【题目】某兴趣小组设计了一个玩具轨道模型如图甲所示,将一质量为m=0.5kg的玩具小车(可以视为质点)放在P点,用弹簧装置将其从静止弹出(弹性势能完全转化为小车初始动能)使其沿着半径为r=1.0m的光滑圆形竖直轨道OAO′运动,玩具小车与水平面PB的阻力为其自身重力的0.5倍(g取10m/s2),PB=16.0m,O为PB中点。B点右侧是一个高h=1.25m、宽L=2.0m的壕沟。求;
(1)要使小车恰好能越过圆形轨道的最高点A,小车在O点受到轨道弹力的大小;
(2)要求小车能安全越过A点,并从B点平抛后越过壕沟,则弹簧的弹性势能至少为多少?
(3)若在弹性限度内,弹簧的最大弹性势能Epm=40J,以O点为坐标原点,OB为x轴,从O到B方向为正方向,在图乙坐标上画出小车能进入圆形轨道且不脱离轨道情况下,弹簧弹性势能Ep与小车停止位置坐标x关系图。
【答案】(1)要使小车恰好能越过圆形轨道的最高点A,小车在O点受到轨道弹力的大小是30N;(2)要求小车能安全越过A点,并从B点平抛后越过壕沟,则弹簧的弹性势能至少为44J。
(3)
【解析】
(1)小车恰好经过A点时,有:
得
对小车从O到A过程,根据动能定理,有:
解得 v0=5m/s
小车在O点时,由牛顿第二定律得
联立解得:FN=6mg=30N
(2)要求Ⅰ:越过A点,v0=5m/s
P→O:Ep弹1﹣kmgxPO=mv02﹣0
得 Ep弹1=32.5J
要求Ⅱ:平抛运动后越过壕沟,有
L=vBt
h=gt2
可得 vB=4m/s
由动能定理,有 Ep弹2﹣kmgxPB=mvB2﹣0
解得 Ep弹2=44J
综上所述,弹簧的弹性势能至少为44J。
(3)分类讨论:因为最大弹簧势能为40J,所以小车至多运动到B点,必不平抛。
情况1:能越过A点,弹性势能 32.5J≤Ep弹1≤40J。
当Ep弹1﹣kmgx1=0﹣0,得 13m≤x1≤16m。
又因为O点是坐标原点,所以实际坐标值为 5m≤x11≤8m。
情况2:恰能到达圆轨道圆心等高处,当Ep弹2﹣kmgxPO﹣mgr=0﹣0,得 Ep弹2=25J
mgr=kmgx21,得 x21=2m
又因为O点为坐标原点,所以实际坐标值为 x21=﹣2m
恰能进入圆轨道,当Ep弹2﹣kmgxPO=0﹣0,得 Ep弹2=20J,此时坐标值为0
由动能定理表达式可知,Ep弹与x是线性函数图象,如图。
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【题目】如图所示,长为L=3m,质量为M=2kg的平板车在粗糙水平面上向右滑行,当其速度为v=4.5m/s时,在其右端轻轻放上一个质量为m=1kg的滑块,已知平板车与地面间的动摩擦因数为μ1=0.2,滑块与平板车间的动摩擦因数为μ2=0.1,则从放上滑块开始到最终二者均静止的过程中,下列说法正确的是
A. 滑块与平板车静止前取得相同的速度所需时间为1s
B. 滑块相对平板车向左滑动2.25m的距离后与平板车一起向右减速
C. 滑块与平板车间因摩擦生热增加的内能为2.25J
D. 滑块、平板车和地面组构的系统增加的内能为20.25J
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【题目】氢原子光谱如甲图所示,图中给出了谱线对应的波长,已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s,玻尔的氢原子能级图如乙图所示,则下列说法正确的是
A. Hα谱线对应光子的能量小于Hδ谱线对应光子的能量
B. 甲图所示的四种光均属于可见光范畴
C. Hβ对应光子的能量约为10.2 eV
D. Hα谱线对应的跃迁是从n=3能级到n=2能级
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【题目】如图所示,在等腰直角三角形abc内存在垂直纸面向外的匀强磁场,三角形efg是与三角形abc形状相同的导线框,x轴是两个三角形的对称轴。现让导线框efg在纸面内沿x轴向右匀速穿过磁扬,规定逆时针方向为电流的正方向,在导线框通过磁场的过程中,感应电流i随时间t的变化图像是
A. B.
C. D.
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【题目】如图,电路中电源电动势E=10 V,内阻r = 1,小灯泡L额定电压U = 8V,额定功率字迹模糊不清,电动机M的线圈电阻RM = 2.闭合开关S后,灯泡恰好正常发光,电动机输出机械功率P =3.5W.求:
(1)电源中电流I;
(2)电动机线圈中电流IM;
(3)小灯泡额定功率PL.
