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简答题

[物理——选修3-5](15分)

(1)(5分)下列说法正确的是                                                                             (  )

E.光电效应的实验结论是:对于某种金属,超过极限频率的入射光频率越高,所产生的光电子的最大初动能就越大

(2)(10分)如图所示,在高为h=5m的平台右边缘上,放着一个质量M=3kg的铁块,现有一质量为m=1kg的钢球以v0=10m/s的水平速度与铁块在极短的时间内发生正碰被反弹,落地点距离平台右边缘的水平距离为l=2m.已知铁块与平台之间的动摩擦因数为0.5,求铁块在平台上滑行的距离s(不计空气阻力,铁块和钢球都看成质点).

正确答案

(1)C E

(2)1.6m

(1)C E (5分)

(2)(10分)设钢球反弹后的速度大小为v1,铁块的速度大小为v,碰撞时间极短系统动量

     ①

钢球做平抛运动

              ②

           ③

由②③①解得t=1s,v1=2m/s,v=4m/s

铁块做匀减速直线运动,加速度大小

=5m/s2  ④

最终速度为0,则其运行时间  =0.8s       ⑤

所以铁块在平台右滑行的距离  =1.6m         ⑥

评分标准:本题10分,①⑥各3分, ②③④⑤各1分.

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如图,A、B、C三个木块的质量均为m,置于光滑的水平桌面上,B、C之间有一轻质弹簧,弹簧的两端与木块接触而不固连.将弹簧压紧到不能再压缩时用细线把B和C紧连,使弹簧不能伸展,以至于B、C可视为一个整体.现A以初速度v0沿B、C的连线方向朝B运动,与B相碰并粘合在一起.以后细线突然断开,弹簧伸展,从而使C与A、B分离.已知离开弹簧后的速度恰好为v0.求弹簧释放的势能.

正确答案

(1)设碰后A、B和C的共同速度的大小为v,由动量守恒定律得:mv0=3mv,

设C离开弹簧时,A、B的速度大小为v1,由动量守恒得3mv=2mv1+mv0,解得:v1=0;

(2)设弹簧的弹性势能为EP,从细线断开到C与弹簧分开的过程中机械能守恒,有

(3m)v2+EP=(2m)v12+mv02,解得:EP=mv02

答:弹簧释放的势能为mv02

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如图所示,质量为m的小球悬挂在长为L的细线下端,将它拉至与竖直方向成θ=60°的位置后自由释放.当小球摆至最低点时,恰好与水平面上原来静止的、质量为2m的木块相碰,碰后小球速度反向且动能是碰前动能的.已知木块与地面的动摩擦因素μ=,重力加速度取g.求:

(1)小球与木块碰前瞬间所受拉力大小

(2)木块在水平地面上滑行的距离

正确答案

(1) (2)

试题分析:(1)设小球摆至最低点时的速度为v,依动能定理有:

设小球与木块碰撞前瞬间所受拉力为T,有: 代入数据,解得:

(2)设小球与木块碰撞后,小球的速度为v1,木块的速度为v2,设水平向右为正方向,依动量守恒定律有:   依题意知:

设木块在水平地面上滑行的距离为s,依动能定理有:

联立并代入数据,解得

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用长l=1.6m的轻绳悬挂一质量为M=1.0kg的木块.一颗质量m=10g的子弹以水平速度v0=500m/s沿水平方向射穿木块,射穿后的速度v=100m/s,如下图所示.求

(1)这一过程中系统(子弹与木块)损失的机械能Q.

(2)打穿后,木块能升的高度h.

正确答案

(1)子弹穿过木块过程中,子弹与木块系统水平方向不受外力,系统动量守恒,有

mv0=mv+Mv1

解得

v1=4m/s  ①

根据能量守恒定律,得到

Q=mv02-mv2-Mv12=1192J

(2)子弹穿过木块后,木块受重力和拉力,只有重力做功,机械能守恒,有

Mv12=MgH

解得:H=0.8m

即木块上摆的最大高度H为0.8m.

答:(1)这一过程中系统(子弹与木块)损失的机械能Q为1192J.

(2)打穿后,木块能升的高度h为0.8m.

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如图甲所示为某工厂将生产工件装车的流水线原理示意图。AB段是一光滑曲面,A距离水平段BC的高为H=1.25m,水平段BC使用水平传送带装置传送工件,已知BC长L=3m,传送带与工件(可视为质点)间的动摩擦因数为μ=0.4,皮带轮的半径为R=0.1m,其上部距车厢底面的高度h=0.45m。设质量m=1kg的工件由静止开始从A点下滑,经过B点的拐角处无机械能损失。通过调整皮带轮(不打滑)的转动角速度ω可使工件经C点抛出后落在固定车厢中的不同位置,取g=10m/s2

(1)当皮带轮静止时,工件运动到点C时的速度为多大?

(2)皮带轮以ω1=20rad/s逆时针方向匀速转动,在工件运动到C点的过程中因摩擦而产生的内能为多少?

(3)设工件在固定车厢底部的落点到C点的水平距离为s,试在图乙中定量画出s随皮带轮角速度ω变化关系的s-ω图象。(规定皮带轮顺时针方向转动时ω取正值,该问不需要写出计算过程)

正确答案

(1)1m/s (2)20J 

(3)

试题分析:(1)当皮带轮静止时,工件从A到C过程,由动能定理有:

mgH-μmgL=mv-0

代入数值解得:vC=1m/s

(2)对工件从A至B过程,由动能定理得:

mgH=mv-0

代入数值解得:vB=5m/s

当皮带轮以ω1=20rad/s逆时针方向匀速转动时,工件从B至C的过程中一直做匀减速运动,

μmg=ma

设速度减至vC历时为t,则vB-vC=at

工件对地位移s=L

皮带轮速度v1=Rω1=2m/s

传送带对地位移s=v1t

工件相对传送带的位移s=s+s

由功能关系可知:因摩擦而产生的内能Q=μmgs

解得Q=20J

(3)水平距离s随皮带轮角速度ω变化关系的s-ω图象如图所示

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