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简答题

(9分)如下图所示,在竖直平面内固定着半径为R的半圆形轨道,小球B静止在轨道的最低点,小球A从轨道右端正上方3.5R处由静止自由落下,沿圆弧切线进入轨道后,与小球B发生弹性碰撞。碰撞后B球上升的最高点C,圆心O与C的连线与竖直方向的夹角为60°。若两球均可视为质点,不计一切摩擦,求A、B两球的质量之比.

正确答案

 

试题分析:小球A从高处静止下落至轨道的最低点,由机械能守恒定律得:

小球A与小球B发生弹性碰撞,由动量守恒定律和能量守恒定律:

,

  

B球上升到最高点C,由机械能守恒定律:

联立解得 

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简答题

长L=80cm的细绳上端固定,下端系一个质量m=100g的小球。将小球拉起至细绳与竖直方向成60º角的位置,然后无初速释放。如图10所示,不计各处阻力,求小球通过最低点时,小球对细绳拉力多大?(取g=10m/s­­­­­­­­­2)

正确答案

2mg,方向竖直向下

小球由静止到最低点根据机械能守恒定律:

            (4分)  

小球在最低点由牛顿第二定律:

                     (4分)

由牛顿第三定律知小球对细绳的拉力大小为2mg,方向竖直向下。(2分)

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简答题

某农田自动灌溉的喷射装置的截面图如图所示,它主要由水泵、竖直的细输水管道和喷头组成,喷头的喷嘴(长度可忽略不计)离地面的高度为h。水泵启动后,水从水池通过输水管道压到喷嘴并沿水平方向喷出,在地面上的落点与输水管道中心的水平距离为R,此时喷嘴每秒喷出水的质量为m0 ,整个供水系统的效率恒为η。忽略水池中水泵与地面的高度差,不计水进入水泵时的速度以及空气阻力,重力加速度为g。

(1)求水从喷嘴喷出时的速度v;

(2)求水泵的功率p;

(3)若要浇灌离输水管道中心R1处的蔬菜,求此时喷嘴每秒钟喷出水 

的质量m1和水泵的功率p1

正确答案

(1) 

(2)P=m0g(R2+4h2)/ 4hη

(3)m1=R1 m0 /R,P1=m0gR1(R1 2+4h2)/ 4hRη

试题分析:(1)据题意,水从喷嘴出来的运动可以看成平抛运动,则有

则水的平抛速度为:

(2)水泵对单位质量的水做功w转化为水的机械能,由于转化率为为,则单位质量的水增加的机械能为E=w

则水泵的功率为P= w/t,而单位质量的水增加的势能为

单位质量的水增加的动能为:

则单位质量的水增加的机械能E=

则水泵的功率为P=W/t=E/=

(3)已知喷嘴可以把单位质量m0的水喷到水平距离为R的地方,

设水的密度为ρ,喷嘴的横截面积为s,则单位质量的水有以下关系:

要把水喷到水平距离为R1的地方,此时喷嘴喷出的水的单位质量为:

可以求得

水泵对单位质量的水做功为w1,则水泵的功率为

由于水泵的效率为,则水泵将单位质量的水压到h高处增加的机械能为

E=W

而单位质量的水m1增加的动能为

单位质量的水增加的重力势能为

则单位质量的水增加的机械能为

据以上计算可得水泵的功率为

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简答题

如图所示,质量分别为3kg、5kg的物体A和B用轻线连接跨在一定滑轮两侧,轻线正好拉直,且A物体靠近地面,B距地面0。8m,问:

(1)放开B,当B物体着地时,A物体的速度是多少?

(2)B着地后A还能上升多高?

正确答案

(1)2m/s(2)0.2m

试题分析:(1)据机械能守恒,B减少的重力势能等于A增加的重力势能与AB的动能之和

,带入数据可得

(2)B落地后,A做竖直上抛运动,由,可得

点评:本题的关键是知道AB组成的系统机械能守恒,但是需要注意AB单个物体的机械能不守恒

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简答题

一竖直固定光滑的半圆形轨道ACB,圆心为O,半径为R。在最高点A把小球以平抛,小球碰到轨道后不反弹(沿轨道径向速度减为0),忽略一切阻力,求:

①.小球打到轨道上D点(图中未画出)时下落的高度;

②.小球到达最低点B时速度和对轨道的压力。

正确答案

 ②

试题分析:①小球做平抛运动。设小球打到轨道上得D点,D点可能在水平位置C的上方,也可能在下方,

设OD与竖直方向夹角为

联立解得

②由,可得

解得

刚要到D点的水平速度

竖直速度

打到D点后,沿轨道径向速度减为零,只有切向速度

设小球在最低点的速度为,从D点到最低点,有机械能守恒有:

设小球在最低点受到轨道的支持力为,则

解得

由你顿第三定律,小球对轨道的压力为

点评:本题关键要分析小球的运动情况,然后分阶段运用平抛运动的分位移公式、分速度公式、机械能守恒定律和向心力公式列式求解。

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简答题

质量为m的长木板A静止在水平地面上,另两个质量也是m的铁块BC(视为质点)同时从A的左右两端滑上A的上表面,初速度大小分别为v和2vBCA间的动摩擦因数均为μA与地面间的动摩擦因数为

(1)求B相对于A运动的时间;

(2)求整个过程中A木板的最大速度;

(3)要使B、C不相碰,求A木板的最小长度.

