- 能量转化与守恒定律
- 共241题
(选修3-5选做题)
一质量为M的长木板静止在光滑水平桌面上。一质量为m的小滑块以水平速度v0从长木板的一端开始在木板上滑动,直到离开木板。滑块刚离开木板时的速度为v0/3。若把该木板固定在水平桌面上,其它条件相同,求滑块离开木板时的速度v。
正确答案
解:mv0=m+Mu,u=
=
联立解得v=
质量为M=2 kg的木板若固定在光滑的水平地面上,质量为m=0.04 kg的子弹以速度v1=500 m/s射入,射出时子弹速度v2=300 m/s,如图所示,今将钉子拔掉,子弹穿出木块后的速度多大?(设前后两次子弹和木块的作用力相同)
正确答案
解:固定木块时,系统摩擦力所做的功Wf
Wf=mv12-
mv22 ①
因为将固定木块的钉子拔出后,子弹仍能射出木块
以m和M组成系统为研究对象,系统在水平方向动量守恒,根据动量守恒列方程:
mv1=MV+mv②
mv12=Wf+
Mv2+
mv2 ③
由解得①②③得v=298.5m/s
用密度为d、电阻率为、横截面积为A的薄金属条制成边长为L的闭合正方框abb′a′。如图所示,金属方框水平放在磁极的狭缝间,方框平面与磁场方向平行。设匀强磁场仅存在于相对磁极之间,其他地方的磁场忽略不计。可认为方框的aa′和bb′边都处于磁极间,极间磁感应强度大小为B。方框从静止开始释放,其平面在下落过程中保持水平(不计空气阻力)。
(1)求方框下落的最大速度vm(设磁场区域在竖直方向足够长);
(2)若已知方框下落的时间为t时,下落的高底为h,其速度为vt(vt<vm),则在同一时间t内,通过方框电流有效值为多少?
正确答案
解:(1)线框被释放后先做速度增大、加速度逐渐减小的直线运动,当加速度等于零时线框的速度达到最大,此后线框匀速下落
根据平衡条件: ①
又质量 ②
线框受到的安培力合力 ③
电流 ④
等效电动势 ⑤
线框电阻 ⑥
得最大速度
(2)依据能量守恒定律得 ⑦
⑧
由②⑥及⑦⑧解得
一根电阻=0.6Ω的导线弯成一个圆形线圈,圆半径=1m,圆形线圈质量=1kg,此线圈放在绝缘光滑的水平面上,在轴右侧有垂直线圈平面的磁感应强度=0.5T的匀强磁场,如图所示.若线圈以初动能0=5J沿轴方向滑进磁场,当进入磁场0.5m时,线圈中产生的电能为=3J.求:
(1) 此时线圈的运动速度的大小;
(2) 此时线圈与磁场左边缘两交接点间的电压;
(3) 此时线圈加速度的大小.
正确答案
解:(1)设线圈的速度为v,由能量守恒定律得E0=E+mv2解得:v=2 m/s
(2)线圈切割磁感线的有效长度L=2=
m
电动势E=BLv=V
电流I=A
两交接点间的电压U=IR1=V
(3)F=ma=BIL,所以a=2.5 m/s2
如图所示,电阻不计的光滑平行金属导轨MN和OP水平放置,MO间接有阻值为R的电阻,两导轨相距为L,其间有竖直向下的匀强磁场。质量为m,长度为L,电阻为R0的导体棒CD垂直于导轨放置,并接触良好。用平行于MN向右的水平力拉动CD从静止开始运动,拉力的功率恒为P,经过时间t导体棒CD达到最大速度v0。
(1)求出磁场磁感应强度B的大小;
(2)求出该过程中电阻R上所产生的热量。
正确答案
解:(1)导体棒CD达到最大速度时拉力与安培力合力为零p/v0-BIL=0 ①
且E=BLv0 ②
I=E/(R+R0) ③
由①②③得B=
(2)设产生总热量为Q,由能量关系有Pt=Q+mv02
电阻R上所产生的热量QR=
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