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计算题专练(五)
1.光滑水平面上放着质量mA=1 kg的物块A与质量mB=2 kg的物块B,A与B均可视为质点,A靠在竖直墙壁上,A、B间夹一个被压缩的轻弹簧(弹簧与A、B均不拴接),用手挡住B不动,此时弹簧弹性势能Ep=49 J.在A、B间系一轻质细绳,细绳长度大于弹簧的自然长度,如图1所示.放手后B向右运动,绳在短暂时间内被拉断,之后B冲上与水平面相切的竖直半圆光滑轨道,其半径R=0.5 m,B恰能到达最高点C.取g=10 m/s2,求:
图1
(1)绳拉断后瞬间B的速度vB的大小;
(2)绳拉断过程绳对B的冲量I的大小;
(3)绳拉断过程绳对A所做的功W.
答案 (1)5 m/s (2)4 N·s (3)8 J
解析 (1)设B在绳被拉断后瞬间的速度为vB,到达C时的速度为vC,有mBg=mB
mBv=mBv+2mBgR
代入数据得vB=5 m/s
(2)设弹簧恢复到自然长度时B的速度为v1,取水平向右为正方向,有Ep=mBv,I=mBvB-mBv1
代入数据得I=-4 N·s,其大小为4 N·s
(3)设绳断后A的速度为vA,取水平向右为正方向,有
mBv1=mBvB+mAvA
W=mAv
代入数据得W=8 J.
2.如图2所示,在第一象限内有垂直纸面向里和向外的匀强磁场,磁感应强度分别为B1=0.1 T、B2=0.05 T,分界线OM与x轴正方向的夹角为α.在第二、三象限内存在着沿x轴正方向的匀强电场,电场强度E=1×104 V/m.现有一带电粒子由x轴上A点静止释放,从O点进入匀强磁场区域.已知A点横坐标xA= -5×10-2 m,带电粒子的质量m=1.6×10-24 kg,电荷量q=+1.6×10-15 C.
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图2
(1)要使带电粒子能始终在第一象限内运动,求α的取值范围?(用反三角函数表示)
(2)如果α=30°,则粒子能经过OM分界面上的哪些点?
(3)如果α=30°,让粒子在OA之间的某点释放,要求粒子仍能经过(2)问中的那些点,则粒子释放的位置应满足什么条件?
答案 (1)α