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题型:简答题
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简答题 · 15 分

如图所示,质量M=2kg的滑块套在光滑的水平轨道上,质量m=1kg的小球通过长L=0.5m的轻质细杆与滑块上的光滑轴O连接,小球和轻杆可在竖直平面内绕O轴自由转动,开始轻杆处于水平状态,现给小球一个竖直向上的初速度v0=4 m/s,g取10m/s2

(1)若锁定滑块,试求小球通过最高点P时对轻杆的作用力大小和方向;

(2)在满足(1)的条件下,小球在最高点P突然离开轻杆沿水平方向飞出,试求小球落到水平轨道位置到轴O的距离;

(3)若解除对滑块的锁定,小球通过最高点时的速度大小v′=2m/s,试求此时滑块的速度大小。

正确答案

(1)小球对轻杆的作用力大小为2N,方向竖直向上

(2)m

(3)v =1m/s

解析

(1)设小球能通过最高点,且此时的速度为v1。在上升过程中,因只有重力做功,小球的机械能守恒。则

m/s

设小球到达最高点时,轻杆对小球的作用力为F,方向向下,则

得F=2N

由牛顿第三定律可知,小球对轻杆的作用力大小为2N,方向竖直向上

(2)小球飞出后做平抛运动,设运动时间为t

 

到轴O的距离

m

(3)解除锁定后,设小球通过最高点时的速度为v2

在上升过程中,系统的机械能守恒,则

得v =1m/s

知识点

牛顿第二定律向心力动能定理的应用
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题型:简答题
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简答题 · 12 分

如图所示,轻线一端系一质量为m的小球,另一端套在图钉A上,此时小球在光滑的水平平台上做半径为a、角速度为ω的匀速圆周运动。现拔掉图钉A让小球飞出,此后细绳又被A正上方距A高为h的图钉B套住,达到稳定后,小球又在平台上做匀速圆周运动。求:

(1)图钉A拔掉前,轻线对小球的拉力大小;

(2)从拔掉图钉A到被图钉B套住前小球做什么运动?所用的时间为多少?

(3)小球最后做圆周运动的角速度。

正确答案

见解析

解析

(1)图钉A拔掉前,轻线的拉力大小为

(2)小球沿切线方向飞出做匀速直线运动直到线环被图钉B套住,小球速度为v=ωa,匀速运动的位移

则时间

(3)v可分解为切向速度v1和法向速度v2,绳被拉紧后v2=0,小球以速度v1做匀速圆周运动,半径r=a+h

知识点

牛顿第二定律匀速圆周运动向心力
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题型: 单选题
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单选题 · 3 分

如图所示,在验证向心力公式的实验中,质量相同的钢球①、②分别放在转盘A、B上,它们到所在转盘转轴的距离之比为2:1。a、b分别是与A盘、B盘同轴的轮。a、b的轮半径之比为1:2,用皮带连接a、b两轮转动时,钢球①、②所受的向心力之比为(      )

A8:1

B4:1

C2:1

D1:2

正确答案

A

解析

知识点

向心力
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题型: 单选题
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单选题 · 6 分

如图所示,半径为R的环形塑料管竖直放置,AB直线跟该环的水平直径重合,且管的内径远小于环的半径。AB及其以下部分处于水平向左的匀强电场中,管的内壁光滑。现将一质量为m,带电量为+q的小球从管中A点由静止释放,小球受到的电场力跟重力相等,则以下说法中正确的是

A小球释放后,第一次达到最高点C时恰好对管壁无压力

B小球释放后,第一次和第二次经过最高点c时对管壁的压力之比为1:3

C小球释放后,第一次经过最低点D和最高点C时对管壁的压力之比为5:1

D小球释放后,第一次回到A点的过程中,在D点出现速度最大值

正确答案

C

解析

知识点

牛顿第二定律向心力带电粒子在匀强电场中的运动
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题型:简答题
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简答题 · 11 分

如图所示,AB为半径为R=0.45m的光滑圆弧,它固定在水平平台上,轨道的B端与平台相切。有一小车停在光滑水平面上紧靠平台且与平台等高,小车的质量为M=1.0kg,长L=1.0m。现有一质量为m=0.5kg的小物体从A点静止释放,滑到B点后顺利滑上小车,物体与小车间的动摩擦因数为μ=0.4,g=10m/s2

(1)求小物体滑到轨道上的B点时对轨道的压力。

(2)求小物体刚滑到小车上时,小物体的加速度a1和小车的加速度a2各为多大?

(3)试通过计算说明小物体能否从小车上滑下?求出小车最终的速度大小。

正确答案

(1)FB=15N 

(2)a1= 4m/s2;a2=2m/s2

(3)1.0m/s 

解析

(1)小物体在圆弧上滑动,由动能定理得

  

圆弧最低点,由牛顿第二定律得

由牛顿第三定律得小物体对轨道的压力FB′=FB=15N 

(2)小物体:  

小车:   

a1=4m/s2              

a2=2m/s2  

(3)设小物体没有从小车上滑下去,则最终两者速度相等

 

 

    

相对位移 

物体没有从小车上滑下去,最终和小车以相同的速度运动

=1.0m/s  

知识点

牛顿第二定律向心力动能定理的应用
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题型: 单选题
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单选题 · 6 分

特战队员在进行素质训练时,抓住一端固定在同一水平高度的不同位置的绳索,从高度一定的平台由水平状态无初速开始下摆,如图所示,在到达竖直状态时放开绳索,特战队员水平抛出直到落地。不计绳索质量和空气阻力,特战队员可看成质点。下列说法正确的是

