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题型:填空题
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填空题

质量为m的物体在合力F的作用下获得大小为a的加速度.现在要使物体获得大小为3a的加速度:若保持它的质量不变,则应使合力变为______F;若保持合力不变,则应使它的质量变为______m.

正确答案

当施加力F时

F=ma

要使加速度变为3a

则施加的外力为

F′=m×3a=3ma=3F

若力不变,则质量

F=m′×3a

解得m′=m

故答案为:3,

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题型:简答题
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简答题

传送带以恒定速度v=4m/s顺时针运行,传送带与水平面的夹角θ=37°.现将质量m=2kg的小物品轻放在其底端(小物品可看成质点),平台上的人通过一根轻绳用恒力F=20N拉小物品,经过一段时间物品被拉到离地高为H=1.8m的平台上,如图所示.已知物品与传送带这间的动摩擦因数μ=0.5,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10m/s2,已知sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:

①物品从传送带底端运动到平台上所用的时间是多少?

②若在物品与传送带达到同速瞬间撤去恒力F,求特品还需多少时间离开皮带?

正确答案

(1)物品在达到与传送带速度v=4m/s相等前,有:

F+μmgcos37°-mgsin37°=ma1

解得a1=8m/s2

由v=a1t1,t1=0.5s

位移x1=a1=1m

随后,有:F-μmgcos37°-mgsin37°=ma2

解得a2=0,即滑块匀速上滑

位移x2=-x1=2m

t2==0.5s

总时间为:t=t1+t2=1s

即物品从传送带底端运动到平台上所用的时间是1s.

(2)在物品与传送带达到同速瞬间撤去恒力F,根据牛顿第二定律,有

μmgcos37°-mgsin37°=ma3

解得:a3=-2m/s2

假设物品向上匀减速到速度为零时,通过的位移为x

x=-=4m>x2

即物体速度为减为零时已经到达最高点;

由x2=vt3+a3

解得:t3=(2-)s(t3=2+s>0.5s,舍去)

即物品还需(2-)s离开皮带.

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题型:简答题
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简答题

在水平放置且相距20cm 的平行带电金属板间的匀强电场中,有一个质量为m=10-4g,电量q=-10-8C的带电液滴,恰在两板间的正中央处于静止状态.问:

(1)哪块板带正电?板间电场强度多大?

(2)若板间电场强度突然增为原来的2倍,到达极板时的速度多大?

正确答案

(1)带电液滴静止受力平衡,重力与电场力大小相等,方向相反,所以上极板带正电             

液滴静止时,qE=mg                     

所以:E=98 N/C                           

(2)液滴向上做匀加速直线运动

由牛顿第二定律2qE-mg=ma               

所以:a=g                            

由 v2-0=2a

得:v=0.14 m/s                  

答:(1)上极板板带正电,板间电场强度为E=98 N/C 

(2)若板间电场强度突然增为原来的2倍,到达极板时的速度为0.14m/s.

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题型:简答题
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简答题

由于下了大雪,许多同学在课间追逐嬉戏,尽情玩耍,而同学王清和张华却做了一个小实验:他们造出一个方形的雪块,让它以一定的初速度从一斜坡的底端沿坡面冲上该足够长的斜坡(坡上的雪已压实,斜坡表面平整),发现雪块能沿坡面最大上冲3.4m.已知雪块与坡面间的动摩擦因数为μ=0.1,他们又测量了斜坡的倾角为θ=37°,如图所示.他俩就估测出了雪块的初速度.那么:

(1)请你算出雪块的初速度为多大?

(2)请问雪块沿坡面向上滑的时间为多长?(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2

正确答案

(1)对雪块受力分析如图,

垂直于斜面方向:mgcosθ=FN

平行于斜面方向:mgsinθ+f=ma

又:f=μFN

联立并代入数据得:a=6.8m/s2

根据匀变速直线运动的位移速度公式有:vm2=2ax

得:vm===6.8m/s

(2)由速度时间公式:vm=at

得:t==1s

答:(1)雪块的初速度为6.8m/s;

(2)请问雪块沿坡面向上滑的时间为1s.

