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专题08 平均值法
一、用平均值求变力做功
当物体受到的力方向不变,而大小随位移均匀变化时,则可以认为物体受到一大小为F=的恒力作用,
F1、F2分别为物体在初、末位置所受到的力,然后用公式W=Flcos α 求此变力所做的功。
二、用动量定理求平均作用力
动量定理的表达式F·Δt=Δp,公式中的F 是物体或系统所受的合力。动量定理不仅适用于恒定的力,也
适用于随时间变化的力。这种情况下,动量定理中的力F 应理解为变力在作用时间内的平均值。
三、直线运动中的平均速度
在匀变速直线运动中
x=t。
四、电磁感应中平均值法求电量
通过回路截面的电荷量
,仅与n、ΔΦ 和回路电阻R 有关,与时间
长短无关。
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方法一:用平均值求变力做功
【方法演练1】某质量为m 的质点在外力作用下沿直线从A 点加速运动到B 点,已知质点通过A 点时的速
度为
,加速度为
,A、B 两点之间的距离为L。在加速运动过程中,质点的加速度a 随位移x 变化的关
系如图所示,则外力对质点做的功和通过B 点时的速度大小为( )
A.
,
B.
,
C.
,
D.
,
【答案】A
【详解】由于加速度随位移均匀变化,则合外力也随位移均匀变化,合外力对质点做的功
由动能定理可得
;
故选A。
方法二:用动量定理求平均作用力
【方法演练2】高空作业人员必须要系安全带!如果质量为m 的高空作业人员不慎跌落,自由下落h 后安
全带刚好被拉直,此后经过时间t 作业人员下落到最低点,在时间t 内安全带对人的平均作用力大小为(重
力加速度大小为g)( )
A.
B.
C.
D.
【答案】A
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【详解】从作业人员跌落开始直到作业人员下落到最低点,运用动量定理,有
;
联立可得
故选A。
方法三:直线运动中的平均速度
【方法演练3】一物体静止于水平地面上,在如图所示水平力的作用下(水平力只存在于第
内,第
内。
第
内),由静止开始运动,物体与地面间的动摩擦因数恒定,结果物体到
末速度为零。下列选项正
确的是( )
A.第
内和第
内的加速度大小之比为
B.物体所受摩擦力大小为
C.第
内和第
内的位移之比为
D.第
末和第
末的速度之比为
【答案】CD
【详解】BD.根据题意,设物体受到的摩擦力为
,
末由动量定理有
解得
末由动量定理有
;
末由动量定理有
联立可得
故B 错误,D 正确;
3
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A.根据题意,由牛顿第二定律,第
内有
第
内有
联立可得
故A 错误;
C.由运动学公式
可得,物体在第1s 末的速度为
物体在第2s 末的速度为
物体在第3s 末的速度为
由公式
可得,第
内的位移
为
第
内的位移为
则第
内和第
内的位移之比为
故C 正确。
故选CD。
方法四:电磁感应中平均值法求电量
【方法演练4】如图所示为某精密电子器件防撞装置,电子器件T 和滑轨PQNM 固定在一起,总质量为
m1,滑轨内置匀强磁场的磁感应强度为B。受撞滑块K 套在PQ,MN 滑轨内,滑块K 上嵌有闭合线圈
abcd,线圈abcd 总电阻为R,匝数为n,bc 边长为L,滑块K(含线圈)质量为m2,设T、K 一起在光滑水
平面上以速度v0向左运动,K 与固定在水平面上的障碍物C 相撞后速度立即变为零。不计滑块与滑轨间的
摩擦作用,ab 大于滑轨长度,对于碰撞后到电子器件T 停下的过程(线圈bc 边与器件T 未接触),下列
说法正确的是( )
A.线圈中感应电流方向为adcba
B.线圈受到的最大安培力为
C.电子器件T 做匀减速直线运动
D.通过线圈某一横截面电荷量为
【答案】AD
【详解】A.电子器件T 向右运动过程中,穿过线圈的磁通量增加,由右手安培定则可得,线圈中感应电
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流方向为adcba,故A 正确;
B.由于线圈和磁场的相对运动,线圈产生的感应电动势
则线圈受到的安培力
