块加速度

铁箱加速度

铁箱减速时间为

故木块到达箱右端时,箱未能静止,则经t=1s木块比铁箱向右多移动距离即铁箱长。有:

解析

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知识点

牛顿运动定律的综合应用
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题型:简答题
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简答题 · 20 分

26.如图所示,光滑水平面MN上放两相同小物块A、B,左端挡板处有一弹射装置P,右端N处与水平传送带理想连接. 传送带水平部分长度L=8m,沿逆时针方向以恒定速度υ=6m/s匀速转动. 物块A、B(大小不计)与传送带间的动摩擦因数. 物块A、B质量mA=mB=1kg。开始时A、B静止,A、B间压缩一轻质弹簧,贮有弹性势能Ep=16J。现解除锁定,弹开A、B .求:

(1)物块B沿传送带向右滑动的最远距离。

(2)物块B滑回水平面MN的速度υB′。

(3)若物体B返回水平面MN后与被弹射装置P弹回的A在水平面上相碰,且A、B碰后互换速度,则弹射装置P必须给A做多少功才能让AB碰后B能从Q端滑出。

正确答案

(1)解除锁定弹开AB过程中,系统机械能守恒:

         ① 

为正方向,由动量守恒有:    ② 

由①②得:

B滑上传送带匀减速运动,当速度减为零时,滑动的距离最远。由动能定理得:

  ③         

所以

(2)物块B沿传送带向左返回时,做匀加速运动,

由动能定理得:

(3)设弹射装置给A做功为

由动能定理得:               ⑤ 

AB碰后速度互换,B的速度                             ⑥ 

B要滑出平台Q端,由动能定理有:          ⑦ 

所以,由⑤⑥⑦得            ⑧

解得

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牛顿运动定律的综合应用功能关系
1
题型: 多选题
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多选题 · 6 分

18.a、b两物体的质量分别为m1、m2,由轻质弹簧相连。当用恒力F竖直向上拉着 a,使a、b一起向上做匀加速直线运动时,弹簧伸长量为x1 ;当用大小仍为F的恒力沿水平方向拉着 a,使a、b一起沿光滑水平桌面做匀加速直线运动时,弹簧伸长量为x2,如图所示。则(       )

Ax1一定等于x2

Bx1一定大于x2

C若m1>m2,则 x1>x2

D若m1<m2,则 x1<x2

正确答案

A

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牛顿运动定律的综合应用
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题型:简答题
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简答题 · 13 分

24.擦黑板也许同学们都经历过,手拿黑板擦在竖直的黑板面上,或上下或左右使黑板擦与黑板之间进行滑动摩擦,将黑板上的粉笔字擦干净。已知黑板的规格是:4.5 m×1.5 m,黑板的下边沿离地的高度为0.8 m,若小黑板擦(可视为质点)的质量为0.1 kg,现假定某同学用力将小黑板擦在黑板表面缓慢竖直向上擦黑板,当手臂对小黑板擦的作用力F与黑板面成45°角时,F=20 N,他所能擦到的最大高度为2.05 m,g取10 m/s2。求:

(1)此小黑板擦与黑板之间的动摩擦因数;

(2)如该同学擦到最高位置时意外让小黑板擦沿黑板面竖直向下滑落,则小黑板擦砸到黑板下边沿的速度大小?

正确答案

(1)小黑板擦向上缓慢移动,处于平衡状态,它的受力如图

水平方向:

竖直方向:

所以

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匀变速直线运动规律的综合运用牛顿运动定律的综合应用
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题型: 多选题
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多选题 · 6 分

16.将一质量为的小球靠近墙面竖直向上抛出,图甲是向上运动的频闪照片,图乙是下降时的频闪照片,是运动的最高点,甲.乙两次的闪光频率相同。重力加速度为,假设小球所受阻力大小不变,则可估算小球受到的阻力大小约为(       )

A

B

C

D

正确答案

B

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牛顿运动定律的综合应用
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题型: 多选题
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多选题 · 6 分

20.如图所示,直杆AB 与水平面成 角固定,在杆上套一质量为的小滑块,杆底端B 点处有一弹性挡板,杆与板面垂直,滑块与挡板碰撞后原速率返回.现将滑块拉到A 点由静止释放,与挡板第一次碰撞后恰好能上升到AB 的中点,设重力加速度为g,由此可以确定(        )

A滑块下滑和上滑过程加速度的大小

B滑块最终所处的位置

C滑块与杆之间动摩擦因数

D滑块第k 次与挡板碰撞后速度

正确答案

A,B,C

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匀变速直线运动规律的综合运用牛顿运动定律的综合应用
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题型:简答题
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简答题 · 15 分

24.如图(a)所示,一倾角为37°的传送带以恒定速度运行。现将一质量m=2kg的小物体以某一初速度放上传送带,物体相对地面的速度随时间变化的关系如图(b)所示,取沿传送带向上为正方向,。求:

(1)0—10s内物体位移的大小;

(2)物体与传送带间的动摩擦因数;

(3)0—10s内物体机械能增量及因与传送带摩擦产生的热量Q。

正确答案

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牛顿运动定律的综合应用
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题型:简答题
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简答题 · 14 分

24.质量为2 kg的物体静止在足够大的水平面上,物体与地面间的动摩擦因数为0.2,最大静摩擦力和滑动摩擦力大小视为相等.从t = 0时刻开始,物体受到方向不变、大小呈周期性变化的水平拉力F的作用,F随时间t的变化规律如图所示.取重力加速度g = 10 m/s2,(1)物体在F作用下哪个时刻开始运动(2)物体在t= 0到t= 6 s这段时间内位移的大小为多少?

正确答案

(1)

 则0--2s时  物体仍静止 但在2S—4S时 则物体在2s时刻开始运动。

(2)0--2s物体处于静止状态,       

2S—4S 物体做匀加速直线运动   

                    

    4S—6S物体做匀减速直线运动    

  

              

         

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牛顿运动定律的综合应用
下一知识点 : 曲线运动、万有引力
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