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1、
計(jì)算題夯基練習(xí)(五)
1、(2019·佛山模擬)
如圖是游樂(lè)場(chǎng)的一項(xiàng)娛樂(lè)設(shè)備。一環(huán)形座艙裝在豎直柱子上,由升降機(jī)送上幾十米的高處,然后讓座艙自由落下,落到一定位置時(shí),制動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng),到地面時(shí)剛好停下。已知座艙開(kāi)始下落的高度為H=75 m,當(dāng)落到離地面h=30 m的位置時(shí)開(kāi)始制動(dòng),座艙均勻減速。在一次娛樂(lè)中,某同學(xué)把質(zhì)量m=6 kg的書(shū)包放在自己的腿上。g取10 m/s2,不計(jì)座艙與柱子間的摩擦力及空氣阻力。
(1)當(dāng)座艙落到離地面h1=60 m和h2=20 m的位置時(shí),求書(shū)包對(duì)該同學(xué)腿部的壓力是多大。
(2)若環(huán)形座艙的質(zhì)量M=4×103 kg,求制動(dòng)過(guò)程中機(jī)器輸出的平均功率
2、。
【解析】(1)當(dāng)座艙距地面h1=60 m時(shí),書(shū)包處于完全失重狀態(tài),故書(shū)包對(duì)該同學(xué)的壓力F1=0
座艙自由下落高度為H-h=(75-30)m=45 m時(shí),座艙開(kāi)始制動(dòng),設(shè)此時(shí)的速度為v,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得:v2=2g(H-h)
座艙制動(dòng)過(guò)程做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),設(shè)其加速度大小為a,則有:v2=2ah
聯(lián)立解得:a=15 m/s2 方向豎直向上
設(shè)此過(guò)程中書(shū)包受到腿的支持力為F2,根據(jù)牛頓第二定律,對(duì)書(shū)包有:F2-mg=ma
代入數(shù)據(jù)可得:F2=150 N
根據(jù)牛頓第三定律有:該同學(xué)腿部受到的壓力:
F′2=F2=150 N
(2)設(shè)制動(dòng)過(guò)程中座艙所受的制動(dòng)力為F,經(jīng)歷的時(shí)間為t,
3、由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得:h=vt-at2
根據(jù)牛頓第二定律,對(duì)座艙有:F-Mg=Ma
座艙克服制動(dòng)力做功W=Fh
機(jī)器輸出的平均功率P=
聯(lián)立解得:P=1.5×106 W
答案:(1)0 150 N (2)1.5×106 W
2、如圖甲所示,在水平路段AB上有一質(zhì)量為2×103 kg的汽車(chē)(可視為質(zhì)點(diǎn)),正以10 m/s的速度向右勻速運(yùn)動(dòng),汽車(chē)前方的水平路段BC較粗糙,汽車(chē)通過(guò)整個(gè)ABC路段的v-t圖象如圖乙所示(在t=15 s處水平虛線(xiàn)與曲線(xiàn)相切),運(yùn)動(dòng)過(guò)程中汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率保持20 kW不變,假設(shè)汽車(chē)在兩個(gè)路段上受到的阻力(含地面摩擦力和空氣阻力等)各自有恒定的大小。求:
4、
(1)汽車(chē)在AB路段上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受阻力Ff1的大小。
(2)汽車(chē)剛好開(kāi)過(guò)B點(diǎn)時(shí)加速度a的大小。
(3)BC路段的長(zhǎng)度。
【解題指導(dǎo)】解答本題應(yīng)注意以下兩點(diǎn):
(1)根據(jù)v-t圖象可知,汽車(chē)在AB路段和t=15 s以后均做勻速運(yùn)動(dòng),阻力與牽引力大小分別相等。
(2)汽車(chē)在BC路段做非勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),對(duì)應(yīng)的位移應(yīng)根據(jù)動(dòng)能定理求解。
【解析】 (1)汽車(chē)在AB路段做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),根據(jù)平衡條件得:F1=Ff1
P=F1v1
解得:Ff1== N=2 000 N
(2)t=15 s時(shí)汽車(chē)處于平衡狀態(tài),則有:F2=
P=F2v2
解得:== N=4 000 N
剛好開(kāi)過(guò)B點(diǎn)時(shí)汽車(chē)的
5、牽引力仍為F1,根據(jù)牛頓第二定律得:-F1=ma
解得:a=1 m/s2。
(3)對(duì)于汽車(chē)在BC路段運(yùn)動(dòng),由動(dòng)能定理得:
Pt-s=m-m
解得:s=68.75 m
答案:(1)2 000 N (2)1 m/s2 (3)68.75 m
3、(2019·武漢模擬)
如圖所示,電路中電源的電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻不計(jì),其他各電阻阻值R1=R3=3R,R2=R。水平放置的平行金屬板A、B間的距離為d,板長(zhǎng)為L(zhǎng)。在A板的左下端且非??拷鼧O板A的位置,有一質(zhì)量為m、帶電荷量為-q的小液滴以初速度v0水平向右射入兩板間。(重力加速度用g表示)求:
(1)若使液滴能沿v0方向射出電場(chǎng),電動(dòng)勢(shì)E1
6、應(yīng)為多大?
