- 平抛运动
- 共7059题
如图所示为跳台滑雪的示意图.一名运动员在助滑路段取得高速后从a点以水平初速度v0=15m/s飞出,在空中飞行一段距离后在b点着陆.若测得ab两点的高度差h=20m,不计空气阻力,g取10m/s2,求:
(1)运动员在空中飞行的时间;
(2)运动员在b点着陆前瞬间速度的大小.
正确答案
(1)因为h=gt2
所以t==2.0s
(2)运动员着陆前瞬间,在竖直方向的速度v竖直==20m/s;
则运动员在b点着陆前瞬间速度的大小v==25m/s;
答:(1)运动员在空中飞行的时间是2s;
(2)运动员在b点着陆前瞬间速度的大小是25m/s.
如图,跳台滑雪运动员经过一段加速滑行后从O点以V0=10m/s水平飞出,落到斜坡上A点的速度大小为10m/s.不计空气阻力.(g取10m/s2)求:
(1)运动员从O点运动到A点的时间;
(2)A点与O点的距离L;
(3)斜坡与水平面夹角θ的正切值.
正确答案
(1)根据速度的分解,运动员落到斜坡上时竖直分速度大小为:
vy==
=10m/s
运动员做平抛运动,竖直方向做自由落体运动,则有:vy=gt
得:t==
s=1s
(2)水平位移大小为:x=v0t=10×1m/s=10m
竖直位移大小为:y=gt2=
×10×12m=5m
则A点与O点的距离为:L==
=5
m
(3)斜坡与水平面夹角θ的正切值为tanθ==
=0.5
答:(1)运动员从O点运动到A点的时间为1s.
(2)A点与O点的距离L为5m.
(3)斜坡与水平面夹角θ的正切值为0.5.
某校物理兴趣小组举行了一场遥控赛车表演赛.赛车走过的路径如图所示.第一次表演,赛车从A点出发,以额定功率P=5W沿水平直轨道AB运动一段时间后关闭电源,再由B点进入半径为R的光滑竖直圆轨道,赛车恰好能通过竖直圆轨道最高点,然后沿圆轨道运动,进入另一条与AB轨道等高的光滑平直轨道,并从C点飞出.已知赛车质量m=lkg,可视为质点,进入竖直圆轨道前受到阻力大小恒定为f=0.3N.在运动中受到的其他阻力均可不计.g=10m/s2.已知A、B间距离L=10m,圆轨道半径R=0.18m,水平直轨道ABC与地面之间的高度差是h=1.8m,壕沟宽S=2.4m.C点在壕沟左边缘的正上方.求:
(1)第一次表演时,赛车到达B点的速度多大?
(2)第二次表演,要使赛车越过壕沟,电动机至少要工作多长时间?
正确答案
(1)小球恰好到最高点,
由动能定理得:mg=m,
从B到最高点过程中,由动能定理可得:
-2mgR=mv2-
mvB2,
解得:vB=3m/s;
(2)在赛车越过战壕的过程中,做平抛运动,
在竖直方向上:h=gt2,
在水平方向上:s=vCt,
解得:vC=4m/s,
从A到C过程中,由动能定理得:
Pt-fL=mvC2-0,
解得:t=2.2s;
答:(1)赛车到达B点的速度为3m/s.
(2)电动机至少要工作2.2s.
如图所示为利用电磁作用输送非导电液体装置的示意图.一边长为L、截面为正方形的塑料管道水平放置,其右端面上有一截面积为A的小喷口,喷口离地的高度为h.管道中有一绝缘活塞.在活塞的中部和上部分别嵌有两根金属棒a、b,其中棒b的两端与一电压表相连,整个装置放在竖直向上的匀强磁场中.当棒a中通有垂直纸面向里的恒定电流I时,活塞向右匀速推动液体从喷口水平射出,液体落地点离喷口的水平距离为S.若液体的密度为ρ,不计所有阻力,求:
(1)活塞移动的速度;
(2)该装置的功率;
(3)磁感强度B的大小;
(4)若在实际使用中发现电压表的读数变小,试分析其可能的原因.