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题型:简答题
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简答题

(11分)如图所示,水平放置的不带电的平行金属板p和b相距h,与图示电路相连,金属板厚度不计,忽略边缘效应。p板上表面光滑,涂有绝缘层,其上O点右侧相距h处有小孔K;b板上有小孔T,且O、T在同一条竖直线上,图示平面为竖直平面。质量为m、电荷量为- q(q > 0)的静止粒子被发射装置(图中未画出)从O点发射,沿P板上表面运动时间t后到达K孔,不与板碰撞地进入两板之间。粒子视为质点,在图示平面内运动,电荷量保持不变,不计空气阻力,重力加速度大小为g。

(1)求发射装置对粒子做的功;

(2)电路中的直流电源内阻为r,开关S接“1”位置时,进入板间的粒子落在h板上的A点,A点与过K孔竖直线的距离为l。此后将开关S接“2”位置,求阻值为R的电阻中的电流强度;

(3)若选用恰当直流电源,电路中开关S接“l”位置,使进入板间的粒子受力平衡,此时在板间某区域加上方向垂直于图面的、磁感应强度大小合适的匀强磁场(磁感应强度B只能在0~Bm=范围内选取),使粒子恰好从b板的T孔飞出,求粒子飞出时速度方向与b板板面夹角的所有可能值(可用反三角函数表示)。

正确答案

(1)   (2)   (3)

试题分析: (1)设粒子在P板上匀速运动的速度为v0,由于粒子在P板匀速直线运动,故

所以,由动能定理知,发射装置对粒子做的功

解得W=

说明:①②各2分,③式1分

(2)设电源的电动势E0和板间的电压为U,有

板间产生匀强电场为E,粒子进入板间时有水平方向的初速度v0,在板间受到竖直方向的重力和电场力作用而做类平抛运动,设运动时间为t1,加速度为a,有

当开关S接“1”时,粒子在电场中做匀变速曲线运动,其加速度为

再由,⑦

当开关S接“2”时,由闭合电路欧姆定律知

联立①④⑤⑥⑦⑧⑨解得,

说明:④⑤⑥⑦⑧⑨⑩各1分

(3)由题意分析知,此时在板间运动的粒子重力和电场力平衡。当粒子从k进入两板间后,立即进入磁场物体在电磁场中做匀速圆周运动,离开磁场后做匀速直线运动,故分析带电粒子的磁场如图所示,运动轨迹如图所示,粒子出磁场区域后沿DT做匀速直线运动,DT与b板上表面的夹角为

Df与b板上表面即为题中所求,设粒子与板间的夹角最大,设为,磁场的磁感应强度B取最大值时的夹角为 ,当磁场最强时,R最小,最大设为

,⑾知

当B减小时,粒子离开磁场做匀速圆周运动的半径也要增大,D点向b板靠近。Df与b板上表面的夹角越变越小,当后在板间几乎沿着b板上表面运动,

当Bm则有图中可知,⑿

⒀,

联立⑾⑿⒀⒁,将B=Bm带入

解得

当B逐渐减小是,粒子做匀速圆周运动的半径R,D点无线接近向b板上表面时,当粒子离开磁场后在板间几乎沿着b板上表面运动而从T孔飞出板间区域,此时满足题目要求,夹角趋近,既

故粒子飞出时与b板夹角的范围是 (17)

说明:⑿⒀⒁⒂⒃(17)各1分

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题型:简答题
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简答题

如图,水平传送带两个转动轴轴心相距20m,正在以v=4.0m/s的速度匀速传动,某物块(可视为质点)与传送带之间的动摩擦因数为0.1,将该物块从传送带左端无初速地轻放在传送带上,则经过多长时间物块将到达传送带的右端?(g=10m/s2

正确答案

物块放到传送带上后先做匀加速运动,若传送带足够长,匀加速运动到与传送带同速后再与传送带一同向前做匀速运动.

