1、填空题 倾角为30°的直角三角形底边长为2l,底边处在水平位置,斜边为光滑绝缘导轨。现在底边中点O处固定一正电荷Q,让一个质量为m、带正电的点电荷q沿斜边顶端A滑下(不脱离斜面)。测得它滑到斜边上的垂足D处时速度为υ,加速度为a,方向沿斜面向下。该点电荷滑到斜边底端C点时的速度υc=__________,加速度ac=__________。(重力加速度为g)
参考答案: ; g-a
本题解析:由于地面为2l,则;由A到D由动能定理:;由A到C由动能定理:,解得;设在D点时库仑力在斜面方向的分量为F1,则在D点时:;在C点时:,解得:。
考点:动能定理及牛顿第二定律.
本题难度:一般
2、计算题 如图所示,质量m=1kg的小物块放在一质量为M=4kg的足够长的木板右端,物块与木板间的摩擦因数μ=0.2,木板与水平面间的摩擦不计。物块用劲度系数k=25N/m的弹簧拴住,弹簧的另一端固定(与木板不粘连)。开始时整个装置静止,弹簧处于原长状态。现对木板施以F=12N的水平向右恒力,(最大静摩擦力可认为等滑动摩擦力,g=10m/s2)。已知弹簧的弹性势能,式中x为弹簧的伸长量或压缩量。求:
(1)开始施力的瞬间物块与木板的加速度各多大;
(2)物块达到的最大速度。
参考答案:(1)物块的加速度,木板的加速度;(2)。
本题解析:开始施力的瞬间,弹簧还没有形变,不存在弹簧的弹力,分析物块与木板会不会有相同的加速度,是本题的关键。
(1)若物块与木板有相同的加速度,对整体受力分析,由牛顿第二定律,,
解得:
对物块受力分析,最大加速度:,即开始施力后物块与木板即发生相对滑动。
刚施力时,弹簧不发生形变,根据牛顿第二定律,
对滑块,解得:
对木板,解得:
(2)随着物块不断向右运动,弹簧的形变量越来越大,对物块向左的弹力增大,物块做加速度不断减小的加速运动,当加速度减小到零时,速度增加到最大,即物块达到最大速度时所受合力为零。
有:
解得:
由动能定理:
解得:
考点:牛顿第二定律的应用,摩擦力的特点,动能定理的应用。
本题难度:困难
3、选择题 如图所示,质量均为m的A、B两球之间系一根轻弹簧,放在光滑水平面上,A球紧靠竖直墙壁,今用力F将B球向左推压弹簧,平衡后,突然撤去F的瞬间,下列说法正确的是( )
A.A的加速度为F/2m B.A的加速度为F/m
C.B的加速度为F/m D.B的加速度为F/2m
参考答案:C
本题解析:突然撤去F的瞬间,弹簧的弹力不变,故A的加速度仍为零;B所受的合力为F,则B的加速度为F/m,选项C正确。
考点:牛顿第二定律的应用.
本题难度:一般
4、计算题 如图所示,一个光滑的圆锥体固定在水平桌面上,其轴线沿竖直方向,母线与轴线的夹角θ=30°,一条长为l的绳,一端固定在圆锥体的顶点O,另一端系一个质量为m的小球(视作质点),小球以速率v绕圆锥体的轴线做水平匀速圆周运动,则
(1)当v1=时,绳对小球的拉力多大?
(2)当v2=时,绳对小球的拉力多大?
参考答案:(1)1.03mg;(2)2mg;
本题解析:如图(甲)所示,小球在锥面上运动,锥面对小球恰好无压力时,重力mg和绳的拉力FT提供向心力,根据牛顿第二定律得mgtan30°=
解得v0=
(1)因v1<v0,所以此时小球与锥面接触并产生弹力FN,受力情况如图(乙)所示,则
FTsin30°-FNcos30°=
FTcos30°+FNsin30°=mg
联立解得FT=1.03mg。
(2)因v2>v0,所以此时小球与锥面脱离,设绳与轴线的夹角为α,小球受力如图(丙)所示,则
FTsinα= FTcosα=mg 联立解得FT=2mg
考点:向心力、牛顿第二定律
本题难度:一般
5、计算题 (8分)如图所示,套在绝缘棒上的小球,质量为1g,带有q=4×10-3C的正电荷,小球在棒上可以自由滑动,直棒放在互相垂直且沿水平方向的匀强电场E=10N/C和匀强磁场B=5T之中,小球和直棒之间的动摩擦因数为=0.2,求小球由静止沿棒竖直下落的最大加速度和最大速度。(设小球在运动过程中电量不变,重力加速度g=10m/s2)。
参考答案:最大加速度为g;最大速度为4.5m/s。
本题解析:当带正电的电荷向下运动时,正电荷受水平向左的电场力与向右的洛伦兹力,当这两个力相等时,电荷与直棒间的摩擦力为0,此时小球的加速度最大,由于仅受重力的作用,故最大加速度为g;
当合外力为零时,小球速度达到最大。
故
代入数值可得
考点:带电小球在复合场中的运动。
本题难度:一般