(2)若使液滴恰能打在B板的中點(diǎn),電動(dòng)勢(shì)E2應(yīng)為多大?
【解析】(1)I==,
所以UBA=IR2=,
由平衡條件得mg==q,
解得E1=。
(2)由于液滴恰好打在B板的中點(diǎn),
利用類(lèi)平拋規(guī)律有=v0t,y=d=at2,
-mg=ma,同理UBA′=E2,
聯(lián)立解得E2=+g。
答案:(1) (2) +g
4、如圖所示,矩形線(xiàn)圈邊長(zhǎng)為ab=20 cm,ad=10 cm,匝數(shù)N=100匝,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.01 T。當(dāng)線(xiàn)圈以50 r/s的轉(zhuǎn)速?gòu)膱D示位置開(kāi)始逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。求:
(1)線(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式。
(2)從線(xiàn)圈開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)起計(jì)時(shí),經(jīng)
7、0.01 s時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值。
【解析】(1)根據(jù)角速度與轉(zhuǎn)速的關(guān)系
ω=2πn=100π rad/s
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值
Em=NBSω=NB···ω=2π V≈6.28 V
剛開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),線(xiàn)圈平面與中性面的夾角φ0=
所以線(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為
e=Emsin(ωt+φ0)=6.28sinV。
(2)將t=0.01 s代入感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式,得e=-3.14 V。
答案:(1)e=6.28sin V
(2)-3.14 V
5、在兩端封閉、粗細(xì)均勻的U形細(xì)玻璃管內(nèi)有一段水銀柱,水銀柱的兩端各封閉有一段空氣。當(dāng)U形管兩端豎直朝上時(shí),左、右兩邊空氣柱的長(zhǎng)
8、度分別為l1=18.0 cm和l2=12.0 cm,左邊氣體的壓強(qiáng)為12.0 cmHg?,F(xiàn)將U形管緩慢平放在水平桌面上,沒(méi)有氣體從管的一邊通過(guò)水銀逸入另一邊。求U形管平放時(shí)兩邊空氣柱的長(zhǎng)度。在整個(gè)過(guò)程中,氣體溫度不變。
【解析】設(shè)U形管兩端豎直朝上時(shí),左、右兩邊氣體的壓強(qiáng)分別為p1和p2。U形管水平放置時(shí),兩邊氣體壓強(qiáng)相等,設(shè)為p,此時(shí)原左、右兩邊氣體長(zhǎng)度分別變?yōu)閘1′和l2′。由力的平衡條件有p1=p2+ρg(l1-l2) ①
式中ρ為水銀密度,g為重力加速度。
由玻意耳定律有p1l1=pl1′ ②
p2l2=pl2′ ③
l1′-l1=l2-l2′ ④
由①②③④式和題給條件得l1′=22.5 cm⑤
l2′=7.5 cm⑥
答案:22.5 cm 7.5 cm
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