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题型:简答题
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简答题 · 16 分

如图所示,粗糙水平地面AB与半径R=0.4m的光滑半圆轨道BCD相连接,且在同一竖直平面内,O是BCD的圆心,BOD在同一竖直线上。质量m=2kg的小物体在9N的水平恒力F的作用下,从A点由静止开始做匀加速直线运动。已知AB=5m,小物块与水平地面间的动摩擦因数为。当小物块运动到B点时撤去力F。取重力加速度g=10m/s2

求:

(1)小物块到达B点时速度的大小;

(2)小物块运动到D点时,轨道对小物块作用力的大小;

(3)小物块离开D点落到水平地面上的点与B点之间的距离。

正确答案

见解析。

解析

(1)从A到B,根据动能定理有   (-μmg)x =       

得  = 5m/s                              

(2)从B到D,根据机械能守恒定律有      

得   = 3m/s                                 

在D点,根据牛顿运动定律有                   

得  F= -mg = 25N                                      

(3)由D点到落点小物块做平抛运动,在竖直方向有        

得                               

水平面上落点与B点之间的距离为  x = vDt = 3×0.4 = 1.2m

知识点

牛顿运动定律的综合应用生活中的圆周运动动能定理的应用
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题型:简答题
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简答题 · 18 分

如图所示,质量为m的小球A穿在绝缘杆上,细杆的倾角为α,小球A带正电,电荷量为q。在杆上B点处固定一个电荷量为Q的正电荷。将A由距B竖直高度为H处无初速释放,小球A下滑过程中电荷量不变,不计A与细杆间的摩擦,整个装置处于真空中,已知静电力常量k和重力加速度g,求:(1)A球刚释放时的加速度是多大?(2)当A球的动能最大时,A球与B点的距离?(3)若小球到达C点速度最大为v,求A、C两点的电势差UAC?(4)若小球到达D点的速度为0时,A、D两点间的电势差U0,则小球沿杆滑行的位移大小?

正确答案

见解析。

解析

(1)A球刚释放时,受到重力、沿细杆向上的库仑力和细杆的支持力,根据牛顿第二定律得: 

得:       (5分)

(2)到达平衡位置时,速度最大,根据平衡条件,有:

得:                   (4分)

(3)从A到C过程,只有重力和电场力做功,根据动能定理,有:

mgsinα•+q•UAC=

将x代入,解得:   (5分)

(4)从A到D过程,只有重力和电场力做功,设小球沿杆滑行的位移大小为x1

根据动能定理,有:

mgsinα•x1-q•U0=0

          (4分)

知识点

牛顿第二定律动能定理的应用
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题型:简答题
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简答题 · 16 分

一质量M=0.8kg的小物块,用长l=0.8m的细绳悬挂在天花板上,处于静止状态。一质量m=0.2kg的粘性小球以速度v0=10m/s水平射向物块,并与物块粘在一起,小球与物块相互作用时间极短可以忽略。不计空气阻力,重力加速度g取10m/s2

求:

(1)小球粘在物块上的瞬间,小球和物块共同速度的大小;

(2)小球和物块摆动过程中,细绳拉力的最大值;

(3)小球和物块摆动过程中所能达到的最大高度。

正确答案

见解析。

解析

(1)因为小球与物块相互作用时间极短,所以小球和物块组成的系统动量守恒。

(2)小球和物块将以v开始运动时,轻绳受到的拉力最大,设最大拉力为F,

F=15N

(3)小球和物块将以v为初速度向右摆动,摆动过程中只有重力做功,所以机械能守恒;设它们所能达到的最大高度为h,根据机械能守恒定律:

h=0.2m

知识点

向心力动量守恒定律动能定理的应用
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题型:简答题
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简答题 · 12 分

下图是一个遥控电动小车在水平直轨道上运动的图像,图中2s~10s时间段的图像为曲线,其余时间段均为直线,已知小车运动过程中所受阻力不变,在2s~14s时间段内小车的输出功率保持不变,在14s末停止供电而让小车自由滑行,小车的质量为1.0kg,求:

(1)小车所受到的阻力;

(2)小车匀速行驶阶段牵引力的功率;

(3)小车在加速运动过程中(指图像中0~10秒内)位移的大小。

正确答案

见解析       

解析

(1)14~18s 内      (负号表示方向与速度方向相反) ①      

            

(2)匀速运动时,牵引力等于摩擦力   ②  

                    

