题目列表(包括答案和解析)
4、如图4-1所示,传送带与地面倾角θ=37°,AB长为16米,传送带以10米/秒的速度匀速运动。在传送带上端A无初速地释放一个质量为0.5千克的物体,它与传送带之间的动摩擦系数为μ=0.5,求:(1)物体从A运动到B所需时间,(2)物体从A 运动到B 的过程中,摩擦力对物体所做的功(g=10米/秒2)
分析与解:(1)当物体下滑速度小于传送带时,物体的加速度为α1,(此时滑动摩擦力沿斜面向下)则:
t1=v/α1=10/10=1米
当物体下滑速度大于传送带V=10米/秒 时,物体的加速度为a2,(此时f沿斜面向上)则:
即:10t2+t22=11 解得:t2=1秒(t2=-11秒舍去)
所以,t=t1+t2=1+1=2秒
(2)W1=fs1=μmgcosθS1=0.5X0.5X10X0.8X5=10焦
W2=-fs2=-μmgcosθS2=-0.5X0.5X10X0.8X11=-22焦
所以,W=W1+W2=10-22=-12焦。
想一想:如图4-1所示,传送带不动时,物体由皮带顶端A从静止开始下滑到皮带底端B用的时间为t,则:(请选择)
A. 当皮带向上运动时,物块由A滑到B的时间一定大于t。
B. 当皮带向上运动时,物块由A滑到B的时间一定等于t。
C. 当皮带向下运动时,物块由A滑到B的时间可能等于t。
D. 当皮带向下运动时,物块由A滑到B的时间可能小于t。
答案:(B、C、D)
3、如图3-1所示的传送皮带,其水平部分 ab=2米,bc=4米,bc与水平面的夹角α=37°,一小物体A与传送皮带的滑动摩擦系数μ=0.25,皮带沿图示方向运动,速率为2米/秒。若把物体A轻轻放到a点处,它将被皮带送到c点,且物体A一直没有脱离皮带。求物体A从a点被传送到c点所用的时间。
分析与解:物体A轻放到a点处,它对传送带的相对运动向后,传送带对A的滑动摩擦力向前,则 A 作初速为零的匀加速运动直到与传送带速度相同。设此段时间为t1,则:
a1=μg=0.25x10=2.5米/秒2 t=v/a1=2/2.5=0.8秒
设A匀加速运动时间内位移为S1,则:
设物体A在水平传送带上作匀速运动时间为t2,则
设物体A在bc段运动时间为t3,加速度为a2,则:
a2=g*Sin37°-μgCos37°=10x0.6-0.25x10x0.8=4米/秒2
解得:t3=1秒 (t3=-2秒舍去)
所以物体A从a点被传送到c点所用的时间t=t1+t2+t3=0.8+0.6+1=2.4秒。
2、如图2-1所示,轻质长绳水平地跨在相距为2L的两个小定滑轮A、B上,质量为m的物块悬挂在绳上O点,O与A、B两滑轮的距离相等。在轻绳两端C、D分别施加竖直向下的恒力F=mg。先托住物块,使绳处于水平拉直状态,由静止释放物块,在物块下落过程中,保持C、D两端的拉力F不变。
(1)当物块下落距离h为多大时,物块的加速度为零?
(2)在物块下落上述距离的过程中,克服C端恒力F做功W为多少?
(3)求物块下落过程中的最大速度Vm和最大距离H?
