Тест 1 – 23
В
потенциальном поле сила
пропорциональна
градиенту потенциальной энергии WP.
Если график зависимости потенциальной
энергии WP
от
координаты х имеет вид, то зависимость
проекции силы
Fx
на
ось Оx будет....
Варианты ответов:




1) 2) 3) 4)
Решение.
График зависимости потенциальной энергии Wp от координаты x, как видно из рисунка, представляет собой параболу, проходящую через начало координат, уравнение которой имеет вид: Wp = - Κ x2, где Κ – константа.
Если
потенциальная энергия зависит только
от одной координаты, то проекция силы
на ось х равна производной от потенциальной
энергии по координате, взятой с обратным
знаком: Fx
=
-
.
После вычисления производной от Wp
,
взятой
с обратным
знаком,
получим: Fx
= 2 Κx. Так как 2 Κ > 0, то график функции
Fx
(x) будет представлять собой прямую,
изображенную на рисунке варианта 3.
Ответ: вариант 3.
Тест 1 – 24
Сплошной и полый цилиндры, имеющие одинаковые массы и радиусы, вкатываются без проскальзывания на горку. Если начальные скорости тел одинаковы, то …
Варианты ответов:
Оба тела поднимутся на одну и ту же высоту.
Выше поднимется полый цилиндр.
Выше поднимется сплошной цилиндр.
Решение.
Согласно закону сохранения энергии, при вкатывании на горку полная кинетическая энергия тела переходит потенциальную энергию:
mv 2/2 + Iω 2/2 = mgh,
где m – масса тела, I – момент инерции тела, v и ω – линейная и угловая скорости, причем, ω = v / R, R - радиус, h – высота, g – ускорение силы тяжести. Согласно условию задачи, все величины в формуле для энергии являются постоянными, кроме I. Следовательно, высота, на которую поднимется тело, зависит от значения момента инерции: чем больше момент инерции, тем выше поднимется тело.
Для сплошного цилиндра (диска) I = m R 2 /2, для полого (обруча) I = m R 2 .
Так как момент инерции полого цилиндра больше, чем сплошного, то выше поднимется полый цилиндр.
Ответ: вариант 2.
Тест 1 – 25
Физический
маятник совершает колебания вокруг
оси, проходящей через точку О
перпендикулярно плоскости рисунка. Для
данного положения маятника момент силы
тяжести направлен...
Варианты ответов:
1) вниз в плоскости рисунка;
2) вверх в плоскости рисунка;
3) от нас перпендикулярно плоскости рисунка;
4) к нам перпендикулярно плоскости рисунка.
Решение.
Момент
силы равен векторному произведению
радиуса – вектора на силу:
= [
·
],
где
–
радиус – вектор, проведенный от оси
вращения в точку приложения силы,
=m
–сила тяжести,
- ускорение силы тяжести. Направления
вектора момента силы определяется по
правилу векторного произведения двух
векторов, т.е. это вектор, перпендикулярный
плоскости, в которой лежат перемножаемые
вектора и направленный так, что если
посмотреть с его конца, то поворот от
первого
перемножаемого вектора ко второму будет
виден против часовой стрелки. Иначе,
при повороте вектора
к вектору
=m
буравчик
будет выкручиваться и его поступательное
движение покажет направление момента
силы. Следовательно, вектор
направлен
к нам перпендикулярно плоскости рисунка.
Ответ:
вариант 4.
Тест 1 – 26
Материальная
точка двигалась
вдоль
оси x равномерно с некоторой скоростью
vx.
Начиная с момента времени t=0,
на нее стала действовать сила Fx,
график временной зависимости которой
представлен на рисунке.
График,
правильно
отражающий
зависимость величины проекции импульса
материальной точки рх
от времени, будет …
Варианты ответов:

Решение.
Согласно второму закону Ньютона, производная от импульса тела по времени равна результирующей силе, действующей на тело. Для движения тела вдоль оси x этот закон имеет вид: Fx = dpx /dt. По условию задачи на первом этапе движения (т.е. при 0< t<t1) Fx = const . Обозначим эту константу через F0. Тогда dpx/dt = F0 и зависимость проекции импульса материальной точки px от времени t будет линейной функцией: p = p0 + F0·t. График этой функции представляет собой возрастающую прямую, что соответствует рисункам 1 и 3.
Чтобы выбрать один рисунок из двух, проанализируем движение на втором этапе, т.е. при t1< t < t2. Из графика для проекции силы Fx(t) следует, что на этом этапе Fx = 0, следовательно, dpx/dt=0 и p x = const. Тогда график зависимости проекции импульса от времени px (t) будет представлять собой прямую, параллельную оси абсцисс, что соответствует рисунку 3.
Ответ: вариант 3.
Тест 1 – 27
На
частицу, находящуюся в начале координат,
действует сила, вектор которой определяется
выражением
= 2
+3
где
и
единичные
векторы декартовой системы координат.
Работа, совершенная этой силой при
перемещении частицы в точку с
координатами (0; 5), равна ...
Варианты ответов:
1) 10 Дж; 2) 25 Дж; 3) 3 Дж; 4) 15 Дж.
Решение.
Работа
равна скалярному произведению вектора
силы на вектор перемещения: А =
·
,
где
=
F
x
·
+
F y
·
- вектор силы ,
∆
=∆x·
+∆y
- вектор перемещения. Если раскрыть
скалярное произведение, то получим
формулу для работы в другом виде:
А = F x·∆x + F y·∆y, где ∆x = x2 – x1 и ∆y = y2– y1 .
Так как частица перемещается из начала координат в точку с координатами (0; 5), то x1 =0, y1 =0, x2 =0, y2 =5 и ∆x = 0, ∆y=5. По условию задачи, проекции силы на оси координат равны: F x = 2 Н, F y = 3 Н. Следовательно, работа равна: А = 2·0 + 3·5 = 15 Дж.
Ответ: вариант 4.
Тест 1 – 28
На
рисунке показан вектор силы, действующей
на частицу. Работа, совершенная этой
силой при перемещении частицы в точку
с координатами (0; 5), равна ...
Варианты ответов:
1) 15 Дж; 2) 2 Дж;
3) 3 Дж; 4) 10 Дж.
Решение.
Формула для работы имеет вид: А = Fx·∆x + Fy·∆y.
Из рисунка следует, что проекции силы на оси координат равны: F x=3, F y=2 Н. Из условия задачи следует, что проекции вектора перемещения на оси координат равны: ∆x =0, ∆y = 5. Поэтому работа равна:
А = 3·0 + 2·5 =10 Дж.
Ответ: вариант 4.