物块匀加速时的加速度为μmg=ma

a=μg=0.1×10m/s2=1m/s2

物块匀加速到和传送带具有相同速度所需时间为间

v=at1

t1==s=4s

物块匀加速位移x1==×1×42m=8m

∵20m>8m∴以后小物块匀速运动

物块匀速运动的时间t2==s=3s

∴物块到达传送带又端的时间为:t=t1+t2=4+3s=7s

答:经过7s物块将到达传送带的右端

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题型:简答题
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简答题

贝贝和晶晶在探究牛顿第二定律的过程中分别采用了以下方案:两人都在水平桌面上放上一端带有定滑轮的长木板,将相同质量的滑块放在木板上后,贝贝在滑块上用绳子连接重物A;晶晶则直接在滑块上施加竖直向下的拉力F.物体A受的重力和拉力F大小相同,如图1所示.不计物体与长木板间的摩擦,也不计绳的质量及绳与滑轮的摩擦,若m1运动的加速度为a1,m2运动的加速度为a2,那么:

(1)a1和a2的大小关系是______;

(2)在上面的探究过程中,若物体与长木板间的摩擦不能忽略,贝贝的方案中如何才能将实验误差减小,请你至少说出两条:①______,②______.

(3)若贝贝通过改变拉绳的重物A的质量进行多次实验,并根据记录的实验数据描出如图2所示的F-a图象,则该图象表明贝贝实验中可能存在的问题是______.

正确答案

(1)根据牛顿第二定律:m1运动的加速度为a1=

m2运动的加速度为a2=

F=GA,故a1<a2

(2)小车在水平方向上受绳的拉力和摩擦力,想用钩码的重力表示小车受到的合外力,首先需要平衡摩擦力;

设绳子上拉力为F,对小车根据牛顿第二定律有:

F=Ma ①

钩码有:mg-F=ma ②

F=•M=

由此可知当M>>m时,够码的重力等于绳子的拉力即为小车是合外力.

故为了减小误差采取的措施有①将木板的左端垫高以平衡摩擦力;②让滑块的质量远人于拉绳的重物的质量;③多次测量取平均值等等.

(3)由F-a图象知拉力F达到一定值后才开始有加速度,说明贝贝实验中可能存在的问题是:没有平衡滑块与木板间的摩擦力.

故答案为:(1)a1<a2;(2)①将木板的左端垫高以平衡摩擦力;②让滑块的质量远人于拉绳的重物的质量;③多次测量取平均值等等.

(3)没有平衡滑块与木板间的摩擦力.

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题型:简答题
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简答题

如图所示,在粗糙水平台阶上静止放置一质量m=1.0kg的小物块,它与水平台阶表面的动摩擦因数μ=0.25,且与台阶边缘O点的距离s=5m.在台阶右侧固定了一个圆弧挡板,圆弧半径R=5m,今以O点为原点建立平面直角坐标系.现用F=5N的水平恒力拉动小物块,小物块在水平台阶上运动一段时间后撤去拉力(已知重力加速度g=10m/s2).

(1)为使小物块不能击中挡板,求拉力F作用的最长时间;

(2)若小物块在水平台阶上运动时,水平恒力一直作用在小物块上,求小物块击中挡板上的位置坐标.

正确答案

(1)为使小物块不会击中挡板,拉力F作用最长时间t时,小物块刚好运动到O点.

由牛顿第二定律得:F-μmg=ma1

解得:a1=-μg=-0.25×10=2.5m/s2

减速运动时的加速度大小为:a2=μg=0.25×10=2.5m/s2

由运动学公式得:s=a12+a2t22

而a1t=a2t2

解得:t=t2=s

(2)水平恒力一直作用在小物块上,由运动学公式有:v02=2a1s

解得小物块到达O点时的速度为:v0==m/s=5m/s

小物块过O点后做平抛运动.水平方向:x=v0t

竖直方向:y=gt2

又 x2+y2=R2

解得位置坐标为:x=5m,y=5m

答:(1)拉力F作用的最长时间为s;

(2)小物块击中挡板上的位置的坐标为x=5m,y=5m.

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题型:简答题
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简答题

如图所示,质量M=1.0kg的长木板静止在光滑水平面上,在长木板的右端放一质量m=1.0kg的小滑块(可视为质点),小滑块与长木板之间的动摩擦因数μ=0.20.现用水平恒力F=6.0N向右拉长木板,使小滑块与长木板发生相对滑动,经过t=1.0s撤去力F.小滑块在运动过程中始终没有从长木板上掉下.求:

(1)撤去力F时小滑块和长木板的速度各是多大?

