9、质量均为m的两个小物体A和B,静止放在足够长的水平面上,相距
L =12.5m。它们跟水平面间的动摩擦因数均为
,其中A带电荷量为 q 的正电荷,与水平面的接触是绝缘的,B不带电。现在水平面附近空间加一水平向右的匀强电场,场强
,A便开始向右运动,并与B发生多次对心碰撞,碰撞过程时间极短,每次碰撞后两物体交换速度,A带电量不变,B始终不带电。g 取10m/s2。试求
(1)A与B第1次碰撞后B的速度大小;
(2)A与B从第5次碰撞到第6次碰撞过程中B运动的时间;
(3)B运动的总路程。
本题是力电综合应用计算题,要会识别物理模型,巧用物理规律和数学知识解题
解析:(1)对A,根据牛顿第二定律
,解得加速度
1m/s
根据公式
解得A与B碰前速度
m/s
碰撞交换速度,第1次碰后,A的速度为0,B的速度
m/s。
(2)对B,根据牛顿第二定律
,解得加速度大小
m/s2
每次碰后B作匀减速运动,因其加速度大于A的加速度,所以B先停,之后A追上再碰,每次碰后A的速度均为0,然后加速再与B发生下次碰撞。
第1次碰撞:碰后B运动的时间
第2次碰撞:碰前A的速度为
,则
![]()
为第1次碰后B的位移,则 ![]()
由以上两式得 ![]()
碰后B的速度
碰后B运动的时间
以此类推,第5次碰撞后B运动的时间
(3)解法1:经过无数次碰撞,最终A、B停在一起;每次碰撞交换速度,说明碰撞过程无机械能损失,设B运动的总路程为x,根据能量守恒
解得
解法2:根据第(2)问的分析,经过n次碰撞后B的速度
从第1次碰撞到第n次碰撞后B通过的总路程
所以
当
时,即得B通过的总路程
7、
如图所示,一位质量m=50kg参加“挑战极限运动”的业余女选手,要越过一宽度为s=3m的水沟,跃上高为h=1.8m的平台,采用的方法是:人手握一根长L=4.3m的轻质弹性杆一端。从A点由静止开始匀加速助跑,至B点时,杆另一端抵在O点的阻挡物上,接着杆发生形变。同时人蹬地后被弹起,到达最高点时杆处于竖直,人的重心恰位于杆的顶端,此刻人放开杆水平飞出,最终趴落到平台上,运动过程中空气阻力可忽略不计。(g取10m/s2)
(1)设人到达B点时速度vB=8m/s,人匀加速运动的加速度a=2m/s2,求助跑距离SAB。
(2)设人跑动过程中重心离地高度H=1.0m,在(1)问的条件下,在B点人蹬地弹起瞬间,人至少再做多少功?
本题是物理知识在体育运动中应用综合计算题
解析:(1)由
(2)人飞出作平抛运动,在最高点最小速度为
时恰好落在平台上。
水平:
竖直:
人蹬地瞬间做功为W
![]()
6、
如图所示,匀强电场区域和匀强磁场区域是紧邻的且宽度相等均为d,电场方向在纸平面内,而磁场方向垂直纸面向里,一带正电粒子从O点以速度V0沿垂直电场方向进入电场,在电场力的作用下发生偏转,从A点离开电场进入磁场,离开电场时带电粒子在电场方向的位移为电场宽度的一半,当粒子从C点穿出磁场时速度方向与进入电场O点时的速度方向一致,(带电粒子重力不计)求:
(1)粒子从C点穿出磁场时的速度v;
(2)电场强度E和磁感应强度B的比值E/B;
(3)粒子在电、磁场中运动的总时间。
本题是电磁偏转综合应用题型
解析:(1)粒子在电场中偏转:在垂直电场方向
,平行电场分量![]()
![]()
得![]()
粒子在磁场中做匀速圆周运动,故穿出磁场速度![]()
(2)在电场中运动时 ![]()
得 ![]()
运动方向改变45°,运动半径R、
(1分) 又![]()
![]()
得![]()
(3)粒子在磁场中运动时间
,
![]()
运动总时间t总=t+t’=![]()
启示:本题是运动的合成与分解、带电粒子在电场、磁场中运动的一道综合题,解决本题主要是画出带电粒子的运动轨迹,求出电场强度,再根据牛顿定律求出其在磁场中的轨道半径。
5、如图所示,在以O为圆心,半径为R=10
cm的圆形区域内,有一个水平方向的匀强磁场,磁感应强度大小为B2=0.1T,方向垂直纸面向外。M、N为竖 直平行放置的相距很近的两金属板, S1、S2为M、N板上的两个小孔,且S1、S2跟O点在垂直极板的同一水平直线上。金属板M、N与一圆形金属线圈相连,线圈的匝数n=1000匝,面积S=0.2m2,线圈内存在着垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小随时间变化的规律为B1=B0+kt(T),其中B0、k为常数。另有一水平放置的足够长的荧光屏D,O点跟荧光屏D之间的距离为H=2R。比荷为
2×105 C/kg的正离子流由S1进入金属板
M、N之间后,通过S2向磁场中心射去,
通过磁场后落到荧光屏D上。离子的初
速度、重力、空气阻力及离子之间的作用力均可忽略不计。问:
(1)k值为多少可使正离子垂直打在荧
光屏上?
