【題目】如圖所示,已知?jiǎng)哦认禂?shù)為k的輕質(zhì)彈簧下端固定在地面上,上端焊接一個(gè)質(zhì)量為m的平臺,在平臺上豎直放置一個(gè)質(zhì)量也為m的邊長為l的單匝正方形金屬線框,開始處于靜止?fàn)顟B(tài)。設(shè)某時(shí)刻給線框一個(gè)豎直向上的恒力F作用使其向上運(yùn)動(dòng)。線框上方某空間存在垂直紙面向里的長方形邊界的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,長方形的寬大于l,線框的電阻為R。

(1)求施加拉力之前彈簧的壓縮量x;

(2)當(dāng)F=2mg時(shí),線框進(jìn)入磁場時(shí)恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng),求勻強(qiáng)磁場下邊界距離線框上邊長的高度h;

(3)已知彈簧的彈性勢能與彈簧的形變量之間的關(guān)系為Ep=kx2,求線框與平臺發(fā)生分離時(shí)(此時(shí)正方形線框未進(jìn)入磁場),恒力F的取值范圍。

【答案】(1)(2)(3)F至少要大于 線框與平臺才會分離.

【解析】

(1)開始時(shí),對線圈和平臺的整體,根據(jù)平衡條件可得:

解得:

(2)設(shè)線框上邊長達(dá)到磁場下邊界時(shí)的速度為,分析可知線框與平臺會立即分離,線框只受力和重力作用,由動(dòng)能定理可得:

線框進(jìn)入磁場過程中:

感應(yīng)電流:

由于線框進(jìn)入磁場過程中做勻速直線運(yùn)動(dòng),則有:

解得:

(3)線框與平臺剛要分離時(shí),線框與平臺之間的彈力:

此時(shí)平臺和線框具有相同的加速度,設(shè)其大小為,且彈簧的壓縮量為

根據(jù)牛頓第二定律對線框有:

對平臺有:

線框與平臺要分離,必須滿足在分離位置處平臺和線框的動(dòng)能大于0

則有:

解得:

討論:當(dāng)時(shí),線框與平臺不會分離而做往復(fù)的周期運(yùn)動(dòng);

當(dāng)線框與平臺會分離,分離時(shí)速度向上,總動(dòng)能大于0;

當(dāng)時(shí)線框與平臺在初始位置即分離;

F至少要大于 線框與平臺才會分離.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,在靜電場中有A、B兩點(diǎn),則下列說法中正確的是( )

A. 場強(qiáng)EA>EB,電勢φA>φB

B. 將電荷+qA點(diǎn)移到B點(diǎn),電場力做負(fù)功

C. 將重力可忽略的電荷+qA點(diǎn)移到B點(diǎn),加速度變小

D. 將電荷q分別放在A、B兩點(diǎn),具有的電勢能EpA<EpB

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,E為電源,R為電阻,D為理想二極管,薄金屬片PQ構(gòu)成一理想電容器,Q固定不動(dòng),P可以左右移動(dòng).則

A. P向右運(yùn)動(dòng),電容器的電容會增大

B. P向左運(yùn)動(dòng),電容器的電壓會減小

C. P向左運(yùn)動(dòng),兩板間電場強(qiáng)度保持不變

D. P向右運(yùn)動(dòng),兩板間電場強(qiáng)度增大

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,在x軸上有兩個(gè)波源,分別位于x=0.2mx=1.2m處,振幅均為A=2cm,由它們產(chǎn)生的兩列簡諧橫波分別沿x軸正方向和負(fù)方向傳播,波速均為v=0.4m/s,圖示為t=0時(shí)刻兩列波的圖像(傳播方向如圖所示),此刻平衡位置處于x=0.2mx=0.8mP、Q兩質(zhì)點(diǎn)剛開始振動(dòng).質(zhì)點(diǎn)M的平衡位置處于x=0.5m處,關(guān)于各質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)情況判斷正確的是

