几道有难度的力学电磁高中物理题解(南开中学).doc

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资源描述
离地20m高处有一小球做自由落体运动,此时其正下方地面有另一小球以20m/s的初速度上抛求()经多长时间两球在空中相遇()若要使两球在空中相遇,球上抛的速度最小满足什么条件思路分析1:当在空中相遇的时候设经过了时间t设A的下落高度是hB的上升高度是20-hh=gt2/2(20-h)=20t-gt2/2两个式子相加:20=20t所以t=1解题过程2:设速度最小为V要想恰巧相遇则相遇的时候肯定是A和B都是下落A和B恰好同时落地就是刚好不在空中相遇A在空中运行的时间设为T则gT2/2=20所以T=2s所以B也在空中恰好运动2s上升也就是1s所以V=gt=10*1=10m/s所以只要上抛速度大于10m/s俩球就会在空中相遇2004年1月25日,继“勇气”号之后,“机遇”号火星探测器再次成功登陆火星。在人类成功登陆火星之前,人类为了探测距离地球大约3.0105km的月球,也发射了一种类似四轮小车的月球探测器。它能够在自动导航系统的控制下行走,且每隔10s向地球发射一次信号。探测器上还装着两个相同的减速器(其中一个是备用的),这种减速器可提供的最大加速度为5m/s2。某次探测器的自动导航系统出现故障,从而使探测器只能匀速前进而不再能自动避开障碍物。此时地球上的科学家必须对探测器进行人工遥控操作。下表为控制中心的显示屏的数据: 已知控制中心的信号发射与接收设备工作速度极快。科学家每次分析数据并输入命令最少需要3s。问:(1)经过数据分析,你认为减速器是否执行了减速命令?(2)假如你是控制中心的工作人员,应采取怎样的措施?加速度需满足什么条件?请计说明。答案解:(1)设在地球和月球之间传播电磁波需时为(1)从前两次收到的信号可知:探测器的速度(2)由题意可知,从发射信号到探测器收到信号并执行命令的时刻为9:1034。控制中心第三次收到的信号是探测器在9:1039发出的。从后两次收到的信号可知探测器的速度(3) 可见,探测器速度未变,并未执行命令而减速。减速器出现故障。(2)应启用另一个备用减速器。再经过3s分析数据和1s接收时间,探测器在9:1044执行命令,此时距前方障碍物距离s=2m。设定减速器加速度为,则有m,可得m/s2(4)即只要设定加速度m/s2,便可使探测器不与障碍物相撞。如图所示,MN、PQ是两条水平放置彼此平行的金属导轨,匀强磁场的磁感线垂直导轨平面导轨左端接阻值R1.5的电阻,电阻两端并联一电压表,垂直导轨跨接一金属杆ab,ab的质量m=0.1kg,电阻r=0.5. ab与导轨间动摩擦因数=0.5,导轨电阻不计,现用F = 0.7N的恒力水平向右拉ab,使之从静止开始运动,经时间t=2s后,ab开始做匀速运动,此时电压表示数U=0.3V重力加速度g = 10m/s2求:(1)ab匀速运动时,外力F的功率(2)ab杆加速过程中,通过R的电量(3)ab杆加速运动的距离解析:(1)设导轨间距为L,磁感应强度为B,ab杆匀速运动的速度为v,电流为I此时ab杆受力如图所示:由平衡条件得:F=mgILB 1分 由欧姆定律得: 1分解得: 1分F的功率: 1分(2)设ab加速时间为t,加速过程的平均感应电流为, 由动量定理得: 2分解得: 1分(3)设加速运动距离为S,由法拉第电磁感应定律得 1分解得 1分 (18分)目前,我国正在实施“嫦娥奔月”计划.如图所示,登月飞船以速度v0绕月球做圆周运动,已知飞船质量为m=1.2104kg,离月球表面的高度为h=100km,飞船在A点突然向前做短时间喷气,喷气的相对速度为u=1.0104m/s,喷气后飞船在A点的速度减为vA,于是飞船将沿新的椭圆轨道运行,最终飞船能在图中的B点着陆(A、B连线通过月球中心,即A、B两点分别是椭圆的远月点和近月点),试问: (1)飞船绕月球做圆周运动的速度v0是多大? (2)由开普勒第二定律可知,飞船在A、B两处的面积速度相等,即rAvA=rBvB,为使飞船能在B点着陆,喷气时需消耗多少燃料?已知月球的半径为R=1700km,月球表面的重力加速度为g=1.7m/s2(选无限远处为零势能点,物体的重力势能大小为Ep=).解析:(1)当飞船以v0绕月球做半径为rA=R+h的圆周运动时,由牛顿第二定律得,(2分)则(2分)式中M表示月球的质量,R为月球的半径,为月球表面的重力加速度,所以代入数据得,v0=1652m/s(2分) (2)根据开普勒第二定律,飞船在A、B两处的面积速度相等,所以有rAvA=rBvB,即(R+h)vA=RvB (2分)由机械能守恒定律得, (2分)由式并代入数据得,vA=1628m/s(2分)故登月所需速度的改变量为m/s(2分)飞船在A点喷气前后动量守恒,设喷气总质量为m,因喷气前的动量为mv0,喷气后的动量为(mm)vA+m(v0+u),前后动量相等,故有mv0=(mm)vA+m(v0+u),(2 分)故喷气所消耗的燃料的质量为m=mv/(u+v)=28.7kg(2分)在光滑的水平面上钉两个钉子A和B,相距20 cm,用一根长为1 m的细绳,一端系一质量为0.5kg的小球,另一端固定在钉子A上。开始时,球与钉子A,B在一直线上,然后使小球以2m/s的速率开始在水平面内做匀速圆周运动。若绳能承受的最大张力为4N,那么,从开始到绳断所经历的时间是多少? 最佳答案:好评率:93%【解析】 球每转半圈,绳子就碰到不作为圆心的另一颗钉子,然后再以这颗钉子为圆心做匀速圆周运动,运动的半径就减少0.2 m,但速度大小不变(因为绳对球的拉力只改变球的速度方向).根据F=mv2/r知,绳每一次碰钉子后,绳的拉力(向心力)都要增大,当绳的拉力增大到Fmax=4 N时,球做匀速圆周运动的半径为rmin,则有Fmax=mv2/rminrmin=mv2/Fmax=(0.522/4)m=0.5 m.绳第二次碰钉子后半径减为0.6 m,第三次碰钉子后半径减为0.4 m.所以绳子在第三次碰到钉子后被拉断,在这之前球运动的时间为:t=t1+t2+t3=l/v+(l-0.2)/v+(l-0.4)/v=(3l-0.6)/v=(31-0.6)3.14/2 s=3.768 s永不离开 回答采纳率:58.5%2009-08-22 17:02
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