正确答案
(1)设液体从喷口水平射出的速度为内,活塞移动的速度为v
则 v0=s ①
由 v0A=Vl2 ②
所以活塞移动的速度 v=()v0=
. ③
(2)设装置功率为P,△t时间内有△m质量的液体从喷口射出
P△t=△m(v02-v2) ④
∵流出的水的质量为△m=L2v△tρ ⑤
∴P=L2vρ(v02-v2)=
(1-
)v03
所以该装置的功率为 P=(
g
2h
)32. ⑥
(3)因为装置的功率即为安培力的功率,即 P=F安v ⑦
∴L2ρv(v02-
v02)=BILv ⑧
所以磁感强度B的大小为 B==
. ⑨
(4)感应电动势为 U=BLv
∴喷口液体的流量减少,活塞移动速度减小,或磁场变小等会引起电压表读数变小.
一宇航员在某未知星球的表面上做平抛运动实验:在离地面h高处让小球以v0的初速度水平抛出,他测出小球落地点与抛出点的水平距离为x,又已知该星球的半径为R,求:
(1)小球从抛出到落地的时间t
(2)该星球表面的重力加速度g
(3)该星球的质量M.
正确答案
(1)小球做平抛运动时在水平方向上有
x=v0t
得小球从抛出到落地的时间:
t=
(2)小球做平抛运动时在竖直方向上有
h=gt2
得该星球表面的重力加速度:
g=
(3)设地球的质量为M,静止在地面上的物体质量为m,忽略地球的自转时
G=mg
所以该星球的质量为:
M=
答:(1)小球从抛出到落地的时间是
(2)该星球表面的重力加速度是
(3)该星球的质量是
滑板运动是一项陆地上的“冲浪运动”,具有很强的观赏性.如图所示,abcdef为同一竖直平面内的滑行轨道,其中bc段水平,ab、de和ef段均为倾角θ=37°的斜直轨道,轨道间均用小圆弧平滑相连(小圆弧的长度可忽略).已知H1=5m,L=15m,H2=1.25m,H3=12.75m,设滑板与轨道之间的摩擦力为它们间压力的k倍(k=0.25),运动员连同滑板的总质量m=60kg.运动员从a点由静止开始下滑从c点水平飞出,在de上着陆后,经短暂的缓冲动作后保留沿斜面方向的分速度下滑,接着在def轨道上来回滑行,除缓冲外运动员连同滑板可视为质点,忽略空气阻力,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
(1)运动员从c点水平飞出时的速度大小vc;
(2)运动员在de上着陆时,沿斜面方向的分速度大小v0;
(3)设运动员第一次和第四次滑上ef轨道时上升的最大高度分别为h1和h4,则h1:h4等于多少?
正确答案
(1)设运动员从a点到c点的过程中克服阻力做功Wf,
根据动能定理得:
mgH1-Wf=m
-0①
而Wf=kmgcosθ•+kmg•
②
L=abcosθ+③
由①②③式并代入数据,解得vc=5m/s④
(2)运动员从c点水平飞出到落到de轨道上的过程中做平抛运动,设从c点到着陆点经过的时间为t
水平位移x=vxt⑤
竖直位移y=gt2⑥
由几何关系=tanθ⑦
水平方向分速度vx=vc⑧
竖直方向分速度vy=gt⑨
v0=vxcosθ+vysinθ⑩
由④⑤⑥⑦⑧⑨⑩式并代入数据,解得v0=10m/s
(3)设运动员第一次沿ed斜面向上滑的最大高度为h1',
根据功能关系mg(h1-)=kmgcosθ(
+
)
解得=
h1
同理可得,运动员第二次沿ef斜面向上滑的最大高度h2==(
)2h1
以此类推,运动员第四次沿ef斜面向上滑的最大高度h4=()6h1
解得=
答:(1)运动员从c点水平飞出时的速度大小vc为5m/s;
(2)运动员在de上着陆时,沿斜面方向的分速度大小v0为10m/s;
(3)设运动员第一次和第四次滑上ef轨道时上升的最大高度分别为h1和h4,则h1:h4等于1:64.