(2)若k=0.45T/s,求正离子到达荧光
屏的位置。
本题是电偏转和磁偏转综合应用计算题
解析:(1) 正离子被AK之间的电场加速以速度v1进入磁场后做1/4圆离开磁场垂直打在荧光屏上,则半径
cm ,由
(2分)![]()
由以上两式可得
=30V
根据法拉第电磁感应定律,得![]()
T/s
(2)
V
![]()
(1分)
, 解得:r2=30cm
正离子进入磁场后的径迹如图所示,由几何知识可得
,即![]()
所以,正离子到达荧光屏的位置B距中点O/的距离为
cm
4、
如图所示,半径R=0.8 m的四分之一光滑圆弧轨道竖直固定,轨道末端水平,其右方有横截面半径r=0.2 m的转筒,转筒顶端与轨道最低点B等高,下部有一小孔, 距 顶端h=0.8m,转筒的轴线与圆弧轨道在同一竖直平面内,开始时小孔也在这一平面内的图示位置。现使一质量m=0.1kg的小物块自最高点A由静止开始沿圆弧轨道滑下,到达轨道最低点B时转筒立刻以某一角速度匀速转动起来,且小物块最终正好进入小孔。不计空气阻力,g取l0m/s2,求:
(1)小物块到达B点时对轨道的压力大小;
(2)转筒轴线距B点的距离L;
(3)转筒转动的角速度ω
本题是力学综合计算含园轨道模型应用题
解析:(1)从A到B,只有重力做功,根据机械能守恒定律,得
在B点,根据牛顿第二定律有
代入数据解得FN=3N
根据牛顿第三定律可知小物块到达B点时对轨道的压力为F/N=3N
(2)滑块从B点开始做平抛运动,设滑块从B点到进入小孔的时间为t
,
L=r+vBt=(0.2+4
0.4)m=1.8m
(3)在小球平抛的时间内,圆桶必须恰好转整数转,小球才能钻入小孔
即
……)(2分)
(n=1,2,3……)
3、
如图所示的平行板器件中,存在相互垂直的匀强磁场和匀强电场,磁场的磁感应强度
,方向垂直纸面向里,电场强度
,
为板间中线。紧靠平行板右侧边缘
坐标系的第一象限内,有一边界
,教育博客与
轴的夹角
45°,边界线的上方有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度
,边界线的下方有竖直向上的匀强电场,电场强度
,教育博客一束带电量
、质量
kg的正离子从
点射入平行板间,沿中线
做直线运动,穿出平行板后从
轴上坐标为(0,0.4m)的
点垂直
轴射入磁场区,多次穿越边界限
.求:
(1)离子运动的速度为多大?教育博客
(2)离子通过
轴进入磁场到第二次穿越边界线
所需的时间?教育博客
(3)离子第四次穿越边界线的位置坐标。教育博客
本题是带电粒子在复合电磁场中综合应用问题
解析:
2、
如图所示,两根平行长直金属导轨倾斜放置,导轨平面与水平面的夹角为q,导轨的间距为L,两导轨上端之间接有阻值为R的电阻。质量为m的导体棒ab垂直跨接在导轨上,接触良好,导体棒与导轨间的动摩擦因数为μ,导轨和导体棒的电阻均不计,且。在导轨平面上的矩形区(如图中虚线框所示)域内存在着匀强磁场,磁场方向垂直导轨平面向上,磁感应强度的大小为B。当磁场以某一速度沿导轨平面匀速向上运动时,导体棒以速度v0随之匀速向上运动。设导体棒在运动过程中始终处于磁场区域内。求:
(1)通过导体棒ab的电流大小和方向;
(2)磁场运动的速度大小;
(3)维持导体棒匀速向上运动,外界在时间t内需提供的能量是多少?
