25分钟计算题专练(2)
1.[2021·全国乙卷,24]一篮球质量为m=0.60 kg,一运动员使其从距地面高度为h1=1.8 m处由静止自由落下,反弹高度为h2=1.2 m.若使篮球从距地面h3=1.5 m的高度由静止下落,并在开始下落的同时向下拍球,球落地后反弹的高度也为1.5 m.假设运动员拍球时对球的作用力为恒力,作用时间为t=0.20 s;该篮球每次与地面碰撞前后的动能的比值不变.重力加速度大小取g=10 m/s2,不计空气阻力.求 (2)运动员拍球时对篮球的作用力的大小.
2.[2021·全国乙卷,25]如图,一倾角为α的光滑固定斜面的顶端放有质量M=0.06 kg的U型导体框,导体框的电阻忽略不计;一电阻R=3 Ω的金属棒CD的两端置于导体框上,与导体框构成矩形回路CDEF;EF与斜面底边平行,长度L=0.6 m.初始时CD与EF相距s0=0.4 m,金属棒与导体框同时由静止开始下滑,金属棒下滑距离s1= m后进入一方向垂直于斜面的匀强磁场区域,磁场边界(图中虚线)与斜面底边平行;金属棒在磁场中做匀速运动,直至离开磁场区域.当金属棒离开磁场的瞬间,导体框的EF边正好进入磁场,并在匀速运动一段距离后开始加速.已知金属棒与导体框之间始终接触良好,磁场的磁感应强度大小B=1 T,重力加速度大小取g=10 m/s2,sin α=0.6.求 (1)金属棒在磁场中运动时所受安培力的大小;
(2)金属棒的质量以及金属棒与导体框之间的动摩擦因数;
(3)导体框匀速运动的距离.
25分钟计算题专练(2)
1.答案:(1)4.5 J (2)9.0 N
解析:(1)篮球下落及上升过程中,机械能守恒
则碰地前、后动能的比值k=
设运动员拍球过程中对篮球所做的功为W
则=k
代入数据得W=4.5 J
(2)设运动员拍球时对篮球作用力为低压注塑热熔胶F,篮球的加速度为a
则有F+IT维保mg=ma
设时间t内篮球运动距离为s,
则烧结烟气脱硫s=at2,又W=F·s
代入数据得F=9.0 N
2.答案:(1)0.18 N (2)0.02 kg 0.375 (3) m
解析:(1)设金属棒质量为m,进入磁场时速度大小为v
工业机柜空调由机械能守恒定律有mv2=mgs自动融雪设备1sin α①
设金属棒在磁场中运动时产生的感应电动势为E,回路中的电流为I,金属棒受到沿斜面向上的安培力大小为F,则
E=BLv②
I=③
F=BIL④
联立①②③④式并代入题给数据得F=0.18 N⑤
(2)设EF边进入磁场时的速度为V,金属棒与导体框之间的摩擦力为f,从金属棒进入磁场到EF边刚进入磁场的过程中,由动能定理有M(V2压力检测装置-v2)=(Mg sin α-f)·s0⑥
设导体框在磁场中做匀速运动时所受安培力大小为F′,则Mg sin α-f-F′=0⑦
根据②③④,同理可知F′=⑧
金属棒在磁场中做匀速运动,则mg sin α+f-F=0⑨
设金属棒与导体框之间的动摩擦因数为μ,则f=μmg cos α⑩
联立以上各式代入数据得
m=0.02 kg⑪
μ=0.375⑫
(3)设金属棒离开磁场后加速度为a,速度达到V所需时间为t,由牛顿第二定律和运动学公式有mg sin α+f=ma ⑬
v+at=V ⑭
设导体框在磁场中做匀速运动的距离为d,则d=Vt⑮
联立以上各式并代入题给数据得d= m⑯