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【题目】如图(甲),MN、PQ为水平放置的足够长平行光滑导轨,导轨间距为L=0.5m,导轨左端连接的定值电阻R=2Ω,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为2T,将一根质量为0.2kg、电阻也为r=2Ω的金属棒ab垂直放置在导轨上,且与导轨接触良好,导轨电阻不计。规定水平向右为x轴正方向,在x=0处给棒一个向右的初速度,并对棒施加水平向右的拉力作用,经过2.4m金属棒受到的安培力为0.8N,图(乙)为棒所受的安培力F安与位移x的关系图象。求:
(1)运动2.4m时金属棒瞬时速度大小;
(2)估算0﹣24m内定值电阻R上产生的焦耳热(提示:可以用F﹣x图象下的“面积”代表力F所做的功);
(3)0﹣2.4m内通过电阻R的电荷量;
(4)0﹣2.4m内水平拉力的冲量大小。
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【题目】为了验证碰撞中的动量守恒,利用气垫导轨设计了如图所示的实验。主要的实验步骤有:
①如图安装好实验装置,打开充气泵,调节气垫导轨水平;
②用天平测出滑块A、B的质量m1、m2;
③用刻度尺测量光电门1、2间距L,用游标卡尺测出挡光片的宽度d;
④让滑块B停在两光电门间某处,把滑块A从光电门1的左侧水平面右推,用数字毫秒计时器读出滑块A通过光电门1的时间t1及碰撞后滑块B通过光电门2的时间t2、滑块A再次通过光电门1的时间t3.
(1)上述步骤①中,判断气垫导轨已经调节水平的方法是_______________________________;
(2)如果满足关系__________________________,可说明碰撞中动量是守恒的(用测得的物理量来表示)。
(3)关于该实验下列说法中正确的是(_____)
A、滑块A的质量小于滑块B
B、滑块A推出的速度越小,实验误差一定越小
C、气垫导轨调节是否水平对实验结果没有影响
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【题目】某研究性学习小组的同学欲做“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验.已知所用小电珠的额定电压和额定功率分别为2.5V、1.2W,实验使用的直流电源的电动势为3.0V内阻忽略不计,实验可供选择的器材规格如下
a、电流表A1(量程0~0.6A,内阻约5Ω)
b、电流表A2(量程0~3A,内阻约0.1Ω)
c、电压表V1(量程0~3V,内阻约3kΩ)
d、电压表V2(量程0~15V,内阻约2000Ω)
e、滑动变阻器R1(阻值0~10,额定电流1A)
f、滑动变阻器R2(阻值0~5000,额定电流500mA)
请回答下列问题:
(1)为了完成实验且尽可能减小实验误差,电流表应选择_______,电压表应选择_________、滑动变阻器应选择_________(填写实验器材前的序号)
(2)根据所选的实验器材,请设计合理的电路原理图来完成该实验________
(3)该研究性学习小组的同学用设计好的电路测得了该小电珠两端的电压U和通过该小电珠的电流,由欧姆定律计算得到的小电珠的电阻值_______(选填“大于”“等于"或“小于")真实值
(4)该研究性学习小组的同学通过设计好的电路得到了多组实验数据,并根据得到的多组数据在坐标系中描点画图,如图所示,该图线向下弯曲,其原因是______.
(5)如果取两个这样的小电珠并联以后再与一阻值为2.0Ω的定值电阻串联,并接在电动势为3.0V、内阻忽略不计的直流电源两端,则每个小电珠消耗的实际功率应为________W(结果保留两位小数)
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【题目】电子感应加速器是利用感应电场来加速电子的一种设备。电子感应加速器主要由上、下电磁铁磁极和环形真空室组成,当电磁铁通以变化的电流时,会在柱形电磁铁的两极间产生磁场,在磁场中安置一个环形真空管道作为电子运行的轨道,如图所示(图中上部分为主视图、下部分为俯视图)。当磁场发生变化时,产生的感应电场就会不断加速电子,电子在真空管中沿逆时针方向做圆周运动。下列说法正确的是
A. 感生电场的方向为顺时针方向
B. 感生电场的方向为逆时针方向
C. 电磁铁中通入的电流应越来越强
D. 电磁铁中通入的电流应越来越弱
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