本题是电磁感应部分双轨模型收尾速度计算应用问题
解析:(1)导体棒ab做匀速运动,受力平衡,设通过导体棒的电流为I,则
BIL=μmgcosq+mgsinq 解得 I=
由左手定则判定,电流的方向由b到a
(2)当导体棒以恒定速度v0匀速运动时,设磁场运动的速度为v
则E=BL(v-v0)
通过导体棒的电流I=
导体棒受到的安培力F=BIL
解得 v=
(3)外界提供的能量一部分转化为电阻R中的焦耳热,一部分克服摩擦力和重力做功。
在时间t内产生的焦耳热Q =I2Rt=
在时间t内导体棒上滑的距离
克服摩擦力和重力做功W克=
在时间t内外界提供的能量 E=Q+W克
解得E =
1、如图所示为我国“嫦娥一号卫星”从发射到进入月球工作轨道的过程示意图。在发射过程中,经过一系列的加速和变轨,卫星沿绕地球“48小时轨道”在抵达近地点P时,主发动机启动,“嫦娥一号卫星”的速度在很短时间内由v1提高到v2,进入“地月转移轨道”,开始了从地球向月球的飞越。“嫦娥一号卫星”在“地月转移轨道”上经过114小时飞行到达近月点Q时,需要及时制动,使其成为月球卫星。之后,又在绕月球轨道上的近月点Q经过两次制动,最终进入绕月球的圆形工作轨道I。已知“嫦娥一号卫星”质量为m0,在绕月球的圆形工作轨道I上运动的周期为T,月球的半径r月,月球的质量为m月,万有引力恒量为G。
(1)求卫星从“48小时轨道”的近地点P进入“地月转移轨道”过程中主发动机对“嫦娥一号卫星”做的功(不计地球引力做功和卫星质量变化);
(2)求“嫦娥一号卫星”在绕月球圆形工作轨道І运动时距月球表面的高度;
(3)理论证明,质量为m的物体由距月球无限远处无初速释放,它在月球引力的作用下运动至距月球中心为r处的过程中,月球引力对物体所做的功可表示为W=Gm月m/r。为使“嫦娥一号卫星”在近月点Q进行第一次制动后能成为月球的卫星,且与月球表面的距离不小于圆形工作轨道І的高度,最终进入圆形工作轨道,其第一次制动后的速度大小应满足什么条件?
本题是万有引力定律在人造卫星上的综合应用题型
解析:(1)根据动能定理,主发动机在嫦娥一号卫星进入地月转移轨道过程中对卫星做的功
…………………………………………………………
(2)设“嫦娥一号卫星”在圆轨道І上运动时距月球表面的高度为h,根据万有引力定律和向心力公式有
…………
解得:
………………………………………
(3)设“嫦娥一号卫星”在近月点进行第一次制动后,在圆轨道І上运动的速度为u1,则
………………………………………………
解得:
………………………………………………
设“嫦娥一号卫星”在通过近月点脱离月球引力束缚飞离月球的速度为u2,根据机械能守恒定律
=0………………………………………………
解得:u2=
……………………………………………
所以,“嫦娥一号卫星”在近月点进行第一次制动后的速度u应满足的条件是:
![]()
![]()
…………………………………
20、如图所示,一小物块在粗糙斜面上的O点从静止开始下滑,在小物块经过的路径上有A.B两点,且
,则小物块从A运动到B的过程中,下列说法正确的是:( )
A.O.A两点距离越大,摩擦力对物体的冲量越大
B.O.A两点距离越大,摩擦力对物体的冲量越小
C.O.A两点距离越大,物体的动能改变量越大
D.O.A两点距离越大,物体的动能改变量越小
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