(3)0~3s 内匀加速运动         ③  

3s~10s   小车的功率     ④      

由动能定理可知            ⑤       

S2=39(m)                         

            

知识点

功率动能定理的应用
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题型:简答题
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简答题 · 17 分

10.如图所示,粗糙、绝缘的直轨道OB固定在水平桌面上,B端与桌面边缘对齐,A是轨道上一点,过A点并垂直于轨道的竖直面右侧有大小E=1.5×106N/C,方向水平向右的匀强电场。带负电的小物体P电荷量是2.0×10-6C,质量m=0.25kg,与轨道间动摩擦因数μ=0.4,P从O点由静止开始向右运动,经过0.55s到达A点,到达B点时速度是5m/s,到达空间D点时速度与竖直方向的夹角为α,且tanα=1.2。P在整个运动过程中始终受到水平向右的某外力F作用,F大小与P的速率v的关系如表所示。P视为质点,电荷量保持不变,忽略空气阻力,取g=10 m/s2,求:

(1)小物体P从开始运动至速率为2m/s所用的时间;

(2)小物体P从A运动至D的过程,电场力做的功。

正确答案

(1)小物体P在速率从0至2m/s时,所受外力F1=2N,设其做匀变速直线运动的加速度为a1,经过时间△t1速度为v1,则

F1-μmg= ma1         

v1=a1△t1         ②                                  

由①②式并代入数据得                 △t1= 0.5s      ③                              

说明:①②③式各2分。

(2)小物体P从速率为2m/s运动至A点,受外力F2=6N,设其做匀变速直线运动的加速度为a2

F2-μmg= ma     ④

设小物体P从速度v1经过△t2时间,在A点的速度为 v2,则

△t2=0.55s-△t1            

v2= v1+ a2△t2               

P从A点至B点,受外力F2=6N、电场力和滑动摩擦力的作用,使其做匀变速直线运动加速度为a3,电荷量为q,在B点的速度为v3,从A点至B点的位移为x1,

F2-μmg-qE=ma3                    

=2a3x1                      

P 以速度v3滑出轨道右端B点,设水平方向受外力为 F3,电场力大小为FE,有

FE=F3                               

F3与FE 大小相等方向相反,P水平方向所受合力为零,所以,P从点B点开始做初速度为v3的平抛运动。设P从B点运动至D点用时为△t3,水平位移为x2,由题意知

=tanα                  ⑩

x2= v3△t3                           ⑪

设小物体P从A点至D点电场力做功为W,则

W= -qE(x1+x2)           ⑫

联立④⑧⑩~⑫式并代入数据得

W=-9.25J                   ⑬

解析

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知识点

动能定理的应用带电粒子在匀强电场中的运动
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题型: 多选题
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多选题 · 4 分

如图所示,一根细绳的上端系在O点,下端系一个重球B,放在粗糙的斜面体A上,现用水平推力F向右推斜面体使之在光滑水平面上向右匀速运动一段距离(细绳尚未到达平行于斜面的位置),在此过程中

A小球B做匀速圆周运动

B摩擦力对重球B做正功

C水平推力F和重球B对A做功的大小相等

DA对重球B所做的功与重球B对A所做的功大小相等

正确答案

B,C

解析

知识点

动能定理的应用
1
题型:简答题
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简答题 · 14 分

如图,在电场强度为E、方向水平向右的匀强电场中,有两个质量均为m的小球A、B(可被视为质点),被固定在一根绝缘轻杆的两端,轻杆可绕与电场方向垂直的固定转动轴O无摩擦转动,小球A、B与轴O间的距离分别为,其中小球B上带有电量为的正电荷,小球A不带电,将轻杆转动到水平方向后,无初速释放,若已知,求:

(1)轻杆转动到何位置时,小球A、B的速度达到最大;并分别求出A、B两球的最大动能。

(2)A、B两球从静止到获得最大速度的过程中系统的机械能和电势能如何变?变化了多少?

