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题型:简答题
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简答题

在光滑水平面上放置一宽度为D,电阻不计的光滑固定金属导轨,在直导轨所在的有限区域内存在垂直导轨向下的匀强磁场。垂直导轨横放着质量分别为mA、mB电阻均为R的导体棒A、B,在B的右侧金属导轨中间放一内有炸药的物体C,当物体C内的炸药爆炸,使物体C分裂成两部分,质量为m1的部分沿桌面并垂直金属棒B向右飞出,另一块质量为m2的与B金属棒碰撞后粘合,使金属导体棒A经过t时间刚好达到最大速度并离开磁场,并沿接有小圆弧的与水平成θ的金属导轨上升,上升的最大高度为H(设没有能损失)。求

(1)炸药爆炸时释放的能量至少为多少?

(2)A金属导体棒在t时间内产生的热量为多少?

(3)作出A导体自开始运动至运动到最高点的过程的大致速度时间图象。

正确答案

(1) (2) 

(3)

C爆炸过程动量守恒得:m1v1=m2v2

能量守恒得:

BC碰撞过程动量守恒得:m2v2=(m2+mB)vB

ABC相互作用过程动量守恒:m2v2=(m2+mB+mA)v

A上升过程机械能守恒得:

A上产生的热量为: 

综上所得:

 

图见下

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简答题

(1)小车在运动过程中,弹簧的弹性势能最大值;(8分)

(2)为使小物块不从小车上滑下,车面粗糙部分至少多长?(6分)

 

正确答案

(1)2J(2)0.5m

(1)子弹打击小车M,动量守恒。

                                           2分

当子弹、小车及小物块三者的速度相同时,弹性势能最大。

                 6分

(2)最后三者速度又相同,弹簧的势能为0。

由功能关系得:

s="0.5m                                                  " 6分

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简答题

如图所示,质量为m=0.4kg的滑块,在水平外力F作用下,在光滑水平面上从A点由静止开始向B点运动,到达B点时外力F突然撤去,滑块随即冲上半径为 R=0.4米的光滑圆弧面小车,小车立即沿光滑水平面PQ运动。设:开始时平面AB与圆弧CD相切,A、B、C三点在同一水平线上,令AB连线为X轴,且AB=d=0.64m,滑块在AB面上运动时,其动量随位移的变化关系为P=1.6kgm/s,小车质量M=3.6kg,不计能量损失。求:

(1)滑块受水平推力F为多大?

(2)滑块到达D点时,小车速度为多大?

(3)滑块能否第二次通过C点? 若不能,说明理由;若能,求出返回C点时小车与滑块的速度分别为多大?

(4)滑块从D点滑出再返回D点这一过程中,小车移动距离为多少? (g取10m/s2)

正确答案

(1)由P=1.6=mv,代入x=0.64m,可得滑块到B点速度为:

      VB=1.6/m=1.6/0.4 m/s ="3.2" m/s(3分)

      A→B,由动能定理得:FS=mVB2

            所以 F=m =0.4×3.22/(2×0.64) N ="3.2N   " (3分)

(2)滑块由C→D的过程中,滑块和小车组成系统在水平方向动量守恒,由于滑块始终紧贴着小车一起运动,在D点时,滑块和小车具有相同的水平速度VDX。由动量守恒定律得:mVC=(M+m)VDX    VC=VB

所以 VDX=mVC/(M+m)="0.4X3.2/(3.6+0.4)=0.32m/s   " (3分)

(3)滑块一定能再次通过C点。因为滑块到达D点时,将脱离小车相对于小车做竖直上抛运动(相对地面做斜上抛运动)。因题中说明无能量损失,可知滑块在离车后一段时间内,始终处于D点的正上方(因两者在水平方向不受力作用,水平方向分运动为匀速运动,具有相同水平速度), 所以滑块返回时必重新落在小车的D点上,然后再沿圆孤下滑,最后由C点离开小车,做平抛运动落到地面上。

以滑块、小车为系统,以滑块滑上C点为初态,滑块第二次滑到C点时为末态,此过程中系统水平方向动量守恒,系统机械能守恒得:

    mVC=mVC‘+MV              (2分)         

mVC2=mVC2+MV2                   (2分)

