- 平抛运动
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在h高度处,以初速度v向水平方向抛出一个小球,不计空气阻力,求小球着地时的速度大小(要求用动能定理求解)
正确答案
根据动能定理得:mgh=mv′2-
mv2,
解得:v′=.
答:小球落地的速度大小为.
将一个质量为2.0Kg的小球从离地面15m高的地方水平抛出,抛出时小球的速度为10m/s,忽略空气对小球的阻力.
求:(1)小球落地时的速度大小;
(2)小球的重力势能的减小量.(重力加速度g取10m/s2)
正确答案
(1)小球抛出后的运动过程中机械能守恒,得
mgh+mv02=
mv 2
求出小球落地的速度大小 v=20m/s
(2)小球的重力势能的减小量为△Ep=mgh=300J.
答:(1)小球落地时的速度大小为20m/s;
(2)小球的重力势能的减小量为300J.
如图所示,在距地面高为H=45m处,有一小球A以初速度v0=10m/s水平抛出,与此同时,在A的正下方有一物块B也以相同的初速度v0同方向滑出,B与地面间的动摩擦因数为μ=0.5,A、B均可看做质点,空气阻力不计.求:
(1)A球从抛出到落地的时间;
(2)A球从抛出到落地这段时间内的水平位移;
(3)A球落地时,A、B之间的距离.
正确答案
(1)A球平抛运动的时间t==
s=3s
(2)平抛运动的水平位移SA=V0t=10×3m=30m
(3)根据牛顿第二定律得,B的加速度a=μg=0.5×10m/S2=5m/S2
SB==
m=10m
△S=SA-SB=(30-10)m=20m
答:(1)A球从抛出到落地的时间为3s.
(2)A球从抛出到落地这段时间内的水平位移为30m.
(3)A、B之间的距离为20m.
如图所示,水平桌面离地面高h=1.25m.小物块A静止在桌面上,距右边缘l=1m,小物块B从桌面的左边缘向A运动,并与之发生正碰(碰撞时间极短).碰后A从桌面的右边缘以垂直边缘的速度飞出,其落地点距桌面右边缘的水平距离s=0.75m,B刚好到达桌面右边缘.A和B质量均为m=0.1kg,与桌面间的动摩擦因数均为μ=0.2.重力加速度为g=10m/s2.试求:
(1)小物块A从桌面边缘飞出时的速度大小.
(2)小物块B与A碰撞过程中B与A组成的系统损失的机械能.
正确答案
(1)物块A做平抛运动的时间t==0.5s
从桌面边缘飞出的速度为v==1.5m/s
(2)碰撞前A的速度为v0,碰撞后A的速度为v1,B的速度为v2,
根据动能定理有:-μmgl=mv2-
mv12,-μmgl=0-
mv22
带入数据解得:v1=2.5m/s,v2=2m/s
根据动量守恒得:
mv0=mv1+mv2
解得:v0=4.5m/s
则碰后损失的机械能为△E=mv02-
mv12-
mv22=0.5J
答:(1)小物块A从桌面边缘飞出时的速度大小为1.5m/s.
(2)小物块B与A碰撞过程中B与A组成的系统损失的机械能为0.5J.
如图,AB为一光滑固定轨道,AC为摩擦因素μ=0.25的粗糙水平轨道,D为水平地面上的一点,且B、C、D在同一竖直线上,已知B、C两点的高度差为h,C、D两点的高度差也为h,AC两点相距s=2h.两滑块从A点以相同的初速度v0分别沿两轨道滑行,到达B点或C点后分别水平抛出,欲使两滑块的落地点相同,滑块的初速度v0应满足什么条件?
正确答案
对与滑块1,从A到B过程机械能守恒,有
m
=
m
+mgh
得 vB=
从B点抛出后,有
x1=vBt
2h=gt2
解得
x1=2•
对于滑块2,从A到C过程,由动能定理,得到
-μmgS=m
-
m
由于μ=0.5,根据几何关系S=2h,得vc==
从C点抛出后:
得x2=•
依题意有:x1=x2
解得:v0=
即滑块的初速度v0应满足v0=.
将一小球以3m/s的速度水平抛出,它落地时的速度大小为5m/s,求小球在空中运动的时间及位移大小.
