22.(16分)如图所示,质量相等的物块A和B叠放在水平地面上,左边缘对齐。A与B、B与地面间的动摩擦因数均为μ.先敲击A,A立即获得水平向右的初速度,在B上滑动距离L后停下。接着敲击B,B立即获得水平向右的初速度,A、B都向右运动,左边缘再次对齐时恰好相对静止,此后两者一起运动至停下。最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g。求:
(1)A被敲击后获得的初速度大小vA;
(2)在左边缘再次对齐的前、后,B运动加速度的大小aB、aB′;
(3)B被敲击后获得的初速度大小vB。
【考点】1E:匀变速直线运动的位移与时间的关系;37:牛顿第二定律
【专题】11:计算题;31:定性思想;4C:方程法;511:直线运动规律专题;63:分析综合能力.
【分析】(1)B向右运动,A受到的摩擦力向右,A由静止向右做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律及匀变速直线运动规律解题;
(2)根据A与B之间的摩擦力,B与地面之间的摩擦力,结合牛顿第二定律可分析出对齐和不对齐时B的加速度;
(3)由A、B所发生的相对位移L着手,分析出共速时各自发生的位移,联立等式进行求解。
【解答】解:(1)由牛顿运动定律知,A加速度的大小:aA=μg
(2)设A、B的质量均为m,对齐前,B所受合外力大小:F=3μmg
由牛顿运动定律:F=maB,解得:aB=3μg
对齐后,A、B所受合外力大小:F'=2μmg
由牛顿运动定律F'=2maB′
解得:a'B=μg
(3)经过时间t,A、B达到共同速度v,位移分别为xA,xB,A加速度的大小等于aA,则:
v=aAt
v=vB﹣aBt
且xB﹣xA=L
(2)在左边缘再次对齐的前、后,B运动加速度的大小aB、aB′分别为3μg,μg;
【点评】本题考查了匀变速直线运动,难点在于运用A、B共速候所发生的相对位移,联立等式求解初速度,因此思维只要落入这个等式即可求解。
23.(16分)如图所示,匀强磁场的磁感应强度大小为B.磁场中的水平绝缘薄板与磁场的左、右边界分别垂直相交于M、N,MN=L,粒子打到板上时会被反弹(碰撞时间极短),反弹前后水平分速度不变,竖直分速度大小不变、方向相反。质量为m、电荷量为﹣q的粒子速度一定,可以从左边界的不同位置水平射入磁场,在磁场中做圆周运动的半径为d,且d<L.粒子重力不计,电荷量保持不变。
(1)求粒子运动速度的大小v;
(2)欲使粒子从磁场右边界射出,求入射点到M的最大距离dm;
【考点】CI:带电粒子在匀强磁场中的运动
【专题】11:计算题;21:信息给予题;32:定量思想;4C:方程法;536:带电粒子在磁场中的运动专题;64:应用数学处理物理问题的能力.
【分析】(1)根据洛伦兹力提供向心力,可以求出粒子的速度;
(2)找出粒子从左边射出的临界值,可以求出最大距离;
(3)根据题意,结合圆周运动的特点,可以求出运动可能的时间。
【解答】解:(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,
在磁场中做圆周运动的半径r=d ②
(2)如图所示,粒子碰撞后的运动轨迹恰好与磁场左边界相切,
此时入射点到M的距离最大,由几何关系得
dm=d(1+sin60°)
(3)粒子做匀速圆周运动,有
设粒子最后一次碰撞到射出磁场的时间为t',则
联立①③④⑤,代入数据,得