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简答题

(10分)如图所示,一质量为m的滑块以大小为v0的速度经过水平直轨道上的a点滑行距离为s后开始沿竖直平面的半圆形轨道运动,滑块与水平直轨道间的动摩擦因数为μ,水平直轨道与半圆形轨道相切连接,半圆形轨道半径为R,滑块到达半圆形轨道最高点b时恰好不受压力.试求:

(1)滑块刚进入和刚离开半圆形轨道时的速度;

(2)滑块落回到水平直轨道时离a点的距离.

正确答案

(1)

(2)△xs-2R

(1)滑块刚进入时速度为v1,由动能定理得

          (3分)

滑块刚离开时速度为v2

得       (3分)

(2)设平抛的水平距离为x,    (3分)

a点的距离为△xs-2R         (1分)

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简答题

如图所示,一物块以6 m/s的初速度从曲面A点下滑,运动到B点速度仍为6 m/s;若物体以5 m/s的初速度仍由A点下滑,则它运动到B点时的速度为?

正确答案

大于5 m/s

物块由A点运动到B点,重力做正功,摩擦力做负功,由动能定理有:

当物块初速度为6 m/s时,物块由A点运动到B点的过程,速度大小不变,动能变化为零,WG=Wf。由于物块做圆周运动,速度越大,所需向心力越大,曲面对物块的支持力越大,摩擦力越大,在相同路程的条件下,摩擦力的功越大,所以,当物块初速度为5 m/s时,摩擦力的功比初速度为6 m/s时要小,WG>Wf,到达B点的速度将大于5 m/s.

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简答题

如图所示的实验装置验证机械能守恒定律,实验所用的电源为学生电源,输出电压为6V的交流电和直流电两种。重锤从高处由静止开始落下,重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点,对纸带上的点的痕迹进行测量,即可验证机械能守恒定律。

(1)下面列举了该实验的几个操作步骤:

E、测量打出的纸带上某些点之间的距离;

F、根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是 否等于增加的动能。

请指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤,将其选项对应的字母填写在下面的空行内,并说明其原因。

__________________;__________________;__________________。

(2)在上述实验中,设质量m=1kg的重锤自由下落,在纸带上打出一系列的点,如下图所示,相邻计数点的时间间隔为0.02s,长度单位:cm,当地的重力加速度g=9.80m/s2.那么:从起点O到打下计数点B的过程中,重力势能的减小量为ΔEP    J,物体动能的增加量ΔEK     J。(均取两位有效数字)

(3)在验证机械能守恒定律的实验中发现,即使操作规范、数据测量及数据处理都很准确的前提下,该实验求得的ΔEP也总是略大于ΔEK,这是实验存在系统误差的必然结果,试分析该系统误差产生的主要原因是                            

正确答案

(1)B,应该接到电源的交流输出端;D,应该先接通电源,待打点稳定后再释放纸带;C,因为根据测量原理,重锤的动能和势能中都包含了质量m,可以约去

(2)0.47;0.46

(3)重锤下落时受到空气阻力及纸带受到打点计时器的阻力作用,重锺的机械能减少

ΔEPmghob=0.47J。

(求速度应用平均速度等于中间时刻的瞬时速度)。

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简答题

把可以看做质点的质量为m=2kg的小球用长为L=1m的轻绳悬挂起来就形成了一个单摆.如图所示,如果摆动时的最大摆θ=37°,(g取10m/s2

(1)求摆球到达最低点的速度

(2)求摆球到达最低点时绳的拉力大小.

正确答案

(1)摆球在摆动的过程中只有重力做功,机械能守恒.规定最低点为0势能平面.

0+mgL(1-cosθ)=mv2+0

代入数据,得v=2m/s

故摆球摆到最低点的速度为2m/s.

(2)在最低点有:F-mg=m

所以F=mg+m=20+2×N=28N

故摆球摆到最低点时绳的拉力为28N.

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如图所示,AB是根据某平抛运动轨迹制成的内壁光滑的细圆管轨道,轨道上端A与一光滑斜槽的末端水平面相切.已知细圆管轨道的水平长度为S=2.4m;两端口连线与水平方向的夹角α=37°.(取sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)求

(1)要使一小球能不与细圆管轨道壁发生碰撞地通过细圆管轨道,小球要从距光滑斜槽末端多少高度h1处由静止开始下滑?

(2)若小球从距光滑斜槽底端高度h2=1.2m处由静止开始下滑,求小球从细圆管轨道的下端B出口飞出时速度的水平分量vx

正确答案

(1)细圆管轨道的高度:H=Stan37°=2.4×0.75m=1.8m

设平抛运动的初速度为v1,v1====4m/s

设小球静止开始到A点的下滑的高度为h1

由机械能守恒定律:mgh1=m

解得:h1===0.8m;

(2)设小球从轨道下端飞出时速度方向与水平方向的夹角为θ,

tanθ====2=2tanα=2×=

则得 cosθ=

设小球从轨道下端飞出时速度为v2

由机械能守恒定律:mg(h2+H)=m-0

v2===m/s

速度的水平分量:vx=v2cosθ=×=4.3m/s;

答:

(1)小球要从距光滑斜槽末端0.8m高度h1处由静止开始下滑.

(2)小球从细圆管轨道的下端B出口飞出时速度的水平分量vx为4.3m/s.

