- 机械能
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如图所示,两根相距L平行放置的光滑导电轨道,与水平面的夹角为θ,轨道间有电阻R,处于磁感应强度为B、方向垂直轨道向上的匀强磁场中,一根质量为m、电阻为r的金属杆ab,由静止开始沿导电轨道下滑,设下滑过程中杆ab始终与轨道保持垂直,且接触良好,导电轨道有足够的长度且电阻不计,求:
(1)金属杆的最大速度是多少;
(2)当金属杆的速度刚达到最大时,金属杆下滑的距离为S,求金属杆在此过程中克服安培力做的功;
(3)若开始时就给杆ab沿轨道向下的拉力F使其由静止开始向下做加速度为a的匀加速运动(a>gsinθ),求拉力F与时间t的关系式?
正确答案
见解析。
解析
(1)受力如图所示,当mgsinθ=F安(2分)时速度最大,设为vm
此时电动势:(2分),安培力:
(2分)
由闭合电路欧姆定律:(2分)
得:(1分)
(2)由功能关系,(2分)
得:(2分)
(3)经过时间t,杆的速度v=at(1分)
由牛顿第二定律:F+mgsinθ-BIL=ma(2分)
得:(2分)
知识点
图中K、L、M为静电场中的3个相距很近的等势面(K、M之间无电荷)。一带电粒子射入此静电场中后,依abcde轨迹运动。已知电势,且粒子在ab段做减速运动。下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
略
知识点
如图传送带A、B之间的距离为L =3.2 m,与水平面间夹角 θ = 37°,传送带沿顺时针方向转动,速度恒为v =2 m/s,在上端A点无初速放置一个质量为m=1kg、大小可视为质点的金属块,它与传送带的动摩擦因数为μ = 0.5,金属块滑离传送带后,经过弯道,沿半径R = 0.4 m的光滑圆轨道做圆周运动,刚好能通过最高点E,已知B、D两点的竖直高度差为h = 0.5m (取g=10m/s2) 。求:
(1)金属块经过D点时的速度;
(2)金属块在BCD弯道上克服摩擦力做的功。
正确答案
(1)
(2)
解析
(1)对金属块在E点,
在从D到E过程中,由动能定理得:
(2)金属块刚刚放上时,
设经位移s1达到达到共同速度,
继续加速过程中:
3m
在从B到D过程中,由动能定理:
知识点
如图所示,用一小段圆弧(其弧长可忽略不计)将水平面AB与倾角为θ=370的斜面平滑相连。一个质量为m=1.0kg的物块(可视为质点)静止在A点。现用水平恒力F=10N作用在物块上,使物块从静止开始做匀加速直线运动,经时间t=1.0s到达B点,此时撤去力F,物块以在B点的速度大小冲上斜面。已知物块与水平地面和斜面间的动摩擦因数均为μ=0.2,重力加速度g取10m/s2,sin370=0.6,cos370=0.8。
求:
(1)物块运动到B点时速度的大小v;
(2)物块在斜面上运动时加速度的大小a;
(3)物块沿斜面向上运动的最大距离s。
正确答案
见解析。
解析
(1)从A到B,根据动量定理:
(F-μmg)t = mv
解得 =8m/s
(2)物块在斜面上受力如下图所示
根据牛顿第二定律 mgsinθ + μN = ma
N = mgcosθ
解得 a = g(sinθ +μcosθ)=7.6m/s2
(3)根据 v 2 = 2as
解得 =4.2m
知识点
如图甲所示,质量M = 1 kg的薄木板静止在水平面上,质量m = 1 kg的铁块静止在木板的右端,可视为质点。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,已知木板与水平面间的动摩擦因数μ1 = 0.05,铁块与木板之间的动摩擦因数μ2 = 0.2,取g = 10 m/s2。现给铁块施加一个水平向左的力F。
(1)若力F恒为 4 N,经过时间1 s,铁块运动到木板的左端,求木板的长度;
(2)若力F从零开始逐渐增加,且铁块始终在木板上没有掉下来。试通过分析与计算,在图乙中作出铁块受到的摩擦力f随力F大小变化的图象。
正确答案
见解析。
解析
(1)对铁块,由牛顿第二定律:
对木板,由牛顿第二定律:
设木板的长度为L,经时间t铁块运动到木板的左端,则
又:
解得: L= 0.5m
(2)①当时,系统没有被拉动,静摩擦力与外力成正比,即:f = F
②当时,若M、m相对静止,铁块与木板有相同的加速度a,则:
解得:
此时: ,也即
所以: 当时,
③当时,M、m相对滑动,此时铁块受到的摩擦力为:
f—F图象如答图2所示。
知识点
空间有一匀强电场,电场方向与纸面平行,一带正电,电量为q,质量为m的小球(重力不计),在恒定拉力F的作用下沿虚线以速度由M匀速运动到N,如图所示,已知力F和
间夹角为
,MN间距离为L,则:
(1)匀强电场的电场强度大小为多少?并画出过M点的等势线。
(2)两点的电势差为多少?
