- 机械能
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33.如图(a),磁铁A、B的同名磁极相对放置,置于水平气垫导轨上.A固定于导轨左端,B的质量m=0.5kg,可在导轨上无摩擦滑动.将B在A附近某一位置由静止释放,由于能量守恒,可通过测量B在不同位置处的速度,得到B的势能随位置x的变化规律,见图(c)中曲线I。若将导轨右端抬高,使其与水平面成一定角度(如图(b)所示),则B的总势能曲线如图(c)中II所示,将B在x=20.0cm处由静止释放,求:(解答时必须写出必要的推断说明。取g=9.8 m/s2)
(1)B在运动过程中动能最大的位置;
(2)运动过程中B的最大速度和最大位移;
(3)图(c)中直线III为曲线II的渐近线,求导轨的倾角;
(4)若A、B异名磁极相对放置,导轨的倾角不变,在图(c)上画出B的总势能随x的变化曲线。
正确答案
见解析。
解析
(1)势能最小处动能最大
由图线II得
(在5.9 ~ 6.3cm间均视为正确)
(2)由图读得释放处势能,此即B的总能量。出于运动中总能量守恒,因此在势能最小处动能最大,由图像得最小势能为0.47J,则最大动能为
(在0.42 ~ 0.44J间均视为正确)
最大速度为
(在1.29~1.33 m/s间均视为正确)
x=20.0 cm处的总能量为0.90J,最大位移由E=0.90J的水平直线与曲线II的左侧交点确定,由图中读出交点位置为x=2.0cm,因此,最大位移
(在17.9~18.1cm间均视为正确)
(3)渐近线III表示B的重力势能随位置变化关系,即
∴
由图读出直线斜率
(在
间均视为正确)
(4)若异名磁极相对放置,A,B间相互作用势能为负值,总势能如图。
知识点
如图所示,在光滑的水平地面上有一个表面光滑的立方体Q。一长为L的轻杆下端用光滑铰链连接于O点,O点固定于地面上,轻杆的上端连接着一个可视为质点的小球P,P 和Q的质量相等,小球靠在立方体左侧,杆竖直,整个装置处于静止状态。受到轻微扰动后P倒向右侧并推动Q。下列说法中正确的是
正确答案
解析
略
知识点
如图所示,可视为质点的物块、
、
放在倾角为
、足够长的光滑、绝缘斜面上,斜面固定。
与
紧靠在一起,
紧靠在固定挡板上。物块的质量分别为
、
。其中
不带电,
、
的带电量分别为
、
,且保持不变。开始时三个物块均能保持静止。现给
施加一平行于斜面向上的力
,使
、
一起在斜面上做加速度为
的匀加速直线运动。经过一段时间物体
、
分离。(如果选定两点电荷在相距无穷远处的电势能为
,则相距为
时,两点电荷具有的电势能可表示为
。已知
,
,
,静电力常量
)求:
(1)未施加力时物块
、
间的距离;
(2)、
分离前
上滑的距离;
(3)、
分离前力
所做的功。
正确答案
见解析。
解析
(1)三物块均静止时,以、
为整体研究:
由力的平衡得:
解得:
(2)当、
物块分离时,
、
之间弹力为零。以
物块为研究对象,
由牛顿第二定律得:
解得
物体上滑距离
(3)以、
整体为研究对象,当
、
分离时的速度为v
解得:
从开始运动到分离,由动能定理得:
电场力做功为
重力做功为
解得:
知识点
磁悬浮列车是一种高速运载工具,它由两个系统组成。一是悬浮系统,利用磁力使车体在轨道上悬浮起来从而减小阻力。另一是驱动系统,即利用磁场与固定在车体下部的感应金属线圈相互作用,使车体获得牵引力,磁悬浮列车电磁驱动装置的原理示意图如下图所示。即在水平面上有两根很长的平行轨道PQ和MN,轨道间有垂直轨道平面的匀强磁场B1和B2,且B1和B2的方向相反,大小相等,即B1=B2=B。列车底部固定着绕有N匝闭合的矩形金属线圈abcd(列车的车厢在图中未画出),车厢与线圈绝缘。两轨道间距及线圈垂直轨道的ab边长均为L,两磁场的宽度均与线圈的ad边长相同。当两磁场Bl和B2同时沿轨道方向向右运动时,线圈会受到向右的磁场力,带动列车沿导轨运动。已知列车车厢及线圈的总质量为M,整个线圈的总电阻为R。
(1)假设用两磁场同时水平向右以速度v0作匀速运动来起动列车,为使列车能随磁场运动,列车所受的阻力大小应满足的条件;
(2)设列车所受阻力大小恒为f,假如使列车水平向右以速度v做匀速运动,求为维持列车运动,在单位时间内外界需提供的总能量;
(3)设列车所受阻力大小恒为f,假如用两磁场由静止开始向右做匀加速运动来起动列车,当两磁场运动的时间为t1时,列车正在向右做匀加速直线运动,此时列车的速度为v1,求两磁场开始运动到列车开始运动所需要的时间t0。
正确答案
(1)
(2)
(3)
解析
(1)列车静止时,电流最大,列车受到的电磁驱动力最大设为Fm,此时,线框中产生的感应电动势 E1=2NBLv0
