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简答题

如图所示,平行导轨MN和PQ相距0.5m,电阻可忽略.其水平部分是粗糙的,置于0.60T竖直向上的匀强磁场中,倾斜部分是光滑的,该处没有磁场.导线a和b质量均为0.20kg,电阻均为0.15Ω,a、b相距足够远,b放在水平导轨上.a从斜轨上高0.050m处无初速释放.求:

(1)回路的最大感应电流是多少?

(2)如果导线与导轨间的动摩擦因数μ-0.10,当导线b的速率达到最大值时,导线a的加速度是多少?

正确答案

(1)a棒在没有磁场的倾斜轨道上下滑时,机械能守恒,进入水平轨道时a棒的速度vm

     mgh=mvm2      

vm===1m/s,

此时a棒速度最大,进入磁场切割磁感线,产生的感应电流最大

L====1A.

(2)当a、b棒组成的闭合回路中有感应电流时,a、b棒都受安培力作用,a棒受安培力向右、摩擦力向右,b棒受安培力向左,摩擦力向右.

f=μmg=0.10×0.20×10=0.2N

F=BImL=0.60×1×0.5=0.3N

因为F>f所以b棒开始向左加速.a棒是向左做减速运动,b棒的速度增大时,电路中的感应电流减小,b棒受的安培力在减小,当电流减为I'时,加速度为0,这时满足:

μmg=BIL

此时a棒受到的摩擦力和安培力方向都向右,a棒的加速度.

μmg+BIL=ma

代入数据  a=2m/s2

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简答题

如图所示,质量为mA=2kg的平板车A静止在水平地面上,车长d =5m。物块B静止在平板车左端,在物块B正前方某处。有一小球C,球C通过长l = 0.32m的细绳与固定点O相连,球C恰好与物块B等高,且C始终不与平板车A接触。在t = 0时刻,平板车A突然获得水平初速度v0开始向左运动,后来某一时刻物块B与球C发生弹性碰撞,碰后球C恰好能绕O点在竖直平面内作圆周运动。若B、C可视为质点,mB=mC= 1kg,物块B与平板车A、平板车A与地面之间的动摩擦因数均为µ=0.2,g取10m/s2,求:

(1)B、C碰撞瞬间,细绳拉力的大小?

(2)B、C碰撞前瞬间物块B的速度大小。

(3)若B、C碰撞时,物块B在平板车的中间位置,且t0=1.5s时平板车A的速度变为v1 =5m/s,则

物块B是在加速阶段还是减速阶段与球C相碰撞?小车的初速度v0多大?

正确答案

(1)60N(2)4m/s;(3)减速阶段与球C相碰;9m/s;

试题分析:(1)当球C在最高点处时。由牛顿第二定律,得 

碰后球C从最低点到最高点过程中:

   

当球C在最低点处:  

解得:F=60N    

(2)物块B与球C碰撞前速度为,碰撞后速度为,则

   

   

解得: 

(3)刚开始时,平板车的加速度大小,物块B的加速度大小

对平板车,由牛顿第二定律, 得

对物块B,        

假设B在加速阶段与C相碰,加速时间,则

,且 

故平板车A的初速度   

时平板车速度        

由于 所以物块B只能在与平板车相对静止共同减速阶段与球C相碰。

物块B与平板车相对静止共同减速时加速度大小,由牛顿第二定律,得

    

设物块B与平板车速度相对滑动时间,则

      

        

联立式子,解得:    

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分如图,传送带与地面倾角θ=30°,AB长度为,传送带以的速率逆时针转动。在传送带上端A无初速度地放上一个质量为的物体,它与传送带之间的动摩擦因数为,取,则:

(1)从物体开始运动至物体刚与传送带达到共同速度这一过程中,传送带的摩擦力对物体做了多少功?

(2)物体从与传送带达到共同速度的瞬间至滑到B端的过程中,传送带的摩擦力对物体又做了多少功?