(3)当带电小球到达N点时,撤去外力F,则小球回到过M点的等势面时的动能为多少?
正确答案
见解析
解析
(1)
(2)
(3)
知识点
如图所示,有一个直角墙,用相同材料做成的三块木板分别倾斜放置于墙上,木板1和木板2的底边位置相同,木板2和木板3的顶端位置相同,现给一大小可忽略不计的物块分别从三块木板顶端以相同初速沿木板滑下,则物块从顶端滑至底端过程中,下列说法正确的是
正确答案
解析
略
知识点
某校兴趣小组制作了一个游戏装置,其简化模型如图所示,在A点用一弹射装置可将静止的小滑块以水平速度弹射出去,沿水平直线轨道运动到B点后,进入半径R=0.1m的光滑竖直圆形轨道,运行一周后自B点向C点运动,C点右侧有一陷阱,C、D两点的竖直高度差h=0.2m,水平距离s=0.6m,水平轨道AB长为L1=0.5m,BC长为L2 =1.5m,小滑块与水平地面间的动摩擦因数μ=0.4,重力加速度g=10m/s2。
(1)若小滑块恰能通过圆形轨道的最高点,求小滑块在A点弹射出的速度大小;
(2)若游戏规则为小滑块沿着圆形轨道运行一周离开圆形轨道后只要不掉进陷阱即为胜出。求小滑块在A点弹射出的速度大小范围。
(3)若小滑块是与从光滑斜轨道E点静止释放的小球发生完全非弹性碰撞后,离开A点的(小球质量与小滑块的质量相等,且均可视为质点,斜轨道与水平地面平滑连接),求当满足(2)中游戏规则时,释放点E与过A水平面的竖直高度H的大小范围。
正确答案
见解析。
解析
小滑块恰能通过圆轨道最高点的速度为v,由牛顿第二定律:
……………………………………① (1分)
由B到最高点小滑块机械能守恒得: ……………………② (1分)
由A到B动能定理: …………………………③ (1分)
由以上三式解得A点的速度为: ……………………… (1分)
(2)若小滑块刚好停在C处,则A到C动能定理: …………④ (2分)
解得A点的速度为 ………………………………………………… (1分)
若小滑块停在BC段,应满足 …………………………………… (1分)
若小滑块能通过C点并恰好越过壕沟,利用平抛运动则有 :
竖直方向: ……………………………… ⑤(1分)
水平方向: ………………………………… ⑥ (1分)
从A到C由动能定理: ………………………⑦ (2分)
解得: ………………………………………………(1分)
所以初速度的范围为: 和
………………………… (1分)
(3)以小球和小滑块为系统,依据题意在A点完全非弹性碰撞前、后系统动量守恒:
……………………………………………………………………… ⑧(2分)
小球从E点到光滑斜面底端,由动能定理:………………………………⑨(1分)
结合(2)问的速度范围可以求出H范围是:1.8m≤H≤3.2m和H≥5m…………………… (1分)
知识点
滑草是一项前卫运动,和滑雪一样能给运动者带来动感和刺激。如图所示,人坐在滑草车上从斜坡的高处A点由静止开始自由滑下,滑到斜坡的底端B点后沿水平的滑道再滑行一段距离到C点停下来。若某人和滑草车的总质量m=60kg,滑草车与斜坡滑道、滑草车与水平滑道间的动摩擦因数相等,μ=0.1,斜坡的倾角θ=10º。整个运动过程中,除滑草车与滑道之间的摩擦之外,不计其它方面的能量损失,重力加速度g取10m/s2。(sin10º≈0.17,cos10º≈0.98)
求:
(1)人与滑草车从斜坡下滑过程中的加速度大小是多少?
(2)若斜坡滑下的距离AB长为L=40m,则人与滑草车在水平滑道滑行的最大距离为多少?
正确答案
见解析。
解析
(1)设人斜坡上下滑过程中的加速度为,由牛顿第二定律有
又
联立①②③式得
代入数据得 m/s2
(2)由动能定理得
∴m
知识点
如图所示,真空中存在一个水平向左的匀强电场,场强大小为E。一根不可伸长的绝缘细线长度为l,一端拴—个质量为m、电荷量为q的带负电小球,另一端固定在O点。搬小球拉到使细线水平的位置A,由静止释放,小球沿圆弧运动到位置B时,速度为零。图中角。以下说法正确的是
正确答案
解析
略
知识点
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