A. 質(zhì)點(diǎn)PQ都首先沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)

B. t=0.75s時(shí)刻,質(zhì)點(diǎn)PQ都運(yùn)動(dòng)到M點(diǎn)

C. t=1s時(shí)刻,質(zhì)點(diǎn)們相對平衡位置的位移為-2cm

D. 經(jīng)過1s后,M點(diǎn)的振幅為4cm

E. 經(jīng)過1.5s后,P點(diǎn)的振幅為4cm

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,質(zhì)量M=1kg的重物B和質(zhì)量m=0.3kg的小圓環(huán)A用細(xì)繩跨過一光滑滑輪軸連接,A端繩與輪連接,B端繩與軸相連接,不計(jì)輪軸的質(zhì)量,輪與軸有相同的角速度且輪和軸的直徑之比為21。重物B放置在傾角為30固定在水平地面的斜面上,輕繩平行于斜面,B與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=,圓環(huán)A套在豎直固定的光滑直桿上,滑輪軸中心與直桿的距離為L=4m,F(xiàn)將圓環(huán)A從與滑輪軸上表面等高處a靜止釋放,當(dāng)下降H=3m到達(dá)b位置時(shí),圓環(huán)的速度達(dá)到最大值,已知直桿和斜面足夠長,不計(jì)空氣阻力,取g=10m/s2。下列判斷正確的是

A. 圓環(huán)A到達(dá)b位置時(shí),A、B組成的系統(tǒng)機(jī)械能減少了2.5J

B. 圓環(huán)A速度最大時(shí),環(huán)A與重物B的速度之比為53

C. 圓環(huán)A能下降的最大距離為Hm=7.5m

D. 圓環(huán)A下降過程,作用在重物B上的拉力始終大于10N

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】在一水平向右勻速運(yùn)動(dòng)的長傳送帶的左端A點(diǎn),每隔相同的時(shí)間輕放上一個(gè)相同的工件。經(jīng)測量,發(fā)現(xiàn)前面那些已經(jīng)和傳送帶達(dá)到相同速度的工件之間的距離均為L。已知傳送帶的速率恒為v,工件與傳送帶間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,工件質(zhì)量為m,重力加速度為g,則下列說法正確的是

A. 工件在傳送帶上加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間一定等于

B. 傳送帶對每個(gè)工件做的功為

C. 每個(gè)工件與傳送帶間因摩擦而產(chǎn)生的熱量一定等于

D. 傳送帶因傳送每一個(gè)工件而多消耗的能量為

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】某同學(xué)用探究動(dòng)能定理的裝置測滑塊的質(zhì)量M。如圖甲所示,在水平氣墊導(dǎo)軌上靠近定滑輪處固定一個(gè)光電門。讓一帶有遮光片的滑塊自某一位置由靜止釋放,計(jì)時(shí)器可以顯示出遮光片通過光電門的時(shí)間t(t非常小),同時(shí)用米尺測出釋放點(diǎn)到光電門的距離s。

(1)該同學(xué)用螺旋測微器測出遮光片的寬度d,如圖乙所示,則d________ mm

(2)實(shí)驗(yàn)中多次改變釋放點(diǎn),測出多組數(shù)據(jù),描點(diǎn)連線,做出的圖像為一條傾斜直線,如圖丙所示。圖像的縱坐標(biāo)s表示釋放點(diǎn)到光電門的距離,則橫坐標(biāo)表示的是______。

At Bt2 C. D.

(3)已知鉤碼的質(zhì)量為m,圖丙中圖線的斜率為k,重力加速度為g。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù),寫出滑塊質(zhì)量的表達(dá)式M____________________。(用字母表示)

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,在豎直平面內(nèi)有一光滑水平直軌道與半徑為R的光滑半圓形軌道在半圓的一個(gè)端點(diǎn)B相切,可視為質(zhì)點(diǎn)的小球從A點(diǎn)通過B點(diǎn)進(jìn)入半徑為R的半圓,恰好能通過半圓的最高點(diǎn)M,從M點(diǎn)飛出后落在水平面上,不計(jì)空氣阻力,則

A. 小球到達(dá)M點(diǎn)時(shí)的速度大小為0 B. 小球在A點(diǎn)時(shí)的速度為

C. 小球落地點(diǎn)離B點(diǎn)的水平距離為2R D. 小球落地時(shí)的動(dòng)能為

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,一個(gè)理想邊界為PQ、MV的足夠大的勻強(qiáng)磁場區(qū)域,寬度為d,磁場方向垂直紙面向里。O點(diǎn)處有一體積可忽略的電子發(fā)射裝置,能夠在紙面所在平面內(nèi)向磁場內(nèi)各個(gè)方向連續(xù)、均勻地發(fā)射速度大小相等的電子,當(dāng)電子發(fā)射速率為v0時(shí),所有電子恰好都不能從MN邊界射出磁場,則當(dāng)電子發(fā)射速率為4v0時(shí)( 。

A. 電子的運(yùn)動(dòng)半徑為4d

B. MN邊界射出的電子數(shù)占總電子數(shù)的三分之二

C. MN邊界上有電子射出的總長度為2d

D. 電子在磁場中運(yùn)動(dòng)的最長時(shí)間為

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