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1、
計(jì)算題仿真2021·Ⅱ卷高考模擬演練
24.如下列圖,空間存在范圍足夠大的豎直向上的勻強(qiáng)電場,場強(qiáng)E=2.0×107 N/C。在電場中O點(diǎn)懸掛一根長L=0.50 m的絕緣細(xì)線,細(xì)線的另一端系著質(zhì)量m=80 g、電荷量q=+8.5×10-8 C的小球。現(xiàn)將絕緣細(xì)線拉直至水平狀態(tài),將小球由靜止釋放。當(dāng)細(xì)線第一次到達(dá)豎直方向時(shí),細(xì)線恰好被拉斷。重力加速度g=10 m/s2。
(1)求細(xì)線的最大承受拉力值。
(2)當(dāng)細(xì)線剛好斷裂時(shí),電場強(qiáng)度的大小不變,方向變?yōu)樨Q直向下。小球繼續(xù)運(yùn)動(dòng),求當(dāng)小球再次與O點(diǎn)在同一水平面時(shí)到O點(diǎn)的距離。
解析 (1)qE>mg,小球向上做圓周運(yùn)動(dòng),到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)
2、細(xì)線被拉斷
從開始到最高點(diǎn),根據(jù)動(dòng)能定理得
(qE-mg)L=mv2
到最高點(diǎn)時(shí)根據(jù)牛頓第二定律得F+mg-qE=m
解得F=2.7 N。
(2)細(xì)線斷裂后,小球做類平拋運(yùn)動(dòng)
根據(jù)牛頓第二定律mg+qE=ma
豎直方向L=at2
水平方向x=vt
解得x=0.60 m。
答案 (1)2.7 N (2)0.60 m
25.(2021·廣東汕頭第二次模擬)如下列圖,一斜面體固定在水平地面上,傾角為θ=30°、高度為h=1.5 m。一薄木板B置于斜面頂端,恰好能保持靜止,木板下端連接有一根自然長度為l0=0.2 m的輕彈簧,木板總質(zhì)量為m=1 kg,總長度為L=2.0 m。一質(zhì)
3、量為M=3 kg的小物塊A從斜面體左側(cè)某位置水平拋出,該位置離地高度H=1.7 m,物塊A經(jīng)過一段時(shí)間后從斜面頂端沿平行于斜面方向落到木板上并開始向下滑行,A、B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=。木板下滑到斜面底端碰到擋板時(shí)立刻停下,物塊A最后恰好能脫離彈簧,且彈簧被壓縮時(shí)一直處于彈性限度內(nèi),最大靜摩擦力可認(rèn)為等于滑動(dòng)摩擦力,取重力加速度g=10 m/s2,不計(jì)空氣阻力。求:
(1)物塊A剛落到木板上的速度大小v;
(2)彈簧被壓縮到最短時(shí)的彈性勢能。
解析 (1)物塊A落到木板前做平拋運(yùn)動(dòng),豎直方向:
2g(H-h(huán))=v
得:vy=2 m/s
物塊A剛好落到木板上的速度大小為:
v=
4、=4 m/s。
(2)由木板恰好靜止在斜面上,得到斜面與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ0應(yīng)滿足:
mgsin30°=μ0mgcos30°
得:μ0=tan30°=
物塊A在木板上滑行時(shí),以A為研究對(duì)象有:
aA==2.5 m/s2(沿斜面向上)
以木板B為研究對(duì)象有:
aB=
=7.5 m/s2(沿斜面向下)
假設(shè)A與木板到達(dá)共同速度v共時(shí),A還沒有壓縮彈簧且木板還沒有到達(dá)底端,那么有:
v共=aBt=v-aAt
解得:v共=3 m/s,t=0.4 s
此過程,xA=·t=1.4 m,xB=·t=0.6 m<-L=1 m
故Δx=xA-xB=0.8 m
5、明以上假設(shè)成立
共速后,由于(M+m)gsin30°=μ0(M+m)gcos30°,A與木板B一起勻速到木板與底端擋板碰撞,木板停下,此后A做勻減速到與彈簧接觸,然后A壓縮彈簧至最短,設(shè)接觸彈簧時(shí)A的速度為vA,有:
-2aA(L-l0-Δx)=v-v
解得:vA=2 m/s
設(shè)彈簧最大壓縮量為xm,A從開始?jí)嚎s彈簧到剛好回到原長過程有:
Q=2μMgxmcos30°=Mv
得Q=6 J,xm= m
A從開始?jí)嚎s彈簧到彈簧最短過程有Epm=Mv+Mgxmsin30°-Q=5 J,即彈簧被壓縮到最短時(shí)的彈性勢能為5 J。
答案 (1)4 m/s (2)5 J
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