正确答案

(1)B、C都相对于A滑动时,A所受合力为零,A保持静止。

B和C的加速度均为aB=aC=μmg/m=μg

所求B相对于A运动的时间为

(2)当B刚相对于A静止时,C的速度为vA和B开始一起向左做匀加速运动,加速度为

     

当AB整体和C经时间后具有相同的速度v´

对AB整体:

对C:

解得       

此后ABC整体向左做匀减速运动,故所求A的最大速度为

(3)设A木板的最小长度.为LA木板向左加速过程的位移为

从开始到ABC达到共同速度的过程中,由能量守恒有

解得A木板应该具有的最小长度为:              

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简答题

在利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中:

(1)下面叙述正确的是       

A、应该用天平称出物体的质量。

B、应该选用点迹清晰,第一、二两点间的距离接近2mm的纸带。

C、操作时应先放纸带再通电。

D、电磁打点计时器应接在电压为220V的直流电源上。

(2)有下列器材可供选用:铁架台,电磁打点计时器,复写纸盘,纸带,秒表,低压直流电源,导线,电键,天平。其中不必要的器材有            ;缺少的器材是               。

(3)实验中用打点计时器打出的纸带如下图所示,其中,A为打下的第1个点,C、D、E、F为距A较远的连续选取的四个点(其他点子未标出).用刻度尺量出C、D、E、F到A的距离分别为s1=20.06cm,s2=24.20cm,s3=28.66cm,s4=33.60cm重锤的质量为m=1.00kg;电源的频率为f=50Hz;实验地点的重力加速度为g=9.80m/s2.为了验证打下A点到打下D点过程中重锤的机械能守恒.则应计算出:打下D点时重锤的速度v=____m/s,重锤重力势能的减少量ΔEp=____J,重锤动能的增加量ΔEk=____J。

正确答案

(1)B       (2)秒表、低压直流电源、天平;低压交流电源、重锤、刻度尺。

(3)215 ,  2.37 , 2.31

(1)验证机械能守恒定律的原理为验证mgh和是否相等,A错;操作时应先通电再放纸带,C错;电磁打点计时器应接在电压为220V的交流电源上(2)略(3) D点速度应根据AF间的平均速度求得,重力势能减小量为mgS2,动能增量为

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简答题

(8分)如下图所示,质量为m的小球由长为L的轻绳固定在O点,今将小球拉至水平A点静止释放 ,在O点正下方何处钉一铁钉O′方能使小球绕O′点在竖直平面内做圆周运动?

                                                     

正确答案

0.6L

设小园的半径为r,恰好到C点,则有mg=mvc2/r  ①

A-C由机械能守恒得:mgL=mvc2/2 +2mgr      ②

由①②得,rmin=0.4L,00/max=0.6L

本题考查机械能守恒定律的应用和圆周运动规律的应用,在c 点刚好通过的临界条件为只有重力提供向心力,在从A点到C点由动能定律可求得C点速度

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简答题

一个质量为m的木块,从半径为R、质量为M的1/4光滑圆槽顶端由静止滑下.在槽被固定情况下,如图所示,木块从槽口滑出时的速度大小为______.

正确答案

光滑圆槽固定时,木块下滑过程中只有重力做功,

由动能定理得:mgR=mv2

解得:木块滑出槽口时的速度:v=

故答案为:

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简答题

如图,一固定的斜面,其倾角为θ=30º,另一边与水平地面垂直,顶端有一定滑轮,跨过定滑轮的细线两端分别与物块A、B相连,A的质量为4m,B的质量为m。开始时,将B按在地上不动,然后放手,让A沿斜面下滑而B上升,所有摩擦均忽略不计。当A下滑距离为S时,细线突然断了。求B上升的最大高度。(设B不会与定滑轮相碰)

正确答案

试题分析:设细线断前一瞬间A和B速度的大小为沿斜面下滑s的过程中的高度降低了,B的高度升高了 s,物块A和B以及地球组成的系统机械能守恒,物块A机械能的减少量等于物块B机械能的增加量,即

细线断后,物块B做竖直上拋运动,物块B与地球组成的系统机械能守恒,设物块S继续上升的最大高度为h,有

联立两式得,物块B上升的最大高度为

点评:根据机械能守恒的条件判断系统机械能是否守恒是关键,在确定守恒的条件下,更要明确在哪个过程中机械能守恒.

下一知识点 : 实验:验证机械能守恒定律
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