正确答案

(1)16.5 J (2)-27.5 J

试题分析:(1)物体放上传送带后,受到传送带的沿斜面向下的滑动摩擦力,以做匀加速直线运动,直至与传送带速度相等.设这一过程所需的时间为,物体下滑的位移为,则

由牛顿第二定律,有        1分

由运动学公式,有      1分

      1分

代入数据,解得      1分

滑动摩擦力对物体做正功      1分

(2)物体与传送带达到共同速度后,因为   1分

物体将与传送带保持相对静止,以匀速下滑,

故由A到B 的时间摩擦力对物体做负功     2分

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一质量m=0.6kg的物体以v0=20m/s的初速度从倾角为30°的斜坡底端沿斜坡向上运动。当物体向上滑到某一位置时,其动能减少了ΔEk=18J,机械能减少了ΔE=3J,不计空气阻力,重力加速度g=10m/s2,求:

(1)物体向上运动时加速度的大小;

(2)物体返回斜坡底端时的动能。

正确答案

(1)6m/s(2)80J

(1)设物体在运动过程中所受的摩擦力大小为f,向上运动的加速度大小为a,由牛顿第二定律有

设物体动能减少ΔEk时,在斜坡上运动的距离为s,由功能关系得ΔEk=(mgsinα+fs,ΔE=fs

联立以上各式并代入数据可得a=6m/s2

(2)设物体沿斜坡向上运动的最大距离为sm,由运动学规律可得,

设物体返回底端时的动能为Ek,由动能定理有Ek=(mgsinα-fsm

联立以上各式并代入数据可得,Ek=80J。 

【考点定位】考查牛顿运动定律及动能定理。

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把一个质量为1 kg的物体放在水平面上,用8 N的水平拉力使物体从静止开始运动,物体与水平面的动摩擦因数为0.2,物体运动2 s时撤掉拉力。(g取10 m/s2)

求:(1)2 s末物块的动能。

(2)2 s后物块在水平面上还能向前滑行的最大距离。

正确答案

(1)72 J;(2)36 m

试题分析:(1)根据牛顿第二定律:,解得:则在2秒内末物体的动能为

(2)根据动能定理,取从静止到停止,

则有 解得:x=36m

点评:本题综合考查了牛顿第二定律和运动学公式,知道加速度是联系力学和运动学的桥梁,通过加速度可以根据力求运动,也可以根据运动求力.同时还可以运用动能定理来求解.

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简答题

静止在水平地面上的物块,质量为20kg,现在用一个大小为60N的水平推力使物块做匀加速直线运动,当物块运动3s时速度达到6m/s,求

(1)物块的加速度大小?

(2)物块受到的摩擦力大小?

正确答案

(1)根据v=at得,a==2m/s2

(2)根据牛顿第二定律得,F-f=ma

解得f=F-ma=60-20×2N=20N.

答:(1)物块的加速度大小为2m/s2

(2)物块受到的摩擦力大小为20N.

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2011年初,我国南方多次遭受严重的冰灾,给交通运输带来巨大的影响.已知汽车橡胶轮胎与普通路面的动摩擦因数为0.7,与冰面的动摩擦因数为0.1.当汽车以某一速度沿水平普通路面行驶时,急刹车后(设车轮立即停止转动),汽车要滑行14m才能停下.那么,在冰冻天气,该汽车若以同样速度在结了冰的水平路面上行驶,急刹车后汽车继续滑行的距离增大了多少?

正确答案

设初速度为v0.当汽车在水平普通路面上急刹车时,

    由牛顿第二定律得  μ1mg=ma1

得a11g=7 m/s2   

又v02=2a1x1

得v0==14m/s  

当汽车在水平冰面上急刹车时,

    μ2mg=ma2

得a22g=1 m/s2

又v02=2a2x2

得x2=98 m    

所以急刹车后汽车继续滑行的距离增大了

△x=x2-x1=84m

答:以同样速度在结了冰的水平路面上行驶,急刹车后汽车继续滑行的距离增大了84m.

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(17分)如图甲所示,MN、PQ是相距d="l" m的足够长平行光滑金属导轨,导轨平面与水平面成某一夹角,导轨电阻不计;长也为1m的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上,且始终与导轨接触良好,ab的质量m=0.1 kg、电阻R="l" Ω; MN、PQ的上端连接右侧电路,电路中R2为一电阻箱;已知灯泡电阻RL="3" Ω,定值电阻R1="7" Ω,调节电阻箱使R2 ="6" Ω,量力加速度g="10" m/s2。现断开开关S,在t=0时刻由静止释放ab,在t=0.5 s时刻闭合S,同时加上分布于整个导轨所在区域的匀强磁场,磁场方向垂直于导轨平面斜向上;图乙所示为ab的速度随时间变化图像。

(1)求斜面倾角a及磁感应强度B的大小;

(2)ab由静止下滑x=50 m(此前已达到最大速度)的过程中,求整个电路产生的电热;

(3)若只改变电阻箱R2的值。当R2为何值时,ab匀速下滑中R2消耗的功率最大?消耗的最大功率为多少?

