6. 2013年斯诺克上海沃德大师赛于9月16日至22日在上海体育馆举行.如图为丁俊晖正在准备击球,设丁俊晖在这一杆中,白色球(主球)和花色球碰撞前后都在同一直线上运动,碰前白色球的动量为pA=5 kg·m/s,花色球静止,白球A与花色球B发生碰撞后,花色球B的动量变为p′B=4 kg·m/s,则两球质量mA与mB间的关系可能是( )
A. mB=mA B. mB=mA
C. mB=mA D. mB=6mA
解析:由动量守恒得,pA+pB=p′A+p′B,解得,p′A=1 kg·m/s.
由碰撞中动能不增原则得,≥+,解得,mB≥mA,B、C两项错误;若mB=6mA,虽满足动能不增原则,但此时>,即v′A>v′B,不合情理,D项错误.
答案:A
5. 如图所示,质量为M的小车静止在光滑的水平面上,小车上AB部分是半径为R的四分之一光滑圆弧,BC部分是粗糙的水平面.现把质量为m的小物体从A点由静止释放,m与BC部分间的动摩擦因数为μ,最终小物体与小车相对静止于B、C之间的D点,则B、D间的距离x随各量变化的情况是 ( )
A. 其他量不变,R越大x越大
B. 其他量不变,μ越大x越大
C. 其他量不变,m越大x越大
D. 其他量不变,M越大x越大
解析: 两个物体组成的系统水平方向的动量是守恒的,所以当两物体相对静止时,系统水平方向的总动量为零,则两物体最终会停止运动,由能量守恒有μmgx=mgR,解得x=,故选项A是正确的.
答案:A
4. (多选)如图,光滑水平面上,质量为m1的小球以速度v与质量为m2的静止小球正碰,碰后两小球的速度大小都为v,方向相反.则两小球质量之比m1∶m2和碰撞前后动能变化量之比ΔEk1∶ΔEk2为( )
A. m1∶m2=1∶3 B. m1∶m2=1∶1
C. ΔEk1∶ΔEk2=1∶3 D. ΔEk1∶ΔEk2=1∶1
解析:根据动量守恒定律:m1v=-m1·v+m2·v可得m1∶m2=1∶3,A选项正确,B选项错误;碰后动能变化量分别为ΔEk1=m1v2和ΔEk2=m2v2=m1v2,即ΔEk1∶ΔEk2=1∶1,C选项错误,D选项正确.
答案:AD
3. (多选)如图甲所示,在光滑水平面上的两个小球发生正碰,小球的质量分别为m1和m2,图乙为它们碰撞前后的x-t图象.已知m1=0.1 kg.由此可以判断 ( )
A. 碰前m2静止,m1向右运动
B. 碰后m2和m1都向右运动
C. 由动量守恒可以算出m2=0.3 kg
D. 碰撞过程中系统损失了0.4 J的机械能
解析:由图乙可以看出,碰前m1位移随时间均匀增加,m2位移不变,可知m2静止,m1向右运动,故A是正确的;碰后一个位移增大,一个位移减小,说明运动方向不一致,即B错误;由图乙可以计算出碰前m1的速度v1=4 m/s,碰后的速度v′1=-2 m/s,m2碰前的速度v2=0,碰后的速度v′2=2 m/s,由动量守恒m1v1+m2v2=m1v′1+m2v′2,计算得m2=0.3 kg,故C是正确的;碰撞过程中系统损失的机械能ΔE=m1v/2-m1v′/2-m2v′/2=0,因此D是错误的.