(2)小滑块相对长木板静止时,小滑块相对地面运动的总位移.

正确答案

(1)对长木板施加恒力F的时间内,小滑块与长木板间相对滑动,小滑块和长木板在水平方向的受力情况如图所示.

小滑块所受摩擦力f=μmg

设小滑块的加速度为a1,根据牛顿第二定律

f=ma1

解得        a1=2.0 m/s2

长木板受的摩擦力    f′=f=μmg

设长木板的加速度为a2,根据牛顿第二定律

F-f′=Ma2  

解得         a2=4.0 m/s2

经过时间t=1.0 s,

小滑块的速度  v1=a1t=2.0 m/s     

长木板的速度  v2=a2t=4.0 m/s

(2)撤去力F后的一段时间内,小滑块的速度小于长木板的速度,小滑块仍以加速度a1做匀加速直线运动,长木板做匀减速直线运动.设长木板运动的加速度为a3,此时长木板水平方向受力情况如图所示,根据牛顿第二定律

f′=Ma3

公式和受力图共(1分)

解得   a3=2.0 m/s2

设再经过时间t1后,小滑块与长木板的速度相等,此时小滑块相对长木板静止

即           v1+a1t1=v2-a3t1                        

解得           t1=0.50 s

如图所示,在对长木板施加力F的时间内,小滑块相对地面运动的位移是s1,从撤去F到二者速度相等的过程,小滑块相对地面的位移是s2

所以小滑块相对长木板静止时,小滑块相对地面运动的总位移为

s=s1+s2=a1t2+(v1t1+a1t12)=2.25 m

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题型:简答题
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简答题

在水平地面上有一质量为10kg的物体,在水平拉力F的作用下由静止开始水平向右运动,10s后拉力大小减为,方向不变,再经过20s停止运动.该物体的速度与时间的关系如图所示.求:

(1)第二段过程中物体的平均速度大小和方向;

(2)整个过程中物体的位移大小;

(3)物体与地面的动摩擦因数.

正确答案

(1)==m/s=5m/s,因为取向右为正方向,图象在时间轴上方故平均速度在正方向上即平均速度方向水平向右;

(2)依题意可知整个过程中物体的位移大小就等于图象与t轴所围成的三角形面积,

S=×30×10m=150m

(3)物体的运动分为两个过程,由图可知两个过程加速度分别为:a1=1m/s2,a2=-0.5m/s2

受力图如下:

对于两个过程,由牛顿第二定律得:

F-Ff=ma1…①

-Ff=ma2…②

联立①②式解得:Ff=10N

由滑动摩擦力公式得:Ff=μFN=μmg

解得:μ===0.1

答:(1)第二段过程中物体的平均速度大小为5m/s和方向水平向右;

(2)整个过程中物体的位移大小为150m;

(3)物体与地面的动摩擦因数为0.1.

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简答题

质量为1kg的球穿在足够长的斜杆上,斜杆与水平方向成30°角,球与斜杆间的动摩擦因数为,对球施加一个方向竖直向上、大小为20N的拉力,使球从静止开始运动,则球在开始运动后的10s末的速度多大?

正确答案

如图对小球进行受力分析有:

沿杆方向:Fx=Fsin30°-mgsin30°-f=ma…①

垂直杆方向:Fy=Fcos30°-mgcos30°-N=0…②

滑动摩擦力为:f=μN…③

联列①②③可得球的加速度为:

a==m/s2=2.5m/s2

球做初速度为0的匀加速直线运动,根据速度时间关系知,球10s末的速度为:

v=at=2.5×10m/s=25m/s

答:球10s末的速度为25m/s.

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题型:简答题
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简答题

质量为10kg的物体,在F=30N的水平向右的力作用下,沿水平地面由静止开始运动,在开始运动的第5s末撤去水平力F,此时物体的位移为25m(g=10m/s2),求:

(1)物体与地面间的动摩擦因数?

(2)撤去F时物体的速度?

(3)撤去F后物体还能滑行的距离?

