题目内容
14.(1)金属条开始下落时的加速度;
(2)金属条在加速过程中,速度达到v1时,bc对物体m的支持力;
(3)金属条下落h时,恰好开始做匀速运动,求在这一过程中感应电流产生的热量.
分析 (1)根据自由落体运动的速度位移公式求出物体与金属条碰撞前的速度,根据动量守恒定律求出碰后整体的速度,结合安培力、切割磁感线产生的感应电动势公式以及闭合电路欧姆定律,运用牛顿第二定律求出金属条开始下落时的加速度;
(2)求出金属条的加速度,然后由牛顿第二定律求出bc对m的支持力.
(2)根据重力与安培力相等,求出匀速运动的速度,结合能量守恒定律求出金属条开始下落到恰好开始做匀速运动的过程中感应电流产生的热量.
解答 解:(1)物块m自由下落,做自由落体运动,由速度位移公式得:v02=2gH,
解得,与金属条碰撞的速度为:v0=$\sqrt{2gH}$,
设物体m落到金属条2m上,金属条立即与物体有相同的速度v开始下落,由m和2m组成的系统相碰过程动量守恒,以向下为正方向,由动量守恒定律得:
mv0=(m+2m)v,
解得:v=$\frac{1}{3}$$\sqrt{2gH}$,
金属条以速度v向下滑动,切割磁感线,产生感应电动势,在闭合电路中有感应电流为:
I=$\frac{BLv}{R}$=$\frac{BL\sqrt{2gH}}{3R}$,
则金属条所受安培力为:
F=BIL=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}\sqrt{2gH}}{3R}$,
对于,金属条和物体组成的整体,由牛顿第二定律可得:
(m+2m)g-F=(m+2m)a,
则金属条开始运动时的加速度为:
a=g-$\frac{{B}^{2}{L}^{2}\sqrt{2gH}}{9mR}$;
(2)当金属条和物体的速度达到v1时,加速度设为a′,同理可得加速度为:
a′=g-$\frac{{B}^{2}{L}^{2}{v}_{1}}{3mR}$,
对物体m来说,它受重力mg和支持力N,则有:
mg-N=ma′=m(g-$\frac{{B}^{2}{L}^{2}{v}_{1}}{3mR}$),
解得:N=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}{v}_{1}}{3R}$;
(3)金属条和物体一起下滑过程中受安培力和重力,随速度变化,
安培力也变化,做变加速度运动,最终所受重力和安培力相等,
加速度也为零,物体将以速度vm做匀速运动,
则有:3mg-F′=0,F′=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}{v}_{m}}{R}$,
金属条的最终速度为:vm=$\frac{3mgR}{{B}^{2}{L}^{2}}$,
下落h的过程中,设金属条克服安培力做功为WA,由动能定理得:
3mgh-WA=$\frac{1}{2}$×3mvm2-$\frac{1}{2}$×3mv2,
感应电流产生的热量Q=WA,
解得:Q=3mgh+$\frac{1}{3}$mgH-$\frac{27{m}^{2}{g}^{2}{R}^{2}}{2{B}^{4}{L}^{4}}$;
答:(1)金属条开始下落时的加速度为g-$\frac{{B}^{2}{L}^{2}\sqrt{2gH}}{9mR}$;
(2)金属条在加速过程中,速度达到v1时,bc对物体m的支持力为$\frac{{B}^{2}{L}^{2}{v}_{1}}{3R}$;
(3)金属条下落h时,恰好开始做匀速运动,在这一过程中感应电流产生的热量为3mgh+$\frac{1}{3}$mgH-$\frac{27{m}^{2}{g}^{2}{R}^{2}}{2{B}^{4}{L}^{4}}$.
点评 本题考查了动量守恒定律的应用,绝缘物体与金属条碰撞过程中,内力远大于外力,且时间很短,可以应用动量守恒定律解题,要知道动量守恒定律所能解决的三类问题;分析清楚金属条的运动过程、应用安培力公式、配合个条件、能量守恒定律即可正确解题.
| mA/g | mB/g | OM/cm | ON/cm | OP/cm |
| 10.0 | 40.0 | 39.30 | 54.85 | 98.29 |
②取小球做平抛运动的时间为单位时间,用mA、mB和图中字母表示碰撞前的总动量p1=mAOP,碰撞后的总动量p2=mAON+mBOM.
③将表中数据代入发现p1大于p2(填“大于”、“等于”或“小于”),其主要原因是:A、B碰撞后,A反弹,A离开水平槽时的速度小球碰撞后的速度.
| A. | 运动员减少的重力势能全部转化为动能 | |
| B. | 运动员获得的动能为$\frac{2}{3}$mgh | |
| C. | 运动员克服摩擦力做功为$\frac{2}{3}$mgh | |
| D. | 下滑过程中系统减少的机械能为$\frac{1}{3}$mgh |
| A. | 太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应 | |
| B. | 任何一种光照到金属上,只要时间足够长都可以发生光电效应 | |
| C. | 放射性元素放出的三种射线电离能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线、α射线 | |
| D. | 放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变需要的时间 |
| A. | 物体受到的摩擦力一定等于0.1N | |
| B. | 物体受到的水平拉力一定等于0.1N | |
| C. | 物体不受水平拉力时的v-t图象一定是a | |
| D. | 物体不受水平拉力时的v-t图象一定是b |
(1)请根据该组同学的实验数据,在图2中绘制a-F图线;
(2)根据所作的a-F图线,实验结论是:小车质量一定时,其加速度与所受合外力成正比.
(3)关于本实验,下列说法中正确的有AB.
A.实验时应先接通电源后释放小车
B.小车释放前应靠近打点计时器
C.实验中钩码质量m2应远小于小车质量m1
D.测力计的读数始终为$\frac{1}{2}$m2g.
| 实验次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 加速度a(m•s-2) | 0.25 | 0.95 | 1.61 | 2.22 | 2.80 | 3.33 | 3.84 |
| 受力F(N) | 0.05 | 0.19 | 0.32 | 0.44 | 0.56 | 0.67 | 0.77 |