答案:AC
2. [2014·福州八中质检]如图所示,木块B与水平弹簧相连,放在光滑水平面上,子弹A沿水平方向射入木块后留在木块B内,入射时间极短,而后木块将弹簧压缩到最短.关于子弹和木块组成的系统,下列说法中正确的是( )
①子弹射入木块的过程中系统动量守恒
②子弹射入木块的过程中系统机械能守恒
③木块压缩弹簧过程中,系统总动量守恒
④木块压缩弹簧过程中,子弹、木块和弹簧组成的系统机械能守恒
A. ①③ B. ②③
C. ①④ D. ②④
解析:在子弹射入木块的过程中,因为入射时间极短,可认为系统静止,所以不受弹力作用,系统合力为零,动量守恒,说法①正确;在子弹射入木块的过程中,子弹相对于木块发生位移,内力做功,子弹将一部分机械能转化为系统的内能,即系统的机械能不守恒,说法②错误;木块压缩弹簧过程中,系统受到水平向右的弹力作用,合外力不为零,系统的总动量不守恒,所以说法③错误;木块压缩弹簧过程中,由子弹、木块和弹簧组成的系统,只有系统内的弹力做功,所以系统的机械能守恒,说法④正确.本题答案为C.
答案:C
1.水平推力F1和F2分别作用于水平面上等质量的a、b两物体上,作用一段时间后撤去推力,物体将继续运动一段时间后停下,两物体的v-t图象分别如右图中OAB、OCD所示,图中AB∥CD,则( )
A.F1的冲量大于F2的冲量
B.F1的冲量等于F2的冲量
C.两物体受到的摩擦力大小相等
D.两物体受到的摩擦力大小不等
解析:设F1、F2的作用时间分别为t1、t2,则由图知t1<t2,当只有摩擦力Ff作用时,由AB∥CD知图线斜率相同,则加速度相同,由牛顿第二定律知,摩擦力Ff相同,故C选项正确,D选项错误;对a,由动量定理得:F1t1-Fft1=mvA;对b同理可得:F2t2-Fft2=mvC.
由图象知:vA=vC,t1<t2,mvA=mvC,所以F1t1-Fft1=F2t2-Fft2,因此,F2t2>F1t1,即A、B选项均错.
答案:C
16. (16分) 如图甲所示,质量为m的导体棒ab垂直放在相距为l的平行且无限长的金属导轨上,导体棒ab与平行金属导轨的摩擦因数为μ,导轨平面与水平面的夹角为θ,并处于磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中.R和Rx分别表示定值电阻和滑动变阻器连入电路的阻值,不计其他电阻.现由静止释放导体棒,当通过R的电荷量达到q时,导体棒ab刚好达到最大速度.重力加速度为g.
(1)求从释放导体棒到棒达到最大速度时下滑的距离s和最大速度vm;
(2)若将左侧的定值电阻和滑动变阻器换为水平放置的电容为C的平行板电容器,如图乙所示,导体棒ab由静止释放到达到(1)中的速度vm需要多少时间(用vm表示最大速度)?
解析:(1)对于闭合回路,在全过程中,根据法拉第电磁感应定律得ab中的平均感应电动势
==①
由闭合电路欧姆定律得通过R的平均电流=②
通过R的电荷量q=Δt③
联立①②③得:s=q
在ab加速下滑的过程中,根据牛顿第二定律:
mgsinθ-μmgcosθ-FA=ma④
式中安培力FA=BIl⑤
其中I=⑥
当④中的加速度为0时,ab的速度v=vm⑦
联立④⑤⑥⑦得:vm=(R+Rx)(sinθ-μcosθ)
(2)设ab下滑的速度大小为v时经历的时间为t,通过ab的电流为i,则:
mgsinθ-μmgcosθ-Bil=ma⑧
设在时间间隔Δt内平行板电容器增加的电荷量为ΔQ,则:
i=⑨
此时平行板电容器两端的电压的增量为ΔU=BlΔv⑩
根据电容的定义C=⑪
而Δv=aΔt⑫
联立上面各式得ab下滑的加速度
a=g
上式表明ab做初速度为0的匀加速运动,所以
t=
答案:(1)q (R+Rx)(sinθ-μcosθ)
(2)
15. (12分) 如图甲所示,水平面上的两光滑金属导轨平行固定放置,间距d=0.5 m,电阻不计,左端通过导线与阻值R=2 Ω的电阻连接.右端通过导线与阻值R1=4 Ω的小灯泡L连接.在CDFE矩形区域内有竖直向上的匀强磁场,CE长l=2 m,有一阻值r=2 Ω的金属棒PQ放置在靠近磁场边界CD处.CDFE区域内磁场的磁感应强度B随时间变化如图乙所示.在t=0至t=4 s内,金属棒PQ保持静止,在t=4 s时使金属棒PQ以某一速度进入磁场区域并保持匀速运动.已知从t=0开始到金属棒运动到磁场边界EF处的整个过程中,小灯泡的亮度没有发生变化,求:
(1)通过小灯泡的电流;
(2)金属棒PQ在磁场区域中运动的速度大小.