则K 刚停止运动时,线圈受到的安培力最大,最大值为
故B 错误;
C.由牛顿第二定律,电子器件T 的受力
随着磁场和线圈间的相对速度逐渐减小,电子器件T
的加速度逐渐减小,因此电子器件T 做加速度减小的减速运动,故C 错误;
D.对线圈应用动量定理
通过线圈某一横截面电荷量
故D 正确;故选AD。
1.如图所示,质量为
的木块(可视为质点)被水平向左的力F 压在竖直墙壁上,木块初始位置离
地面高度
,木块与墙面之间的动摩擦因数
,木块距离地面的高度h 与力F 之间的关系为
,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度大小
。下列说法正确的是( )
A.木块从初始位置开始下滑至地面前瞬间的过程中,克服摩擦力做功为8J
B.木块从初始位置开始下滑至地面前瞬间的过程中,机械能减少16J
C.木块从初始位置开始下滑至地面前瞬间的过程中动能的变化量为80J
D.木块下滑到地面前的瞬间的速度大小为
【答案】A
【详解】A.对木块进行分析,木块受到重力、压力F,墙面的支持力N 与滑动摩擦力,根据受力特征有
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,
解得
可知, 大小与木块位移成正比,则木块克服摩擦力做功为
故A 正确;
B.根据上述可知,木块从初始位置开始下滑至地面前瞬间的过程中,克服摩擦力做功为8J,则木块机械
能减少8J,故B 错误;
C.木块从初始位置开始下滑至地面前瞬间的过程中,根据动能定理有
解得
故C 错误;
D.木块从初始位置开始下滑至地面前瞬间的过程中,根据动能定理有
解得
故D 错误。故选A。
2.如图所示,质量均为m 的A、B 两小物块用轻质弹簧相连,A 放置在光滑水平地面上,一轻绳通过光滑
的定滑轮与物块B 相连(连接物块B 的绳子恰好伸直但不绷紧),弹簧的劲度系数k。现用一水平向右的
拉力F 作用在轻绳上,使物块B 缓慢向上运动,已知重力加速度为g,当A 物块恰好离开地面时,F 所做
功为( )
A.
B.
C.
D.
【答案】D
【详解】开始时弹簧的压缩量
此时
当A 物块恰好离开地面时弹簧伸长量为
此时
则F 做功
故选D。
3.蹦床是一项运动员利用蹦床的反弹在空中展示杂技技巧的竞技运动,有“空中芭蕾”之称。一名质量
为60kg 的运动员,从离水平网面3.2m 高处自由落下,与网接触0.8s 后竖直向上蹦回到离水平网面1.8m 高
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处。运动过程不考虑肢体动作对重心的影响,重力加速度g=10m/s2,下列说法正确的是( )
A.人与蹦床接触过程中,蹦床对人的平均作用力大小为1050N
B.人与蹦床接触过程中,蹦床对人的平均作用力大小为1650N
C.从开始下落到弹起至最高点的过程中,重力对人的冲量大小为
D.从开始下落到弹起至最高点的过程中,重力对人的冲量大小为
【答案】B
【详解】AB.设人自由下落与网接触瞬间,所用时间为
,速度为
,则
;
解得
;
设人竖直弹起上升到最高点过程中所用时间为
,弹起瞬间速度大小为
,则根据
逆向思维分析有
;
解得
;
设人与蹦床接触过程中,蹦床对人的平均作用
力为
,取向上为正方向,根据动量定理有
解得
,A 错误,B 正确;
CD.从开始下落到弹起至最高点的过程中,重力对人的冲量大小为
,CD 均错误。
故选B。
4.城市高空坠物已成为危害极大的社会安全问题,如图所示为一则安全警示广告,非常形象地描述了高
空坠物对人伤害的严重性。若一个50g 的鸡蛋从25 楼的窗户(窗户高度不计)自由落下,相邻楼层的高度
差为3m,与地面撞击时鸡蛋的竖直高度为5cm,认为鸡蛋下沿落地后,鸡蛋上沿的运动是匀减速运动,
并且上沿运动到地面时恰好静止,以鸡蛋的上、下沿落地的时间间隔作为鸡蛋与地面的撞击时间,不计空
气阻力,重力加速度取
。从25 楼下落的鸡蛋对地面的平均冲击力约为( )
A.530N
B.720N
C.755N
D.1200N
【答案】B
【详解】鸡蛋下落高度
根据自由落体公式,落地速度
鸡蛋与地面撞击
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时间
鸡蛋与地面撞击过程,由动量定理得(取向下为正方向)