线框中的电流 I1=
整个线框受到的安培力 Fm=2NBI1L
列车所受阻力大小为
(2)当列车以速度v匀速运动时,两磁场水平向右运动的速度为v′,金属框中感应电动势
金属框中感应电流
又因为
求得
当列车匀速运动时,金属框中的热功率为 P1 = I2R
克服阻力的功率为 P2 = fv
所以可求得外界在单位时间内需提供的总能量为
E= I2R +fv=
(3)根据题意分析可得,为实现列车最终沿水平方向做匀加速直线运动,其加速度必须与两磁场由静止开始做匀加速直线运动的加速度相同,设加速度为a,则t1时刻金属线圈中的电动势
金属框中感应电流
又因为安培力
所以对列车,由牛顿第二定律得
解得
设从磁场运动到列车起动需要时间为t0,则t0时刻金属线圈中的电动势
金属框中感应电流
又因为安培力
所以对列车,由牛顿第二定律得
解得
知识点
26.如图所示,光滑水平面MN上放两相同小物块A、B,左端挡板处有一弹射装置P,右端N处与水平传送带理想连接. 传送带水平部分长度L=8m,沿逆时针方向以恒定速度υ=6m/s匀速转动. 物块A、B(大小不计)与传送带间的动摩擦因数. 物块A、B质量mA=mB=1kg。开始时A、B静止,A、B间压缩一轻质弹簧,贮有弹性势能Ep=16J。现解除锁定,弹开A、B .求:
(1)物块B沿传送带向右滑动的最远距离。
(2)物块B滑回水平面MN的速度υB′。
(3)若物体B返回水平面MN后与被弹射装置P弹回的A在水平面上相碰,且A、B碰后互换速度,则弹射装置P必须给A做多少功才能让AB碰后B能从Q端滑出。
正确答案
(1)解除锁定弹开AB过程中,系统机械能守恒:
①
以为正方向,由动量守恒有:
②
由①②得:
B滑上传送带匀减速运动,当速度减为零时,滑动的距离最远。由动能定理得:
③
所以。
(2)物块B沿传送带向左返回时,做匀加速运动,
由动能定理得:
则
(3)设弹射装置给A做功为,
由动能定理得: ⑤
AB碰后速度互换,B的速度 ⑥
B要滑出平台Q端,由动能定理有: ⑦
又
所以,由⑤⑥⑦得 ⑧
解得
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
19.如图所示,光滑斜面倾角为,c为斜面上固定挡板,物块a和b通过轻质弹簧连接,a、b处于静止状态,弹簧压缩量为x.现对a施加沿斜面向下的外力使弹簧再压缩2x而停止,突然撤去外力,经过一段时间,b物块刚要离开挡板。已知两物块的质量均为m,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
20.如图,质量为m的小车静止在光滑的水平地面上,车上有半圆形光滑轨道,现将质量也为m 的小球在轨道左侧边缘由静止释放,则( )
正确答案
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
18.如图所示,匀强电场E方向水平向左,带有正电荷的物体沿绝缘水平面向右运动,经过A点时动能是200J,经过B点时,动能是A点的 ,减少的动能有
转化成电势能,那么,当它再次经过B点时动能为( )
正确答案
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
20.一半径为R的均匀带正电圆环水平放置,环心为O点,质量为m的带正电的小球从O点正上方h高的A点静止释放,并穿过带电环,关于小球从A运动到与O对称的点A′的过程中,其加速度(a)、重力势能(EpG)、机械能(E)、电势能(Ep电)随位置变化的图象如图所示 (取0点为坐标原点且重力势能为零,向下为加速度的正方向,并取无限远处电势为零) 。其中可能正确的是( )
正确答案
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
24.如图所示的装置,其中AB部分为一水平传送带,并以v = 6m/s速度顺时针匀速转动BCD部分为一半径R=0.5m,竖直放置的光滑半圆形轨道,直径BD恰好竖直,并与传送带相切于B点。现将一质量为0.4kg的可视为质点的小滑块无初速地放在传送带的左端A点上,已知滑块与传送带间的动摩擦因数μ=0.5。(g=10m/s2)。
(1)要使小滑块通过轨道上的D点,求传送带AB的长度L至少多长。
(2)若传送带的长度L = 4m,仍使小物块轻放在传送带左端A点,求传送过程中小滑块与传送带间的摩擦产生的热量和电动机因传送小物块多消耗的电能。
正确答案
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
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