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简答题

光滑的水平桌面离地面高度为2L,在桌边缘,一根长L的软绳,一半搁在水平桌面上,一半自然下垂于桌面下.放手后,绳子开始下落.试问,当绳子下端刚触地时,绳子的速度是______.

正确答案

铁链释放之后,到离开桌面到落地的过程,由于桌面无摩擦,整个软绳的机械能守恒.取地面为0势能面,整个软绳的质量为m.

根据机械能守恒定律得:0.5mg•2L+0.5mg•(2L-)=mv2+mg

解得v=

故答案为:

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简答题

(1)运动员从bc段紧靠b处无初速滑下,求Nd的大小;

(2)运动员改为从b点以υ0=4m/s的速度水平滑出,落在bc上时通过短暂的缓冲动作使他只保留沿斜面方向的速度继续滑行,则他是否会从d点滑离轨道?请通过计算得出结论

正确答案

(1)360N(2)运动员不会从圆弧最高点d滑离轨道。

(1)从开始滑下至d点,由机械能守恒定律得

     ①     ②

由①②得:   ③

(2)当以从b点水平滑出时,运动员做平抛运动落在Q点,如图所示。

设Bq=,则       ④  

    ⑤      由④⑤得

  ⑥    ⑦

在Q点缓冲后 ⑧

   ⑨

运动员恰从d点滑离轨道应满足:   ⑩

由⑨⑩得 即 ⑩可见滑板运动员不会从圆弧最高点d滑离轨道。

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.如图所示,粗糙水平地面与半径为R的光滑半圆轨道BCD相连接,且在同一竖直平面内,OBCD的圆心,BOD在同一竖直线上。质量为m的小物块在水平恒力F的作用下,由静止开始做匀加速直线运动,小物块与水平地面间的动摩擦因数为μ。当小物块运动到B点时撤去F,小物块沿半圆轨道运动恰好能通过D点。求:

(1)小物块在水平地面上运动时的加速度;

 (2)小物块运动到B点时的速度;

(3)小物块离开D点后落到地面上的点与B点之间的距离。

正确答案

(1)(2) (3)

(1)小物块在水平面上运动时的受力情况如右图所示。根据牛顿第二定律有

又因为         

所以                                 

(2)因为小物块恰好能通过D点,所以在D点小物块所受重力等于向心力,即:

所以           

因为小物块由B点运动到D点的过程中机械能守恒,则有

所以                                   

(3)设小物块落地点距B点之间的距离为x,下落时间为t

根据平抛运动的规律

所以                                     

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我国的月球探测计划“嫦娥工程”分为“绕、落、回”三步。“嫦娥三号”的任务是“落”。  2013年12月2日,“嫦娥三号”发射,经过中途轨道修正和近月制动之后,“嫦娥三号”探测器进入绕月的圆形轨道I。12月12日卫星成功变轨,进入远月点P、近月点Q的椭圆形轨道II。如图所示。 2013年12月14日,“嫦娥三号”探测器在Q点附近制动,由大功率发动机减速,以抛物线路径下降到距月面100米高处进行30s悬停避障,之后再缓慢竖直下降到距月面高度仅为数米处,为避免激起更多月尘,关闭发动机,做自由落体运动,落到月球表面。

已知引力常量为G,月球的质量为M,月球的半径为R,“嫦娥三号”在轨道I上运动时的质量为m, P、Q点距月球表面的高度分别为h1、h2

(1)求“嫦娥三号”在圆形轨道I上运动的速度大小;

(2)已知“嫦娥三号”与月心的距离为r时,引力势能为(取无穷远处引力势能为零),其中m为此时“嫦娥三号”的质量。若“嫦娥三号”在轨道II上运动的过程中,动能和引力势能相互转化,它们的总量保持不变。已知“嫦娥三号”经过Q点的速度大小为v,请根据能量守恒定律求它经过P点时的速度大小;

正确答案

(1);(2)

试题分析: (1)“嫦娥三号”在轨道I上运动的过程中 

解得   

(2)“嫦娥三号”在轨道II上运动的过程中,由机械能守恒定律

 

解得  

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如图为儿童娱乐的滑梯示意图,其中AB为长S1=3m的斜面滑槽,与水平方向夹角为37°,BC为水平滑槽,AB与BC连接外通过一段短圆弧相连,BC右端与半径R=0.2m的圆弧CD相切,ED为地面.儿童在娱乐时从A处由静止下滑经过BC段滑落到地面,设该儿童与斜面滑槽及与水平滑槽之间动摩擦因数都为μ=0.5,求:

(1)该儿童滑到斜面底端B点时速度为多大?

(2)为了使该儿童滑下后不会从C处平抛出去,水平滑槽BC长度S2应大于多少?(sin37°=0.6,cos37°=0.8,取g=10m/s2

正确答案

(1)儿童从A处到B处,由动能定理

mgS1sin37°-μmgS1cos37°=m

则 vB=2m/s

即儿童滑到斜面底端B点时速度为2m/s.

(2)当儿童恰好从C处平抛出,则在C处时不受弹力作用

mg=m

解得

vC=m/s

儿童从B到C处,由动能定理

-μmgS2=m-m

得 s2=1m

即要使儿童不从C处平抛出去,水平滑槽BC长度应大于1m.

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