上式中VC‘、V分别为滑块返回C点时,滑块与小车的速度,

     V="0.64m/s           " VC’=" -2.56m/s " (负号表示与V反向 ) (2分)

(4) 由机械能守恒定律,滑快由C到D,对系统有:

mVC2=mgR+ M VDX2+m(VDX2+VDY)(2分)

所以(1分)

滑块离D到返回D这一过程中,小车做匀速直线运动,前进距离为:

S=VDX2VDY/g

=0.32×2×1.1/10 m ="0.07m      " (2分)(其它正确解法相应给分)

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简答题

(1)在子弹打击木块的过程中系统(子弹与木块)产生的内能Q

(2)打击后,木块上摆的最大高度H。

(3)子弹射穿木块后的瞬间,木块所受绳的拉力T

正确答案

(1)1192J(2)0.8m(3)20N

(1)               ①

                         ②

(2)                                      ③

                                     ④

(3)                           ⑤

评分参考:①③④⑤式分别得3分, ②得4分

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简答题

(1)下列说法正确的是(  )

A.氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后,在向低能级跃迁时放出光子的频率一定等于入射光子的频率

B. Th(钍)核衰变为Pa(镤)核时,衰变前Th核质量等于衰变后Pa核与β粒子的总质量

C.α粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的

D.分别用X射线和绿光照射同一金属表面都能发生光电效应,则用X射线照射时光电子的最大初动能较大

(2)某宇航员在太空站内做了如下实验:选取两个质量分别为mA=0.1 kg、mB=0.2 kg的小球A、B和一根轻质短弹簧,弹簧的一端与小球A粘连,另一端与小球B接触而不粘连.现使小球A和B之间夹着被压缩的轻质弹簧,处于锁定状态,一起以速度v0=0.1 m/s做匀速直线运动,如图所示.过一段时间,突然解除锁定(解除锁定没有机械能损失),两球仍沿原直线运动.从弹簧与小球B刚刚分离开始计时,经时间t=3.0 s,两球之间的距离增加了x=2.7 m,求弹簧被锁定时的弹性势能Ep.

正确答案

(1)D (2)0.027 J

(1)前后两次跃迁所跨越的能级不一定相同,故光子频率不一定相等,A错误;衰变有质量亏损,释放了能量,B错误;α粒子散射实验是关于原子结构而不是原子核结构的实验,C错误;X射线频率高,能量大,故产生光电子的最大初动能较大,D正确.

(2)根据运动关系x=(vA-vB)t

根据动量守恒有:(mA+mB)v0=mAvA+mBvB

根据能量关系EpmAvmBv (mA+mB)v联立解得Ep=0.027 J.

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简答题

如图所示,在光滑的水平面上有一辆长为L=1.0m的小车A,在A上有一小物块B(大小不计),A与B的质量相等,B与A的滑动磨擦系数为=0.05,开始时A是静止的。B位于A的正中央左侧的某一位置以初速度=5.0m/s向右运动,设B与A的前、后壁的碰撞动能没有损失,求B与A的前、后壁最多能相碰多少次?(g取10m/

正确答案

12次

设A、B的质量均为m,B在A上运动的相对路程为S。

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简答题

两磁铁各固定放在一辆小车上,小车能在水平面上无摩擦地沿同一直线运动.已知甲车和磁铁的总质量为0.5kg,乙车和磁铁的总质量为1.0kg.两磁铁的N极相对.推动一下,使两车相向运动.某时刻甲的速率为2m/s,乙的速率为3m/s,方向与甲相反.两车运动过程中始终未相碰,则两车最近时,乙的速度为______.

正确答案

由题意知甲车的初速度V甲0=2m/s,乙车的初速度V乙0=-3m/s;

设两车相距最近时乙车的速度为V,由题意知此时甲车的速度V=V

由动量守恒定律知:mV甲0+mV乙0=(m+m)V

代入数据得V=-m/s

答案为:速度大小为m/s

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简答题

如图所示,质量为M = 0.60kg的小砂箱,被长L = 1.6m的细线悬于空中某点,现从左向右用弹簧枪向砂箱水平发射质量m = 0.20kg,速度v0 = 20m/s的弹丸,假设砂箱每次在最低点时,就恰好有一颗弹丸射入砂箱,并留在其中(g=10m/s2,不计空气阻力,弹丸与砂箱的相互作用时间极短)则:

(1)第一颗弹丸射入砂箱后,砂箱能否做完整的圆周运动?计算并说明理由。

(2)第二、第三颗弹丸射入砂箱并相对砂箱静止时,砂箱的速度分别为多大?