分析与解:物块向下先作加速运动,随着物块的下落,两绳间的夹角逐渐减小。因为绳子对物块的拉力大小不变,恒等于F,所以随着两绳间的夹角减小,两绳对物块拉力的合力将逐渐增大,物块所受合力逐渐减小,向下加速度逐渐减小。当物块的合外力为零时,速度达到最大值。之后,因为两绳间夹角继续减小,物块所受合外力竖直向上,且逐渐增大,物块将作加速度逐渐增大的减速运动。当物块下降速度减为零时,物块竖直下落的距离达到最大值H。
当物块的加速度为零时,由共点力平衡条件可求出相应的θ角,再由θ角求出相应的距离h,进而求出克服C端恒力F所做的功。
对物块运用动能定理可求出物块下落过程中的最大速度Vm和最大距离H。
(1)当物块所受的合外力为零时,加速度为零,此时物块下降距离为h。因为F恒等于mg,所以绳对物块拉力大小恒为mg,由平衡条件知:2θ=120°,所以θ=60°,由图2-2知:h=L*tg30°=L [1]
(2)当物块下落h时,绳的C、D端均上升h’,由几何关系可得:h’=-L [2]
克服C端恒力F做的功为:W=F*h’ [3]
由[1]、[2]、[3]式联立解得:W=(-1)mgL
(3)出物块下落过程中,共有三个力对物块做功。重力做正功,两端绳子对物块的拉力做负功。两端绳子拉力做的功就等于作用在C、D端的恒力F所做的功。因为物块下降距离h时动能最大。由动能定理得:mgh-2W= [4]
将[1]、[2]、[3]式代入[4]式解得:Vm=
当物块速度减小为零时,物块下落距离达到最大值H,绳C、D上升的距离为H’。由动能定理得:mgH-2mgH’=0,又H’=-L,联立解得:H=。
1、如图1-1所示,长为5米的细绳的两端分别系于竖立在地面上相距为4米的两杆顶端A、B。绳上挂一个光滑的轻质挂钩。它钩着一个重为12牛的物体。平衡时,绳中张力T=____
分析与解:本题为三力平衡问题。其基本思路为:选对象、分析力、画力图、列方程。对平衡问题,根据题目所给条件,往往可采用不同的方法,如正交分解法、相似三角形等。所以,本题有多种解法。
解法一:选挂钩为研究对象,其受力如图1-2所示
设细绳与水平夹角为α,由平衡条件可知:2TSinα=F,其中F=12牛
将绳延长,由图中几何条件得:Sinα=3/5,则代入上式可得T=10牛。
解法二:挂钩受三个力,由平衡条件可知:两个拉力(大小相等均为T)的合力F’与F大小相等方向相反。以两个拉力为邻边所作的平行四边形为菱形。如图1-2所示,其中力的三角形△OEG与△ADC相似,则: 得:牛。
想一想:若将右端绳A 沿杆适当下移些,细绳上张力是否变化?
(提示:挂钩在细绳上移到一个新位置,挂钩两边细绳与水平方向夹角仍相等,细绳的张力仍不变。)
17.如图所示,两块平行金属板MN间的距离为d,两板间电压u随时间t变化的规律如右图所示电压的绝对值为U0.t=0时刻M板的电势比N板低.在t=0时刻有一个电子从M板处无初速释放,经过1.5个周期刚好到达N板.电子的电荷量为e,质量为m.求:⑴该电子到达N板时的速率v.⑵在1.25个周期末该电子和N板间的距离s.
附加题18.如图(a)所示,A、B为水平放置的平行金属板,板间距离为d(d远小于板的长和宽).在两板之间有一个带负电的质点P.已知若在A、B间加电压U0,则质点P可以静止平衡.现在A、B间加上如图(b)所示的随时间t变化的电压u.在t=0时质点P位于A、B间的中点处且初速度为零.已知质点P能在A、B之间以最大的幅度上下运动而又不与两板相碰,求图(b)中u改变的各时刻t1、t2、t3及tn的表达式.(质点开始从中点上升到最高点,及以后每次从最高点到最低点或从最低点到最高点的过程中,电压只改变一次.)
16.矩形绝缘板放在光滑水平面上,另有一质量为m,带电量为q的小物块沿板的上表面以某一初速度从左端A水平向右滑上该板,整个装置处于竖直向下,足够大的匀强电场中,小物块沿板运动至右端B恰好停在板上.若强场大小不变而方向反向,当小物块仍由A端以相同的初速度滑上板面,则小物块运动到距A端的距离为板长2/3处时,就相对于板静止了.求:⑴小物块带何种电荷?⑵匀强电场场强的大小E.
15.如图所示,abcd是一个正方形盒子.cd边的中点有一个小孔e.盒子中有沿ad方向的匀强电场.一个质量为m带电粒子从a处的小孔沿ab方向以初速度v0射入盒内,并恰好从e处的小孔射出.求:⑴该带电粒子从e孔射出时的速度大小.⑵该过程中电场力对该带电粒子做的功.
14.如图所示,正方形ABCD处在一个匀强电场中,电场线与正方形所在平面平行.已知A、B、C三点的电势依次为UA=6.0V,UB=4.0V,UC=-2.0V.⑴求D点的电势UD.⑵在图中画出过A点的电场线(要把作图过程画在图上。只画最后结果不能得分).
13.如图所示,MN是负点电荷产生的电场中的一条电场线.一个
带正电的粒子(不计重力)从a到b穿越这条电场线的轨迹如
图中虚线所示.则该带电粒子在a点的加速度一定____于在b
点的加速度.带电粒子在a点时的电势能一定____于在b点时
的电势能.
12.一带电量为1.0×10-8C、质量为2.5×10-3kg的物体在光
滑绝缘水平面上沿着x轴作直线运动,匀强电场的方向与x轴平行.若从t=0时刻开始计时,已知该物体的位移x与时间t的关系是x=0.16t-0.02t2,式中x以m为单位,t以s为单位.则t=5.0s末物体的速率是_____m/s,该匀强电场的场强为 V/m.
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