正确答案
竖直方向速度vy==
=4m/s
运动的时间t==
s=0.4s
位移x==
=2m
答:小球在空中运动的时间为0.4s,位移大小为2m
高台滑雪以其惊险刺激而闻名,运动员在空中的飞跃姿势具有很强的观赏性.某滑雪轨道的完整结构可以简化成如图24所示的示意图.其中AB段是助滑坡,倾角a=37°;BC段是水平起跳台;CD段是着陆坡,倾角θ=30°;DE段是水平的停止区,AB段与BC段圆滑相连.轨道各部分与滑雪板间的动摩擦因数均为μ=0.03,图中轨道最高点A处的起滑台距起跳台BC的竖直高度h=47m,水平起跳台BC长s=4.0m.运动员连同滑雪板的质量m=60kg,滑雪运动员从A点由静止开始起滑,通过起跳台从C点水平飞出,运动员在着陆坡CD上的着陆.设运动员在起跳前不使用雪杖助滑,无初速滑下,忽略空气阻力的影响,重力加速度g取10m/s2(sin37°=0.6,cos37°=0.8).求
(1)运动员在C点起跳时的速度大小
(2)运动员在着陆坡CD上的着陆位置与C点的距离.
正确答案
(1)设运动员从C点飞出时的速度为vC,从A运动到C的过程中运用动能定理得:
mvC2-0=mgh-μmgcosα
-μmgs
带入数据解得:vC=30m/s
(2)设运动员在CD上的着落位置与C点的距离为L,运动时间为t,根据平抛运动的基本公式得:
水平方向:Lcosθ=vCt
竖直方向:Lsinθ=gt2
解得:L=120m
答:(1)运动员在C点起跳时的速度大小为30m/s;(2)运动员在着陆坡CD上的着陆位置与C点的距离为120m.
如图所示,从h=3m高的水平桌面边缘A点,将小球(可看作质点处理)以v0=2m/s的初速度水平推出.有一足够长的挡板,其一端接A点正下方的B点,若忽略空气阻力,挡板与水平地面的夹角θ等于多少时,小球从A点抛出后会刚好垂直地撞在挡板上?(g取10m/s2)
正确答案
如图所示,小球从A点抛出落到斜面上的C点时
速度关系为:tanθ==
…①
位移关系:tanθ==
…②
联立解得:t=0.6s,
tanθ=,
所以θ=30°.
答:挡板与水平地面的夹角θ等于30°.
小明站在水平地面上,手握不可伸长的轻绳一端,绳的另一端系有质量为m的小球,甩动手腕,使球在竖直平面内做圆周运动.当球某次运动到最低点时,绳突然断掉,球飞行水,
平距离d后落地,如图所示,已知握绳的手离地面高度为d,手与球之间的绳长为d,重力加速度为g.忽略手的运动半径和空气阻力.求:
(1)绳断时球的速度大小v1;
(2)绳能承受的最大拉力;
(3)改变绳长(绳承受的最大拉力不变),保持手的位置不动,使球重复上述运动,若绳仍在球运动到最低点时断掉,要使球抛出的水平距离最大,绳长应为多少?最大水平距离为多少?
正确答案
(1)设绳断后球做平抛运动的时间为t1,
竖直方向上:d=
gt12,水平方向上:d=v1t1
解得v1=.
(2)设绳能承受的最大拉力为Fm.
球做圆周运动的半径为R=d
Fm-mg=m
解得Fm=mg.
(3)设绳长为l,绳断时球的速度为v2.
有:Fm-mg=m,解得v2=
.
绳断后球做平抛运动,竖直位移为d-l,水平位移为x,时间为t2.
有:d-l=gt22,x=v2t2.
得x=4
当l=时,x有极大值xmax=
d.
答:(1)绳断时球的速度大小v1=.
(2)绳能承受的最大拉力为Fm=mg.
(3)要使球抛出的水平距离最大,绳长应为,最大水平距离为xmax=
d.
如图所示,竖直面内的正方形ABCD的边长为d,质量为m、电荷量为+q的小球从AD边的中点,以某一初速度进入正方形区域.若正方形区域内未加电场时,小球恰好从CD边的中点离开正方形区域;若在正方形区域内加上竖直方向的匀强电场,小球可以从BC边离开正方形区域.已知重力加速度为g,求:
(1)小球进入正方形区域的初速度V0.
(2)要使小球从BC边离开正方形区域,求所加竖直方向的匀强电场的场强E的方向和E的大小范围.
正确答案
(1)未知电场时,小球做平抛运动,由平抛运动公式:
水平方向:=v0t
竖直方向:=
gt2
解得:v0=
(2)要使小球从BC边离开正方形区域,应加竖直向上的匀强电场.
小球从C点离开正方形时,设场强为E1,由牛顿第二定律:mg-qE1=ma1初速度方向位移:d=v0t1
垂直初速度方向位移:=
a1
解得:E1=
小球从B点离开正方形时,设场强为E2,由牛顿第二定律:qE2-mg=ma2
初速度方向位移:d=v0t2
垂直初速度方向位移:=
a2
解得:E2=
场强E的大小范围为:≤E≤
;
答:(1)粒子的速度为;
(2)场强的范围为≤E≤
,电场方向竖直向上.
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