正确答案

(1)撤消F前,物体做初速度为零的匀加速运动,

由s1=a1t12

加速度:a1==m/s2=2m/s2

根据牛顿第二定律得:F-Ff=ma1

又因为:Ff=μFN=μmg,

联解得:μ===0.1

(2)撤消F瞬间物体速度大小:v=a1t1=2×5m/s=10m/s

(3)撤消F后物体加速度大小:a2===μg=1m/s2

撤消F后物体滑行距离:s2==m=50m,

答:(1)物体与地面间的动摩擦因数是0.1;

(2)撤去F时物体的速度是10m/s;

(3)撤去F后物体还能滑行的距离是50m.

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简答题

某同学表演魔术时,将一小型条形磁铁藏在自己的袖子里,然后对着一悬挂的金属小球指手画脚,结果小球在他神奇的功力下飘动起来.假设当隐藏的小磁铁位于小球的左上方某一位置C(∠QCS=30°)时,金属小球偏离竖直方向的夹角θ也是30°,如图所示.已知小球的质量为m,该同学(含磁铁)的质量为M,求此时:

(1)悬挂小球的细线的拉力大小为多少?

(2)该同学受到地面的支持力和摩擦力大小各为多少.

正确答案

(1)对小球受力分析:重力、细线的拉力和磁铁的引力.设细线的拉力和磁铁的引力分别为F1和F2

根据平衡条件得:

水平方向:F1sin30°=F2sin30°

竖直方向:F1cos30°+F2cos30°=mg

解得,F1=F2=mg.

(2)以人为研究对象,分析受力情况:重力Mg、地面的支持力N、静摩擦力f和小球的引力F2′,F2′=F2=mg.

根据平衡条件得

f=F2′sin30°

N=F2′cos30°+Mg

解得,N=Mg+mg f=mg

答:(1)悬挂小球的细线的拉力大小为mg.

(2)该同学受到地面的支持力和摩擦力大小各为Mg+mg和mg.

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简答题

一宇宙人在太空(万有引力可以忽略不计)玩垒球.如图所示,辽阔的太空球场半侧为匀强电场,另半侧为匀强磁场,电场和磁场的分界面为垂直纸面的平面,电场方向与界面垂直,磁场方向垂直纸面向里,电场强度大小E=100V/m.宇宙人位于电场一侧距界面为h=3m的P点,O为P点至界面垂线的垂足,D点位于纸面上O点的右侧,OD与磁场的方向垂直.垒球的质量m=0.1kg,电量q=-0.05C.宇宙人从P点以初速度v1=10m/s平行于界面投出垒球,要使垒球第一次通过界面时就击中D点,求:(计算结果保留三位有效数字)

(1)O、D两点之间的距离.

(2)垒球从抛出到第一次回到P点的时间.

正确答案

(1)设垒球在电场中运动的加速度大小为a,时间为t1,OD=d则:

a=

h=at12d=v1t

解得:a=50m/s2,t1=s,d=2m=3.46m

即O、D两点之间的距离为3.46m.

(2)垒球的运动轨迹如图所示.

由图可知,tanθ==,速度大小为:v==20m/s

设垒球作匀速圆周运动半径为R,磁感应强度大小为B,则R==4m

根据牛顿第二定律,有:qvB=m

解得B==10T

垒球在磁场中运动的时间为:t2=×=s

垒球从抛出到第一次回到P点的时间为:t=2t1+t2=s=1.53s;

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简答题

一质量为500kg的汽艇,在静水中航行时能达到的最大速度为10m/s,若汽艇的牵引力恒定不变,航行时所受阻力与航行速度满足关系f=kv,其中k=100Ns/m.

(1)求当汽艇的速度为5m/s时,它的加速度;

(2)若水被螺旋桨向后推动的速度为8m/s,则螺旋桨每秒向后推动水的质量为多少?(以上速度均以地面为参考系)

正确答案

(1)汽艇以v=5m/s速度航行时所受阻力为

f=kv                                 ①

其牵引力为:F=fm=kvm

根据牛顿运动定律有:F-f=ma              ③

代入数据得:a=1m/s2                    ④

(2)水向后的速度为u,根据动量定理有:

F△t=△mu-0                           ⑤

代入数据解得:==125kg/s          ⑥

答:(1)当汽艇的速度为5m/s时,它的加速度为1m/s2

(2)若水被螺旋桨向后推动的速度为8m/s,则螺旋桨每秒向后推动水的质量为125kg.

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