解析:(1)t=0至t=4 s内,金属棒PQ保持静止,磁场变化导致电路中产生感应电动势
电路中r与R并联,再与RL串联,电路的总电阻
R总=RL+=5 Ω
此时感应电动势
E==dl=0.5×2×0.5 V=0.5 V
通过小灯泡的电流为I==0.1 A
(2)当金属棒在磁场区域中运动时,由金属棒切割磁感线产生电动势,电路为R与RL并联,再与r串联,此时电路的总电阻
R′总=r+=2 Ω+ Ω= Ω
由于灯泡中电流不变,所以灯泡的电流IL=0.1 A,则流过金属棒的电流为
I′=IL+IR=IL+=0.3 A
电动势E′=I′R′总=Bdv
解得金属棒PQ在磁场区域中运动的速度大小
v=1 m/s.
答案:(1)0.1 A (2)1 m/s
14. (12分)一电阻为R的金属圆环,放在匀强磁场中,磁场与圆环所在平面垂直,如图a所示,已知通过圆环的磁通量随时间t的变化关系如图b所示,图中的最大磁通量Φ0和变化周期T都是已知量,求:
(1)在t=0到t=T/4的时间内,通过金属圆环横截面的电荷量q;
(2)在t=0到t=2T的时间内,金属圆环所产生的电热Q.
解析:(1)由磁通量随时间的变化图线可知在t=0到t=T/4时间内,金属圆环中的感应电动势
E1==①
在以上时段内,金属圆环中的电流为I1=②
则在这段时间内通过金属圆环横截面的电荷量
q=I1t1③
联立求解得q=④
(2)在t=T/4到t=T/2和t=3T/4到t=T时间内,金属圆环中的感应电动势E2=0⑤
在t=T/2到t=3T/4时间内,金属圆环中的感应电动势E3==⑥
由欧姆定律可知在以上时段内,金属圆环中的电流为
I3=⑦
在t=0到t=2T时间内金属圆环所产生的电热
Q=2(IRt1+IRt3)⑧
联立求解得Q=⑨
答案:(1) (2)
二、计算题
13. (10分)[山东潍坊高三质量抽样]如图甲所示,平行金属导轨竖直放置,导轨间距为L=1 m,上端接有电阻R1=3 Ω,下端接有电阻R2=6 Ω,虚线OO′下方是垂直于导轨平面的匀强磁场.现将质量m=0.1 kg、电阻不计的金属杆ab,从OO′上方某处垂直导轨由静止释放,杆下落0.2 m过程中始终与导轨保持良好接触,加速度a与下落距离h的关系图象如图乙所示.求:
(1)磁感应强度B;
(2)杆下落0.2 m过程中通过电阻R2的电荷量q.
解析:(1)由图象知,杆自由下落距离是0.05 m,当地重力加速度g=10 m/s2,则杆进入磁场时的速度
v==1 m/s①
由图象知,杆进入磁场时加速度
a=-g=-10 m/s2②
由牛顿第二定律得mg-F安=ma③
回路中的电动势E=BLv④
杆中的电流I=⑤
R并=⑥
F安=BIL=⑦
得B==2 T⑧
(2)杆在磁场中运动产生的平均感应电动势=⑨
杆中的平均电流=⑩
通过杆的电荷量Q=·Δt⑪
通过R2的电量q=Q=0.05 C⑫
答案:(1)2 T (2)0.05 C
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