题目内容

【题目】一长木板置于光滑水平地面上,木板左端放置一小物块,在木板右方有一墙壁,如图(甲)所示。从某一时刻开始,小物块与木板一起以共同速度向右运动,在另一时刻,木板与墙壁发生碰撞(碰撞时间极短)。碰撞前后木板速度大小不变,方向相反。运动过程中小物块始终未离开木板。已知小物块在木板上运动的图线如图(乙)所示,小物块与木板间的动摩擦因数为μ=0.4,木板的质量是小物块质量的15倍,重力加速度大小取g=10m/s2。求:

(1)图乙中速度v的大小;

(2)木板的最小长度;

(3)图乙中的时间差(t2 - t1)。

【答案】(1)v=3.5m/s(2)L=7.5m(3)t=1.875s

【解析】(1)(2)根据图像可以判定碰撞前小物块与木板共同速度为,碰撞后木板速度水平向左,大小也是,根据图像又知小物块与木板最后又共速,速度大小为v,设木板的质量为M,小物块的质量为m,木板的最小长度为L,

从和墙碰后到二者共速,取向左的方向为正方向,有:

解得: ,

(3)图乙中的时间差即是小物块在木板上相对木板滑动的时间,设,

对小物块在木板上相对木板滑动的过程,取向左的方向为正方向,有:

解得

练习册系列答案
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【题目】物理中存在“通量”这个物理量,“通量”的定义要用到高等数学知识.在高中阶段,对“通量”的定义采用的是简单化处理方法并辅以形象化物理模型进行理解.

(1)“磁通量”就是一种常见的“通量”.在高中阶段我们是这样来定义“磁通量”的:设在磁感应强度为的匀强磁场中,有一个与磁场方向垂直的平面,面积为,我们把与的乘积叫做穿过这个面积的磁通量(图1),简称磁通.用字母表示,则.磁通量可以形象地理解为穿过某一面积的磁感线条数的多少.如图2所示,空间存在水平向右的匀强磁场,磁感应强度大小为.一个面积为的矩形线圈与竖直面间的夹角为,试求穿过该矩形线圈的磁通量.

(2)“电通量”也是一种常见的“通量”.在定义“电通量”时只需要把“磁通量”中的磁感应强度替换为电场强度即可.请同学们充分运用类比的方法解决以下问题.已知静电力常量为.

图3 图4

a.如图3所示,空间存在正点电荷,以点电荷为球心作半径为的球面,试求通过该球面的电通量.

b.上述情况映射的是静电场中“高斯定理”,“高斯定理”可以从库仑定律出发得到严格证明.“高斯定理”可表述为:通过静电场中任一闭合曲面的电通量等于闭合曲面内所含电荷量与的乘积,即,其中为静电力常量.试根据“高斯定理”证明:一个半径为的均匀带电球体(或球壳)在外部产生的电场,与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同,球外各点的电场强度也是,式中是球心到该点的距离, 为整个球体所带的电荷量.

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