(18分)如图所示,光滑的金属导轨间距为L,导轨平面与水平面成α角,导轨下端接有阻值为R的电阻,质量为m的金属细杆ab与绝缘轻质弹簧相连静止在导轨上,弹簧劲度系数为k,上端固定,弹簧与导轨平面平行,整个装置处在垂直于导轨平面斜向上的匀强磁场中,磁感应强度为B.现给杆一沿轨道向下的初速度v0,杆向下运动至速度为零后,再沿轨道平面向上运动达最大速度v1,然后减速为零,再沿轨道平面向下运动……一直往复运动到静止(导轨与金属杆的电阻忽略不计).试求:
(1)细杆获得初速度瞬间,通过R的电流I
(2)当杆速度为v1时离最初静止时位置的距离L1
(3)杆由初速度v0开始运动直到最后静止,电阻R上产生的焦耳热Q
(14分)如图所示,半径R=2m的四分之一粗糙圆弧轨道AB置于竖直平面内,轨道的B端切线水平,且距水平地面高度为h=1.25m,现将一质量m=0.2kg的小滑块从A点由静止释放,滑块沿圆弧轨道运动至B点以V0=5m/s的速度水平飞出,不计空气阻力(g取10m/s2).求:
(1)小滑块沿圆弧轨道运动过程中所受摩擦力做的功Wf
(2)小滑块经过B点时对圆轨道的压力
(3)小滑块着地时的速度V的大小
(10分)利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置示意图如图1所示:
(1)实验步骤:
①将气垫导轨放在水平桌面上,桌面高度不低于lm,将导轨调至水平;
②用游标卡尺测量挡光条的宽度L,结果如图2所示,由此读出L= mm;
③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离S;
④将滑块移至光电门1左侧某处,待砝码静止不动时,释放滑块,要求砝码落地前挡光条已通过光电门2;
⑤从数字计时器(图1中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间△t1和△t2;
⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M,再称出托盘和砝码的总质量m.
(2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式:
①当滑块通过光电门1和光电门2时,系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1= 和E k2= .
②在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中,系统重力势能的减少量△EP= (重力加速度为g).
(3)如果在实验误差允许的范围内,△EP= ,则可认为验证了机械能守恒定律.
(5分)在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图甲):
①下列说法哪一项是正确的 .(填选项前字母)
A.平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上
B.为减小系统误差,应使钩码质量远大于小车质量
C.实验时,应使小车靠近打点计时器由静止释放
②图乙是实验中获得的一条纸带的一部分,选取O、A、B、C计数点,已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz,则打B点时小车的瞬时速度大小为 m/s(保留三位有效数字).
如图所示,长为L的长木板水平放置,在木板的A端放置一个质量为m的小物块,现缓慢地抬高A端,使木板以左端为轴转动,当木板转到与水平面的夹角为α时小物块开始滑动,此时停止转动木板,小物块滑到底端的速度为V,在整个过程中( )
A.木板对小物块做的功
B.支持力对小物块做的功为零
C.小物块的机械能的增量为
D.滑动摩擦力对小物块做的功
如图所示,小球A沿高为h、倾角为θ的光滑斜面以初速度v0由顶端滑到底端,而相同的物体B以同样大小的初速度从等高处竖直上抛,不计空气阻力,则( )
A.两物体落地时速度相同
B.A从开始运动至落地的过程中与B从开始运动至最高点的过程中,它们的机械能变化量相同
C.两物体落地时,重力对A做功的功率一定小于重力对B做功的功率
D.从开始运动至落地过程中,重力对它们做功的平均功率相同