A绳索越长,特战队员落地时的水平位移越大

B绳索越长,特战队员在到达竖直状态时绳索拉力越大

 

C绳索越长,特战队员落地时的速度越大

D绳索越长,特战队员落地时的水平速度越大

正确答案

D

解析

知识点

平抛运动向心力
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题型:简答题
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简答题 · 16 分

在竖直平面内有一个粗糙的圆弧轨道,其半径R=0.4m,轨道的最低点距地面高度h=0.45m.一质量m=0.1kg的小滑块从轨道的最高点A由静止释放,到达最低点B时以一定的水平速度离开轨道,落地点C距轨道最低点的水平距离x=0.6m.空气阻力不计,g取10m/s2

求:

(1)小滑块离开轨道时的速度大小;

(2)小滑块运动到轨道最低点时,对轨道的压力大小;

(3)小滑块在轨道上运动的过程中,克服摩擦力所做的功.

正确答案

见解析。

解析

(1)小滑块离开轨道后做平抛运动,设运动时间为t,初速度为v,则

 

解得:  

(2)小滑块到达轨道最低点时,受重力和轨道对它的弹力为N,根据牛顿第二定律:    

解得:

根据牛顿第三定律,轨道受到的压力大小

(3)在滑块从轨道的最高点到最低点的过程中,根据动能定理:

 

所以小滑块克服摩擦力做功为0.2J。

知识点

牛顿第二定律向心力动能定理的应用
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题型:简答题
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简答题 · 18 分

如图所示,一固定的1/4圆弧轨道,半径为1.25m,表面光滑,其底端与水平面相切,且与水平面右端P点相距6m。轨道的下方有一长为l.5m的薄木板,木板右侧与轨道右侧相齐。现让质量为lkg的物块从轨道的顶端由静止滑下,当物块滑到轨道底端时,木板从轨道下方的缝隙中冲出,此后木板在水平推力的作用下保持6m/s的速度匀速运动,物块则在木板上滑动。当木板右侧到达P点时,立即停止运动并被锁定,物块则继续运动,最终落到地面上。已知P点与地面相距1.75m,物块与木板间的动摩擦因数为0.1,取重力加速度g=10m/s2,不计木板的厚度和缝隙大小,求:(结果保留两位有效数字)

(1)物块滑到弧形轨道底端受到的支持力大小;

(2)物块离开木板时的速度大小;

(3)物块落地时的速度大小及落地点与P点的水平距离。

正确答案

(1)30N

(2)

(3)3.5m

解析

(1)对物块

解得

(2)木板运动时间

对物块

 

(3)由机械能守恒定律得

物块在竖直方向

物块在水平方向

知识点

平抛运动向心力动能定理的应用
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题型: 单选题
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单选题 · 6 分

16.如图所示,一根细线下端拴一个金属小球,细线的上端固定在金属块上,放在带小孔(小孔光滑)的水平桌面上,小球在某一水平面内做匀速圆周运动(圆锥摆)。现使小球改到一个更高一些的水平面上做匀速圆周运动(图中位置),两次金属块都静止在桌面上的同一点,则后一种情况与原来相比较,下面的判断中正确的是(  )

A细线所受的拉力变小

B小球运动的角速度变小

C受到桌面的静摩擦力变大

D受到桌面的支持力变大

正确答案

C

解析

设细线与竖直方向的夹角为θ,细线的拉力大小为,细线的长度为球做匀速圆周运动时,由重力和细线的拉力的合力提供向心力,如图,则有:,得角速度,周期。使小球改到一个更高一些的水平面上做匀速圆周运动时,θ增大,减小,则得到细线拉力增大,角速度增大,周期减小。对球,由平衡条件得知,受到桌面的静摩擦力变大,故A、B错误,C正确;金属块保持在桌面上静止,根据平衡条件得知,受到桌面的支持力等于其重力,保持不变,故D错误。

知识点

牛顿第二定律向心力
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题型:简答题
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简答题 · 16 分

15.如图所示,质量的滑块(可视为质点),在水平牵引功率恒为的力作用下从点由静止开始运动,一段时间后撤去牵引功率,当滑块由平台边缘点飞出后,恰能从竖直光滑圆弧轨道点的切线方向切入轨道,且此时的速度大小为5m/s,∠COD=53°,并从轨道边缘点竖直向上飞出。已知间的距离,滑块与平台间的动摩擦因数,圆弧轨道半径。重力加速度,不计空气阻力。

求:

(1)滑块运动到点时的速度大小;

(2)滑块对圆弧轨道的最大压力;

(3)滑块在平台上运动时水平牵引功率的牵引时间;

正确答案

见解析。

解析

(1)滑块由B至C的过程中做平抛运动

水平方向:

竖直方向:

解得:

(2)滑块由A至B的过程中,F作用时间内做匀加速直线运动

     ;

撤去F后滑块做匀减速直线运动

 ;

  ;

联立得:

(3)由B至C的过程根据动能定理

    因此

滑块从E点上抛至落回的时间用表示,则

滑块沿圆弧轨道由C到E过程,设克服摩擦力做的功为

根据动能定理:

可得:        由E点返回到C点过程,
由于

又因为返回过程中,克服摩擦力做功,故滑决一定能再次经过C点

知识点

牛顿第二定律向心力动能定理的应用
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