正确答案

(1)  ;1T  (2)28.2J  (3)0.27W

试题分析:(1)S断开时,ab做匀加速直线运动,从图乙得

由牛顿第二定律有  所以有  即

t=0.5s时,S闭合且加了磁场,分析可知,此后ab将先做加速度减小的加速运动,当速度达到最大() 后接着做匀速运动。匀速运动时,由平衡条件知   又     

  联立以上四式有  

代入数据解得

(2)由能量转化关系有 代入数据解得J

(3)改变电阻箱R2的值后,ab匀速下滑时有 所以

通过R2的电流为   R2的功率为  

联立以上三式可得    当时,即,功率最大,所以W...

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(12分)如图所示,AB是粗糙的圆弧,半径为R,OA水平,OB竖直,O点离地面高度为2R,一质量为m的小球,从A点静止释放,不计空气阻力,最后落在距C点R处的D点。求:

(1)小球经过B点时,对轨道的压力大小。

(2)小球在AB段克服阻力做的功。

正确答案

(1)(2)

试题分析:(1)B到D小球平抛运动

竖直    (1分)

水平解得     (1分)

B点小球受力如图    (2分)

     (2分)

由牛顿第三定律,小球对轨道的压力大小      (1分)

(2)A到B由动能定理      (2分)

      (1分)

所以,克服阻力做功为(2分)

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如图实-3-12所示的实验装置可以探究加速度与物体质量、物体受力的关系.小车上固定一个盒子,盒子内盛有沙子.沙桶的总质量(包括桶以及桶内沙子质量)记为m,小车的总质量(包括车、盒子及盒内沙子质量)记为M.

图实-3-12

(1)验证在质量不变的情况下,加速度与合外力成正比:从盒子中取出一些沙子,装入沙桶中,称量并记录沙桶的总重力mg,将该力视为合外力F,对应的加速度a则从打下的纸带中计算得出.多次改变合外力F的大小,每次都会得到一个相应的加速度.本次实验中,桶内的沙子取自小车中,故系统的总质量不变.以合外力F为横轴,以加速度a为纵轴,画出a-F图象,图象是一条过原点的直线.

①a-F图象斜率的物理意义是________________________________________.

②你认为把沙桶的总重力mg当作合外力F是否合理?

答:________.(填“合理”或“不合理”)

③本次实验中,是否应该满足M≫m这样的条件?

答:________(填“是”或“否”);

理由是_____________________________________________________________.

(2)验证在合外力不变的情况下,加速度与质量成反比:保持桶内沙子质量m不变,在盒子内添加或去掉一些沙子,验证加速度与质量的关系.本次实验中,桶内的沙子总质量不变,故系统所受的合外力不变.

用图象法处理数据时,以加速度a为纵横,应该以______倒数为横轴.

正确答案

(1)① ②合理 ③否 因为实验的研究对象是整个系统,系统受到的合外力就等于mg

(2)M+m

(1)将车内的沙子转移到桶中,就保证了M+m不变,即系统的总质量不变,研究对象是整个系统,a=,可见a-F图象斜率的物理意义是,系统的合外力就等于所悬挂沙桶的重力mg,不必满足M≫m这样的条件.

(2)向小车内添加或去掉部分沙子,是改变系统的总质量M+m,而系统的合外力仍等于所悬挂沙桶的重力mg,保证了合外力不变.