正确答案

见解析

解析

(1)当小球A、B的速度达到最大时,整个系统处于力矩平衡状态。

设此时轻杆与竖直方向夹角为

解得tan=30°

当动能最大时,速度也最大,且vB=2vA ,EKB=4EKA 。

据动能定理,对A、B系统,杆从水平位置转到与竖直方向呈30°角位置时,A、B两球的动能达到最大值。

解得

(2)机械能减小,电势能增加,两者大小相等,

知识点

动能定理的应用电势能和电势
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题型:简答题
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简答题 · 20 分

如图10甲所示,表面绝缘、倾角的斜面固定在水平地面上,斜面的顶端固定有弹性挡板,挡板垂直于斜面,并与斜面底边平行。斜面所在空间有一宽度D=0.40m的匀强磁场区域,其边界与斜面底边平行,磁场方向垂直斜面向上,磁场上边界到挡板的距离s=0.55m。一个质量m=0.10kg、总电阻R=0.25的单匝矩形闭合金属框abcd,放在斜面的底端,其中ab边与斜面底边重合,ab边长L=0.50m。从t=0时刻开始,线框在垂直cd边沿斜面向上大小恒定的拉力作用下,从静止开始运动,当线框的ab边离开磁场区域时撤去拉力,线框继续向上运动,并与挡板发生碰撞,碰撞过程的时间可忽略不计,且没有机械能损失。线框向上运动过程中速度与时间的关系如图10乙所示。已知线框在整个运动过程中始终未脱离斜面,且保持ab边与斜面底边平行,线框与斜面之间的动摩擦因数=/3,重力加速度g取10 m/s2

(1)求线框受到的拉力F的大小;

(2)求匀强磁场的磁感应强度B的大小;

(3)已知线框向下运动通过磁场区域过程中的速度v随位移x的变化规律满足v=v0-(式中v0为线框向下运动ab边刚进入磁场时的速度大小,x为线框ab边进入磁场后对磁场上边界的位移大小),求线框在斜面上运动的整个过程中产生的焦耳热Q。

正确答案

见解析。

解析

(1)由v-t图象可知,在0~0.4s时间内线框做匀加速直线运动,进入磁场时的速度为v1=2.0m/s,所以在此过程中的加速度  a==5.0m/s2

由牛顿第二定律     

解得   F=1.5 N

(2)由v-t图象可知,线框进入磁场区域后以速度v1做匀速直线运动,

产生的感应电动势   E=BLv1

通过线框的电流   I== 

线框所受安培力   F=BIL= 

对于线框匀速运动的过程,由力的平衡条件,有 

解得  B=0.50T

(3)由v-t图象可知,线框进入磁场区域后做匀速直线运动,并以速度v1匀速穿出磁场,说明线框的宽度等于磁场的宽度   D=0.40m 

线框ab边离开磁场后做匀减速直线运动,到达档板时的位移为s-D=0.15m

设线框与挡板碰撞前的速度为v2

由动能定理,有    =

解得  v2==1.0 m/s

线框碰档板后速度大小仍为v2,线框下滑过程中,由于重力沿斜面方向的分力与滑动摩擦力大小相等,即mgsinθ=μmgcosθ=0.50N,因此线框与挡板碰撞后向下做匀速运动,ab边刚进入磁场时的速度为v2=1.0 m/s;进入磁场后因为又受到安培力作用而减速,做加速度逐渐变小的减速运动,设线框全部离开磁场区域时的速度为v3

由v=v0-得v3= v2 -=-1.0 m/s,

因v3<0,说明线框在离开磁场前速度已经减为零,这时安培力消失,线框受力平衡,所以线框将静止在磁场中某位置。

线框向上运动通过磁场区域产生的焦耳热Q1=I2Rt==0.40 J

线框向下运动进入磁场的过程中产生的焦耳热Q2= =0.05 J

所以Q= Q1+ Q2=0.45 J

知识点

匀变速直线运动的图像动能定理的应用功能关系法拉第电磁感应定律
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题型: 单选题
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单选题 · 3 分

如图所示,把质量为m、带电量为的物块放在倾角 的固定光滑绝缘斜面的顶端,整个装置处在范围足够大的匀强电场中,已知电场强度大小为,电场方向水平向左,斜面高为H,则释放物块后,物块落地时的速度大小为:

A

B

C

D

正确答案

C

解析

知识点

动能定理的应用
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题型: 单选题
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单选题 · 2 分

如图所示,表面光滑的固定斜面顶端安装一个定滑轮,小物块A、B用轻绳连接并跨过滑轮(不计滑轮的质量和摩擦)。开始时A、B处于同一高度并恰好处于静止状态,现剪断轻绳后A自由下落,B沿斜面下滑,则在剪断轻绳到物块着地的过程中,两物块 

A速度变化相同

B动能变化相同

C重力势能变化相同[

D重力做功的平均功率相同

正确答案

D

解析

知识点

动能定理的应用重力势能
下一知识点 : 机械振动
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