如图甲所示是一打桩机的简易模型.质量m=1kg的物体在恒定拉力F作用下从与钉子接触处由静止开始运动,上升一段高度后撤去F,到最高点后自由下落,撞击钉子,将钉子打入一定深度.物体上升过程中,机械能E与上升高度h的关系图像如图乙所示.不计所有摩擦,g取10m/s2.求:(1)物体上升到1m高度处的速度;(2)物体上升1 m后再经多长时间才撞击钉子(结果可保留根号);(3)物体上升到0.25m高度处拉力F的瞬时功率.
对铀235的进一步研究在核能的开发和利用中具有重要意义。如图所示,质量为 m 、电荷量为 q 的铀235离子,从容器 A 下方的小孔 S 1 不断飘入加速电场,其初速度可视为零,然后经过小孔 S 2 垂直于磁场方向进入磁感应强度为 B 的匀强磁场中,做半径为 R 的匀速圆周运动。离子行进半个圆周后离开磁场并被收集,离开磁场时离子束的等效电流为 I 。不考虑离子重力及离子间的相互作用。
(1)求加速电场的电压 U ; (2)求出在离子被收集的过程中任意时间 t 内收集到离子的质量M; (3)实际上加速电压的大小会在 U+ΔU 范围内微小变化。若容器 A 中有电荷量相同的铀235和铀238两种离子,如前述情况它们经电场加速后进入磁场中会发生分离,为使这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠, Δ U U 应小于多少?(结果用百分数表示,保留两位有效数字)
如图所示,一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内,导轨间距 1=0.5m ,左端接有阻值 R=0.3Ω 的电阻。一质量 m=0.1kg ,电阻 r=0.1Ω 的金属棒MN放置在导轨上,整个装置置于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度 B=0.4T 。棒在水平向右的外力作用下,由静止开始以 a=2m/s2 的加速度做匀加速运动,当棒的位移 x=9m 时撤去外力,棒继续运动一段距离后停下来,已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比 Q 1 : Q 2 =2:1 。导轨足够长且电阻不计,棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触。求
(1)棒在匀加速运动过程中,通过电阻 R 的电荷量 q ; (2)撤去外力后回路中产生的焦耳热 Q 2 ; (3)外力做的功 W F 。
如图所示,水平地面上固定有高为 h 的平台,台面上有固定的光滑坡道,坡道顶端距台面高度也为 h ,坡道底端与台面相切。小球 A 从坡道顶端由静止开始滑下,到达水平光滑的台面与静止在台面上的小球 B 发生碰撞,并粘连在一起,共同沿台面滑行并从台面边缘飞出,落地点与飞出点的水平距离恰好为台高的一半,两球均可视为质点,忽略空气阻力,重力加速度为 g 。求
(1)小球 A 刚滑至水平台面的速度 v a ;(2) A、B 两球的质量之比 m a : m b 。
质量为0.2 kg 的小球竖直向下以6 m/s 的速度落至水平地面,再以4 m/s 的速度反向弹回,取竖直向上为正方向,则小球与地面碰撞前后的动量变化为 kg · m/s 。若小球与地面的作用时间为0.2 s ,则小球受到地面的平均作用力大小为 N (取 g =10 m/s2 )。
一探险队员在探险时遇到一山沟,山沟的一侧竖直,另一侧的坡面呈抛物线形状。此队员从山沟的竖直一侧,以速度 v 0 沿水平方向跳向另一侧坡面。如图所示,以沟底的 O 点为原点建立坐标系 Oxy 。已知,山沟竖直一侧的高度为 2h ,坡面的抛物线方程为 y= 1 2 h x2 ,探险队员的质量为 m 。人视为质点,忽略空气阻力,重力加速度为 g 。
(1)求此人落到坡面时的动能;
(2)此人水平跳出的速度为多大时,他落在坡面时的动能最小?动能的最小值为多少?