(3)停止射击后,要使砂箱做小于5°的简谐运动,射入砂箱中的弹丸数目应满足什么条件?( 已知cos5o=0.996,

正确答案

(1)1.25m<1.6m,不能做完整圆周运动(2)m/s

(3)射入砂箱的子弹数目应为大于 或等于53的奇数

(1)射入第一颗子弹的过程中,根据动量守恒, 

有:   ∴v1="5m/s                   " (3分)

此后,砂箱和弹丸向上摆动的过程中,最大高度为h,机械能守恒,有:

解得h=1.25m<1.6m

∴不能做完整圆周运动。                               (3分)

(2)第二颗子弹射入过程中,由动量守恒,

     解得:      (3分)

第三颗子弹射入过程中,

         解得m/s          (3分)

(3)设第n颗弹丸射入砂箱后,砂箱速度为vn,由以上分析可知:

n是偶数时,vn="0                                    " (1分)

n是奇数时,由动量守恒:

                                     (2分)

设射入n颗子弹后,恰好做摆角等于5o的简谐运动有:

                  

解得                                          (3分)

∴停止射击后,要使砂箱做简谐运动,则射入砂箱的子弹数目应为大于 或等于53的奇数。                                                       (2分)

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简答题

如图所示,一质量M=2kg的长木板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s=4m。现有一小物体A(可视为质点)质量m=1kg,以速度vb=6m/s从B的左端水平滑上B,已知A和B 间的动摩擦因数μ=0.2,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与竖直挡板碰撞前A在B上移动的位移。

(2)若要使A最终不脱离B ,则木板B的长度至少多长?

正确答案

(1)6m(2)8.67m 

(1)设A滑上B后达到共同速度前未碰到挡板,则根据动量守恒定律得它们的共同速度为

mv0=(M+m)v               (2分)

解得  v="2m/s            " (1分)

在这一过程中,B的位移为

sB=                  (2分)

aB=μmg/M               (2分)

解得sB="2m                " (1分)

由于s="4m," 这表明两者达到共同速度时,未碰到挡板。A、B达到共同速度v =2m/s后将一起再匀速向前运动2m碰到挡板。设在整个过程中,A、B的相对位移为 s1,根据系统的动能定理,得

μmgs1 =    (3分)

解得s1="6m                    " (1分)

(2)B碰到竖直挡板后,根据动量守恒定律有

Mv-mv=(M+m) vˊ           (2分)

解得vˊ="(2/3)m/s            " (1分)

在这一过程中,根据系统的动能定理,得

μmgs2 =     (2分)

解得s2="2.67m                         " (2分)

因此,要使A最终不脱离B ,木板B的长度应为

s= s1+ s2="6+2.67=8.67m                " (1分)

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简答题

如图所示,在光滑水平面上有木块A和B,mA=0.5kg,mB=0.4kg,它们的上表面是粗糙的,今有一小铁块C,mC=0.1kg,以初速v0=20m/s沿两木块表面滑过,最后停留在B上,此时B、C以共同速度v=3m/s运动,求:(1)A运动的速度vA=?

(2)小铁块C刚离开A时的速度vC′=?

正确答案

(1)vA=1m/s(2)vC′="11" m/s

试题分析:(1)对ABC由动量守恒得   mCv0=mAvA+(mB+mC)v         ①

上式带入数据得   vA=1m/s                     ②

(2)当C刚离开A时AB有共同的速度vA,所以由动量守恒得

mCv0=(mA+mB)vA+mC vC′    ③

上式带入数据得   vC′="11" m/s                   ④

点评:基础题,关键是判断在各个过程中谁和谁组成的系统动量守恒,然后列式求解

下一知识点 : 碰撞
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