解得
,B 正确。故选B。
5.如图所示,在水平面上固定着四个材料完全相同的木块,长度分别是L、2L、3L、4L 一子弹以水平初
速度v 射入木块,若子弹在木块中做匀减速直线运动,当穿透第四个木块时速度恰好为0,则( )
A.子弹通过所有木块的平均速度和初速度之比
B.子弹穿出第一个木块和第三个木块时的速度之比
C.子弹通过第二个木块和第三个木块的时间之比上
D.通过前二个木块和前三个木块的时间之比
【答案】BCD
【详解】A.子弹通过所有木块的平均速度和初速度之比
故A 错误;
B.若子弹在木块中做匀减速直线运动,当穿透第四个木块时速度恰好为0,根据逆向思维,由
可得子弹穿出第一个木块和第三个木块时的速度之比
故B 正确;
C.子弹穿出第二个木块的速度为
穿过第二个木块的平均速度为
所用时间
子弹通过第三个木块的平均速度
所用时间
则子弹通过第二个木块和第三个木块
的时间之比
故C 正确;
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D.设总时间为t,则
解得
穿过最后一块木板过程中,根据逆向的匀加速直
线运动可得
所用时间为
穿过最后两块木板过程中,根据逆向的匀加速直线运动可得
所用时间为
故通过前二个木块和前三个木块的时间之比
故D 正确。故选BCD。
6.物体从A 点静止出发,先做加速度大小为
的匀加速直线运动,紧接着做加速度大小为
的匀减速直
线运动至
点停下,已知
间总长度为,则( )
A.先后两个运动过程中所用的时间一定相同
B.先后两个运动过程中平均速度一定相等
C.先后两个运动过程中加速度大小一定相同
D.从
到
所用时间为
【答案】BD
【详解】B.质点匀加速结束,匀减速开始的速度是质点的最大速度,设为;由匀变速直线运动的速度位
移公式可得
解得
先后两个运动过程中平均速度都等于
,B 正确;
C.先后两个运动过程中加速度大小不一定相同,C 错误;
A.加速时间
减速时间
因先后两个运动过程中加速度大小不一定相同,先后两个运动过程中
所用的时间也不一定相同。A 错误;
D.质点在整个过程的位移为
可得质点走完AB 所用的时间为
,D 正确。故选BD。
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7.如图所示,半径为
电阻为
的半圆形单匝金属框,半径上方有磁感应强度为
的匀强磁场。第一次让
金属框绕圆心O 以角速度
匀速转动
。第二次保持金属线框不动,让磁感应强度B 随时间变化且与时
间的关系式
(
),两种情况线框中产生的电流大小相等。则下列说法正确的是( )
A.第一次线框中的电流方向为逆时针
B.第一次流过导线框横截面积的电量为
C.第二次磁场的变化率
D.第二次线框中的电流方向为顺时针
【答案】BC
【详解】A.根据右手定则,第一次线框中的电流方向为顺时针,故A 错误;
B.第一次流过导线框横截面积的电量为
故B 正确;
C.第一次线框中的电流大小为
根据法拉第电磁感应定律
根据欧姆定律
解得第二次磁场的变化率
故C 正确;
D.第二次金属线框内向里的磁通量逐渐增大,根据楞次定律可知第二次线框中的电流方向为逆时针,故
D 错误。故选BC。
8.如图所示,两根相同的光滑四分之一圆弧金属导轨平行固定放置,圆弧半径为r,水平间距为L,上端
a、b 间连有一阻值为R 的电阻。abcd 所围成的区域处在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为B。一根金
属棒在轨道最低位置cd 处初速度为
,在外力作用下向右沿轨道做匀速圆周运动至ab 处,不计金属导轨
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和金属棒的电阻,则在该过程中( )
A.通过R 的电荷量为
B.通过R 的电荷量为
C.R 上产生的热量为
D.R 上产生的热量为
【答案】BD
【详解】AB.通过R 的电荷量
,A 错误,B 正确;
CD.金属棒做匀速圆周运动,切割磁感线的速度为
则回路中产生余弦式交变电流,产生感应电
动势的最大值为
有效值为
电流的有效值为
,R 上产生的热量为
,C 错误,D 正确。故选BD。
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