9.如圖所示,為一個(gè)實(shí)驗(yàn)室模擬貨物傳送的裝置,A是一個(gè)表面絕緣質(zhì)量為M=1kg的小車,小車置于光滑的水平面上,在小車左端放置一質(zhì)量為m0=0.1kg帶電量為q=1×10-2C的絕緣貨柜,現(xiàn)將一質(zhì)量為m1=0.9kg的貨物放在貨柜內(nèi).在傳送途中有一水平電場(chǎng),可以通過開關(guān)控制其有、無及方向.先產(chǎn)生一個(gè)方向水平向右,大小E1=3×102N/m的電場(chǎng),小車和貨柜開始運(yùn)動(dòng),作用時(shí)間2s后,改變電場(chǎng),電場(chǎng)大小變?yōu)镋2=1×102N/m,方向向左,電場(chǎng)作用一段時(shí)間后,關(guān)閉電場(chǎng),小車正好到達(dá)目的地,貨物到達(dá)小車的最右端,且小車和貨物的速度恰好為零.已知貨柜與小車間的動(dòng)摩擦因數(shù)?=0.1,(小車不帶電,貨柜及貨物體積大小不計(jì),g取10m/s2)求:
(1)2s末貨柜和小車速度分別是多少?
(2)第二次電場(chǎng)作用的時(shí)間;
(3)小車的長度及小車右端到達(dá)目的地的距離.

分析 (1)根據(jù)牛頓第二定律分別求出小車和貨物的加速度,再根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)基本公式分別求出速度和位移,經(jīng)2秒后,貨物作勻減速運(yùn)動(dòng),求出貨物的加速度,小車加速度不變,仍為a2=1m/s2向右,根據(jù)速度時(shí)間關(guān)系列式求解;
(2)當(dāng)兩者速度相等時(shí),貨柜恰好到達(dá)小車最右端,以后因?yàn)閝E2=f=?(m0+m1)g,貨柜和小車一起作為整體向右以相同的加速度向右作勻減速直到速度都為0.求出貨物和小車獲得共同速度至停止運(yùn)動(dòng)用時(shí)間,即可求出第二次電場(chǎng)作用時(shí)間;
(3)求出小車在t2時(shí)間內(nèi)位移和貨柜在t2時(shí)間內(nèi)位移,根據(jù)位移關(guān)系即可求得小車長度;小車右端到達(dá)目的地的距離為三段運(yùn)動(dòng)位移之和.

解答 解:
(1)貨柜a1=$\frac{{F}_{1}-f}{{m}_{1}+{m}_{0}}$=$\frac{3-μ({m}_{1}+{m}_{2})g}{{m}_{1}+{m}_{0}}$=2m/s2                     
小車a2=$\frac{μ({m}_{1}+{m}_{0})g}{M}$=1m/s2       
 貨柜V1=a1t1=2×2=4m/s  向右                                    
小車V2=a2t1=1×2=2m/s   向右                         
(2)經(jīng)t1=2s 
 貨物運(yùn)動(dòng)s1=$\frac{1}{2}$a1t${\;}_{1}^{2}$    
小車運(yùn)動(dòng)s2=$\frac{1}{2}{a}_{2}{t}_{1}^{2}$    
經(jīng)2秒后,貨物作勻減速運(yùn)動(dòng)
a${\;}_{1}^{′}$=$\frac{q{E}_{2}+μ({m}_{1}+{m}_{0})}{{m}_{1}+{m}_{0}}$=2m/s2    向左               
小車加速度不變,仍為a${\;}_{2}^{′}$=a2=1m/s2向右,當(dāng)兩者速度相等時(shí),貨柜恰好到達(dá)小車最右端,
以后因?yàn)閝E2=f=?(m0+m1)g,貨柜和小車一起作為整體向右以a3=$\frac{q{E}_{2}}{{m}_{0}+{m}_{1}+M}$=$\frac{1}{2}$=0.5m/s2  
向右作勻減速直到速度都為0.                                       
共同速度為
V=V1-a1′t2   
V=V2+a2′t2t2=$\frac{2}{3}$s   
V=$\frac{3}{8}$m/s     
貨物和小車獲得共同速度至停止運(yùn)動(dòng)用時(shí) t3=$\frac{0-v}{-{a}_{3}}$=$\frac{16}{3}$s        
第二次電場(chǎng)作用時(shí)間為t=t2+t3=6s 
(3)小車在t2時(shí)間內(nèi)位移S3=V2t2+$\frac{1}{2}$a2t22=$\frac{14}{9}$m     
貨柜在t2時(shí)間內(nèi)位移為S4=V1t2-$\frac{1}{2}$a1′t22=$\frac{20}{9}$m     
小車長度L=S1-S2+S4-S3=$\frac{8}{3}$m  
小車右端到達(dá)目的地的距離為S=s1+s2+$\frac{0-{V}^{2}}{2{a}_{3}}$=$\frac{96}{9}$=10.7m
答:(1)2s末貨柜和小車速度分別是4m/s,2m/s;
(2)第二次電場(chǎng)作用的時(shí)間6s
(3)小車的長度$\frac{8}{3}$m,小車右端到達(dá)目的地的距離為10.7m.

