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题型:简答题
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简答题

如图,一光滑长直导轨槽固定在水平面上,槽内放置一金属滑块,滑块上有半径为R的半圆柱形光滑凹槽,金属滑块的宽度为2R(比直导轨槽的宽度略小).现有半径为r(r远小于R)的金属小球以水平初速度v0冲向滑块,从滑块上的半圆形槽口边缘进入.已知金属小球的质量为m,金属滑块的质量为3m,全过程中无机械能损失.求:

(1)当金属小球滑离金属滑块时,金属小球和金属滑块的速度各是多大;

(2)当金属小球经过金属滑块上的半圆柱形槽的底部A点时,金属小球的速率.

正确答案

解:(1)小球与滑块相互作用过程中,沿水平方向动量守恒,

以向右为正方向,由动量守恒定律得:

mv0=mv1+3mv2

由机械能守恒定律得:

mv02=mv12+•3mv22

解得:v1=-v0,方向水平向左,v2=v0,方向水平向右;

(2)当金属小球通过A点时,沿导轨方向金属小球与金属滑块具有共同速度v,沿A点切线方向的速度为v′,在水平方向,由动量守恒定律得:

mv0=(m+3m)v,解得v=

由机械能守恒定律得:mv02=(m+3m)v2+mv′2

解得:v′=v0

所以金属小球的速率为v=v0

答:(1)当金属小球滑离金属滑块时,金属小球和金属滑块的速度分别为v0,方向水平向左,v0,方向水平向右;

(2)当金属小球经过金属滑块上的半圆柱形槽的底部A点时,金属小球的速率为v0

解析

解:(1)小球与滑块相互作用过程中,沿水平方向动量守恒,

以向右为正方向,由动量守恒定律得:

mv0=mv1+3mv2

由机械能守恒定律得:

mv02=mv12+•3mv22

解得:v1=-v0,方向水平向左,v2=v0,方向水平向右;

(2)当金属小球通过A点时,沿导轨方向金属小球与金属滑块具有共同速度v,沿A点切线方向的速度为v′,在水平方向,由动量守恒定律得:

mv0=(m+3m)v,解得v=

由机械能守恒定律得:mv02=(m+3m)v2+mv′2

解得:v′=v0

所以金属小球的速率为v=v0

答:(1)当金属小球滑离金属滑块时,金属小球和金属滑块的速度分别为v0,方向水平向左,v0,方向水平向右;

(2)当金属小球经过金属滑块上的半圆柱形槽的底部A点时,金属小球的速率为v0

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题型:简答题
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简答题

人在平板车上用水平恒力拉绳使重物能靠拢自己,如图所示,人相对车始终不动,重物与平板车之间,平板车与地面之间均无摩擦.设开始拉重物时车和重物都是静止的,车和人的总质量为M=100kg,重物质量m=50kg,拉力F=20N,重物在车上向人靠拢了3m.求:

(1)车在地面上移动的距离.

(2)这时车和重物的速度.

正确答案

解:(1)设重物在车上向人靠近L=3 m时,车在地面上移动的距离为s,

依题意有:m(L-s)

代入数据整理得:s=1 m

(2)人和车的加速度为:

则人和车在地面上移动1m时的速度为:

此时物体对地速度为v,根据mv=Mv

代入数据得:v=4m/s

答:(1)车在地面上移动的距离为1m;

(2)这时车和重物的速度为4m/s

解析

解:(1)设重物在车上向人靠近L=3 m时,车在地面上移动的距离为s,

依题意有:m(L-s)

代入数据整理得:s=1 m

(2)人和车的加速度为:

则人和车在地面上移动1m时的速度为:

此时物体对地速度为v,根据mv=Mv

代入数据得:v=4m/s

答:(1)车在地面上移动的距离为1m;

(2)这时车和重物的速度为4m/s

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简答题

如图,C1D1E1F1和C2D2E2F2是距离为L的相同光滑导轨,C1D1和E1F1为两段四分之一圆弧,半径分别为r1=8r和r2=r.在水平矩形D1E1E2D2内有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B.导体棒P、Q的长度均为L,质量均为m,电阻均为R,其余电阻不计,Q停在图中位置,现将P从轨道最高点无初速释放,则

(1)求导体棒P进入磁场瞬间,回路中的电流的大小和方向(顺时针或逆时针);

(2)若P、Q不会在轨道上发生碰撞,棒Q到达E1E2瞬间,恰能脱离轨道飞出,求导体棒P离开轨道瞬间的速度;

(3)若P、Q不会在轨道上发生碰撞,且两者到达E1E2瞬间,均能脱离轨道飞出,求回路中产生热量的范围.

正确答案

解:(1)导体棒P由C1C2下滑到D1D2,根据机械能守恒定律:

求导体棒P到达D1D2瞬间:

E=BLvD

回路中的电流:

(2)棒Q到达E1E2瞬间,恰能脱离轨道飞出,此时对Q:

设导体棒P离开轨道瞬间的速度为,根据动量守恒定律:

mvD=mvP+mvQ

代入数据得:vP=

(3)由(2)若导体棒Q恰能在到达E1E2瞬间飞离轨道,P也必能在该处飞离轨道

根据能量守恒,回路中产生的热量

=3mgr

若导体棒Q与P能达到共速v,则根据动量守恒:

mvD=(m+m)v

回路中产生的热量=4mgr

答:(1)回路中的电流的大小为,方向逆时针方向.