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某同学做拍篮球的游戏,篮球在球心距地面高h1=0.9m范围内做竖直方向的往复运动。在最高点时手开始击打篮球,球落地后到反弹与地面作用的时间t=0.1s,反弹速度v2的大小是刚触地时速度v1大小的,且反弹后恰好到达最高点。已知篮球的质量m=0.5kg,半径R=0.1m。设地面对球的作用力可视为恒力,忽略空气阻力,g取10m/s2。求:

小题1:地面对球弹力大小。

小题2:每次拍球时手对球做功W。

正确答案

小题1:

小题2:2.25J

(1)从球反弹后至达最高点,此过程

 

可得

设球与地面接触时加速度为a

由题知

球下落刚触地至反弹后刚离开地面过程,设向上为正方向

球触地过程受力如图,由牛顿第二定律得

代入数据解得

(2)手做功等于球与地面碰撞时的能量损失

代入W=2.25J

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两只船A、B在水面上相距200m,用绳连接起来处于静止状态,假设A船上的人以300N的恒力开始拉绳子,若A、B的质量分别为2000kg和3000kg,人与绳子的质量及水的阻力均忽略不计,则:

(1)到A、B相互接触需要多少秒?

(2)即将接触前,A、B速率各是多少m/s?

(3)到接触时止,A、B各走了多少m?

(4)接触后A、B两船紧密连在一起,整体的速率是多大?

正确答案

(1)40s      (2)4m/s  (3)80m  (4) 0

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(12分)雨滴接近地面的过程可以看做匀速直线运动,此时雨滴的速度称为收尾速度.某同学在一本资料上看到,雨滴的收尾速度v与雨滴的半径r成正比,由此该同学对雨滴运动中所受的阻力F作了如下几种假设:

(1)阻力只与雨滴的半径成正比,即F=kr(k为常数).

(2)阻力只与速度的平方成正比,即F=kv2(k为常数).

(3)阻力与速度的平方和半径的乘积成正比,即F=krv2(k为常数).

你认为哪种假设能够解释雨滴收尾速度与半径成正比这一关系?请写出推导过程.

正确答案

见解析

雨滴达到收尾速度状态时,处于平衡状态,只受重力和空气阻力F.由平衡条件得

F=G=mg=πr3ρg.                                                  ①

r、ρ分别为雨滴的半径、密度

由题意知v=k1r                                                     ②

k1为常数

由①②得F=rv2=krv2                                                              

式中k=

由推导知,阻力与速度的平方和半径的乘积成正比.

即F=krv2假设才能解释v∝r.

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填空题

一个弹性小球质量为m,从高h处由静止开始下落,如果在运动过程中小球所受的空气阻力大小恒定,小球与地面碰撞后反弹时能量没有损失,小球每次向上弹起的高度总等于它下落时高度的4/5,则小球运动过程中受到空气阻力的大小为___________,从开始运动到最后停下通过的总路程为___________。

正确答案

__(1/9)mg__,__9h_________

本题是对功能关系的考察整个过程中除了重力外只有空气的阻力做负功。故机械能的减小量等于摩擦力做的负功。由小球从高为h处下落,弹起的高度为h,在这个过程中机械能减少量等于空气阻力做的负功。以地面为零势能点则有:

-fs=mgh-mgh,s=h+h=h,可算出f=mg。整个过程有:

-fs=0-mgh,可算得s=9h

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简答题

2008年12月,我国北方连降大雪,出现了罕见的雪灾。为了安全行车,某司机在冰雪覆盖的平直公路上测试汽车的制动性能。他从车上速度表看到汽车速度时紧急刹车,由于车轮与冰雪公路面的摩擦,车轮在公路面上划出一道长L=50m的刹车痕后停止,取重力加速度g=10m/s2。求:

(1)车轮与冰雪公路面间的动摩擦因数

(2)该司机驾车以12m/s的速度在相同的冰雪水平路面上匀速行驶,突然发现前方停着一辆故障车。若刹车过程司机的反应时间为,为了避免两车相撞,该司机至少应在距故障车多远处发现故障车并采取同样的紧急刹车措施?

正确答案

(1)0.1  (2)78m

(1)汽车刹车可看作匀减速运动,   =-1m/s2      ① (1分)

由牛顿第二定律得:               ② (2分)

联立上述二式解得                ③(1分)

(或据能量守恒,得:  解得=0.1)

(2)汽车速度=12m/s,在反应时间△内,汽车仍做匀速运动,

其位移·△=12×0.5m="6m                        " ④(1分)

依题意得:实施紧急刹车后汽车的加速度大小为

紧急刹车后汽车滑动位移为m ="72m      " ⑤(2分)

(或据能量守恒,得:  解得=72m )

该司机发现故障车距离       ="6m+72m" =78m。     ⑥(1分)

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