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了勻變速直線運(yùn)動(dòng)基本公式的直接應(yīng)用,要求同學(xué)們能正確分析各過程的受力情況,根據(jù)牛頓第二定律求出加速度,結(jié)合隔離法和整體法解題,難度較大.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:解答題

13.質(zhì)量為50kg的物體放在傾角為30°的斜面上,物體和斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2,物體沿斜面做加速直線運(yùn)動(dòng),求物體下滑的加速度及下滑5s末的速度.(注:斜面足夠長)

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

20.如圖,二條長直導(dǎo)線通以如圖的電流,且I1=I2,則距兩導(dǎo)線等距的A點(diǎn)的磁場(chǎng)方向?yàn)椋ā 。?br />
A.向上B.向右C.向左D.向下

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

17.從同一地點(diǎn)同時(shí)開始沿同一直線運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)物體A、B的速度-時(shí)間圖象如圖所示.在0~t2時(shí)間內(nèi),下列說法中正確的是( 。
A.A物體所受的合外力不斷增大,B物體所受的合外力不斷減小
B.在相遇之前,t1時(shí)刻兩物體相距最遠(yuǎn)
C.A、B兩個(gè)物體的平均速度大小都是$\frac{{{v_1}+{v_2}}}{2}$
D.t2時(shí)刻兩物體相遇

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

4.某物理興趣活動(dòng)小組利用如圖甲所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,實(shí)驗(yàn)中電火花計(jì)時(shí)器所用的交流電源的頻率為50Hz,得到如圖乙所示的紙帶,選取紙帶上連續(xù)打出的五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E,測(cè)出A點(diǎn)距起點(diǎn)O(初速度為零)的距離為s0=19.00cm,點(diǎn)A、C之間的距離為s1=8.36cm,點(diǎn)C、E之間的距離為s2=9.88cm,g取9.8m/s2,測(cè)得重物的質(zhì)量為100g.

(1)選取O、C兩點(diǎn)為初末位置研究機(jī)械能守恒,重物減少的重力勢(shì)能為0.268J,打下C點(diǎn)時(shí)重物的動(dòng)能為0.256J.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字) 
(2)實(shí)驗(yàn)中,由于存在阻力的作用,重物減少的重力勢(shì)能總是大于重物增加的動(dòng)能,依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來計(jì)算重物在下落過程中受到的平均阻力大小為f=0.04N.(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

14.如圖所示,在豎直平面固定一半徑為R的絕緣細(xì)圓環(huán),在圓環(huán)的水平直徑兩端固定著A、B兩點(diǎn)電荷,質(zhì)量為m的帶電金屬小球C(視為質(zhì)點(diǎn)),通過長為L的絕緣細(xì)線懸掛在圓環(huán)的最高點(diǎn),發(fā)現(xiàn)小球在垂直圓環(huán)平面的對(duì)稱軸上處于平衡狀態(tài),已知A、B兩點(diǎn)電荷所帶的電荷量均為+q,靜電力常量為k.求:
(1)繩對(duì)小球的拉力;
(2)小球帶的電荷量.

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科目:高中物理 來源: 題型:填空題

1.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,采用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置,小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表示,盤及盤中砝碼的質(zhì)量用m表示,小車的加速度可由小車后拖動(dòng)的紙帶打上的點(diǎn)計(jì)算出.

(1)以下措施正確的是BC
A.平衡摩擦力時(shí),應(yīng)將重物用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上
B.平衡摩擦力時(shí),小車后面的紙帶必須連好,因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)過程中紙帶也要受到阻力
C.每次改變小車的質(zhì)量時(shí),不需要重新平衡摩擦力
D.實(shí)驗(yàn)時(shí),先放開小車,后接通電源
(2)當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足M>>m時(shí),才可以認(rèn)為繩對(duì)小車的拉力大小等于盤及盤中砝碼的重力.
(3)一組同學(xué)在做加速度與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí),保持盤及盤中砝碼的質(zhì)量一定,改變小車及車中砝碼的質(zhì)量,測(cè)出相應(yīng)的加速度,采用圖象法處理數(shù)據(jù).為了比較容易地檢查出加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系,應(yīng)該做a與$\frac{1}{M}$的圖象.
(4)如圖2-(a),甲同學(xué)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)做出的a-F圖線,說明實(shí)驗(yàn)存在的問題是平衡摩擦力時(shí)木板傾角過大.
(5)乙、丙同學(xué)用同一裝置做實(shí)驗(yàn),畫出了各自得到的a-F圖線,如圖2-(b)所示,兩個(gè)同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)的小車質(zhì)量取值不同,其中丙(填“乙”或“丙”)取的值比較大.

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科目:高中物理 來源: 題型:填空題

18.某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m關(guān)系的實(shí)驗(yàn),圖(a)為實(shí)驗(yàn)裝置簡圖.(交流電的頻率為50Hz)

(1)圖(b)為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶,根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為3.2m/s2.(保留二位有效數(shù)字)
(2)為了用細(xì)線的拉力表示小車受到的合外力,實(shí)驗(yàn)操作時(shí)必須首先平衡小車的摩擦力.該操作是否成功判斷的依據(jù)是不掛沙桶時(shí)小車?yán)垘Т虻狞c(diǎn)跡是均勻的..

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

19.如圖所示,電磁炮是一種新型的發(fā)射炮彈的裝置.把待發(fā)射的炮彈放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的兩平行導(dǎo)電導(dǎo)軌上,給導(dǎo)軌通以大電流,炮彈作為一個(gè)載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)作用下沿導(dǎo)軌加速,使炮彈獲得極大的發(fā)射速度.下列各俯視圖中正確表示磁場(chǎng)B方向的是(  )
A.B.C.D.

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