(2)导体棒P离开轨道瞬间的速度:vP=

(3)综上所述,回路中产生热量的范围是3mgr≤Q≤4mgr.

解析

解:(1)导体棒P由C1C2下滑到D1D2,根据机械能守恒定律:

求导体棒P到达D1D2瞬间:

E=BLvD

回路中的电流:

(2)棒Q到达E1E2瞬间,恰能脱离轨道飞出,此时对Q:

设导体棒P离开轨道瞬间的速度为,根据动量守恒定律:

mvD=mvP+mvQ

代入数据得:vP=

(3)由(2)若导体棒Q恰能在到达E1E2瞬间飞离轨道,P也必能在该处飞离轨道

根据能量守恒,回路中产生的热量

=3mgr

若导体棒Q与P能达到共速v,则根据动量守恒:

mvD=(m+m)v

回路中产生的热量=4mgr

答:(1)回路中的电流的大小为,方向逆时针方向.

(2)导体棒P离开轨道瞬间的速度:vP=

(3)综上所述,回路中产生热量的范围是3mgr≤Q≤4mgr.

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简答题

质量为2m的平板小车在光滑水平面上以速度向右匀速直线运动,先将质量为m、可视为质点的木块甲无初速(相对地面)放到平板小车右端,如图所示,待木块甲相对小车静止时,立即再将另一完全相同的木块乙无初速(相对地面)放到平板小车右端,已知木块与平板小车间动摩擦因数为μ,重力加速度为g.

(1)求木块甲相对小车运动的时间t.

(2)问平板小车的长度至少为多少?

(3)从木块甲放到小车上到木块乙相对小车静止时,求小车向右运动的距离(从地面上看).

正确答案

解:(1)木块甲相对小车静止时,二者有共同速度为v1,由动量守恒定律得:

2mv0=(2m+m)v1

得:v1=

对木块甲,由动量定理得:μmgt=mv1-0

得:t=

(2)设木块甲相对小车的位移为x,由功能关系得:

μmgx=-

得:x=

故平板小车的长度至少为:L=x=

(3)木块乙相对小车静止时,三者有共同速度为v2,则:

2mv0=4mv2

得:v2=

设木块乙从放到小车上到相对小车静止历时为t′,则由动量定理得:

μmgt′=mv2-0

解得:t′=

从木块甲放到小车上到木块乙相对小车静止时,小车向右运动的距离为:

S=+t′=+=

答:(1)木块甲相对小车运动的时间t是

(2)问平板小车的长度至少为

(3)从木块甲放到小车上到木块乙相对小车静止时,小车向右运动的距离(从地面上看)是

解析

解:(1)木块甲相对小车静止时,二者有共同速度为v1,由动量守恒定律得:

2mv0=(2m+m)v1

得:v1=

对木块甲,由动量定理得:μmgt=mv1-0

得:t=

(2)设木块甲相对小车的位移为x,由功能关系得:

μmgx=-

得:x=

故平板小车的长度至少为:L=x=

(3)木块乙相对小车静止时,三者有共同速度为v2,则:

2mv0=4mv2

得:v2=

设木块乙从放到小车上到相对小车静止历时为t′,则由动量定理得:

μmgt′=mv2-0

解得:t′=

从木块甲放到小车上到木块乙相对小车静止时,小车向右运动的距离为:

S=+t′=+=

答:(1)木块甲相对小车运动的时间t是

(2)问平板小车的长度至少为

(3)从木块甲放到小车上到木块乙相对小车静止时,小车向右运动的距离(从地面上看)是

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简答题

如图所示,在水平地面上放置一质量为M的木块,一质量为m的子弹以水平速度v射入木块(未穿出),若木块与地面间的动摩擦因数为μ,求:

(1)子弹射入后,木块在地面上前进的距离;

(2)射入的过程中,系统机械能的损失.

正确答案

解:(1)子弹与木块组成的系统动量守恒,

以子弹的初速度方向为正方向,

由动量守恒定律得:mv=(M+m)v′,

对木块(包括子弹),由动能定理得:

-μ(M+m)gs=0-(M+m)v′2

解得:s=

(2)由能量守恒定律得,子弹射入木块过程中损失的机械能:

△E=mv2-(M+m)v′2=

答:

(1)子弹射入后,木块在地面上前进的距离为:

(2)射入的过程中,系统机械能的损失为

解析

解:(1)子弹与木块组成的系统动量守恒,

以子弹的初速度方向为正方向,

由动量守恒定律得:mv=(M+m)v′,

对木块(包括子弹),由动能定理得:

-μ(M+m)gs=0-(M+m)v′2

解得:s=

(2)由能量守恒定律得,子弹射入木块过程中损失的机械能:

△E=mv2-(M+m)v′2=

答:

(1)子弹射入后,木块在地面上前进的距离为:

(2)射入的过程中,系统机械能的损失为

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