如图,竖直固定轨道abcd段光滑,长为L=1.0m的平台de段粗糙,abc段是以O为圆心的圆弧.小球A和B紧靠一起静止于e处,B的质量是A的4倍.两小球在内力作用下突然分离,A分离后向左始终沿轨道运动,与de段的动摩擦因数μ=0.2,到b点时轨道对A的支持力等于A的重力的,B分离后平抛落到f点,f到平台边缘的水平距离S=0.4m,平台高h=0.8m,g取10m/s2,求:
(1)AB分离时B的速度大小vB;
(2)A到达d点时的速度大小vd;
(3)圆弧abc的半径R.
正确答案
(1)B分离后做平抛运动,由平抛运动规律可知:
h=gt2
vB=
代入数据得:vB=1 m/s
(2)AB分离时,由动量守恒定律得:
mAve=mBvB
A球由e到d根据动能定理得:
-μmAgl=mAvd2-
mAve2
代入数据得:vd=2m/s
(3)A球由d到b根据机械能守恒定律得:
mAgR=mAvd2-
mAvb2
A球在b由牛顿第二定律得:
mAg-mAg=mA
代入数据得:R=0.5m
答:(1)AB分离时B的速度大小为1 m/s;
(2)A到达d点时的速度大小为2m/s;
(3)圆弧abc的半径R为0.5m.
某电视台“快乐向前冲”节目中的场地设施如题图所示,AB为水平直轨道,上面安装有电动悬挂器,可以载人运动,水面上漂浮着一个半径为R,角速度为ω,铺有海绵垫的转盘,转盘的轴心离平台的水平距离为L,平台边缘与转盘平面的高度差为H.选手抓住悬挂器,可以在电动机带动下,从A点下方的平台边缘处沿水平方向做初速度为零,加速度为a的匀加速直线运动.选手必须作好判断,在合适的位置释放,才能顺利落在转盘上.设人的质量为m(不计身高大小),人与转盘间的最大静摩擦力为μmg,重力加速度为g.
(1)假设选手落到转盘上瞬间相对转盘速度立即变为零,为保证他落在距圆心R/2以内不会被甩出转盘,转盘的角速度ω应限制在什么范围?
(2)若已知H=5m,L=8m,a=2m/s2,g=10m/s2,且选手从某处C点释放能恰好落到转盘的圆心上,则他是从平台出发后经过多长时间释放悬挂器的?
(3)若电动悬挂器开动后,针对不同选手的动力与该选手重力关系皆为F=0.6mg,悬挂器在轨道上运动时存在恒定的摩擦阻力,选手在运动到上面(2)中所述位置C点时,因选手恐惧没有释放悬挂器,但立即关闭了它的电动机,则按照(2)中数据计算悬挂器载着选手还能继续向右滑行多远的距离?
正确答案
(1)设人落在距圆心处不至被甩下,最大静摩擦力提供向心力,则有:
μmg≥mω2•
即转盘转动的角速度满足ω≤.
(2)沿水平加速段位移为x1,时间为t1;平抛运动的水平位移为x2,时间为t2.
则加速时有x1=at2
v=at1
平抛运动阶段x2=vt2
H=gt2
全程水平方向:x1+x2=L;
代入数据,联立各式解得t1=2s.
(3)由(2)知,v=at=4m/s,且F=0.6mg,
设阻力为f,继续向右滑动加速度为a′,滑行距离为x3
加速阶段:F-f=ma
剪断阶段:-f=ma′
则有:0-v2=2ax3
联立以上三式,代入数据解得x3=2m.
答:(1)转盘的角速度ω应满足ω≤.
(2)他是从平台出发后经过2s释放悬挂器的.
(3)悬挂器载着选手还能继续向右滑行2m.
一小钢球以v0=10m/s的水平速度抛出,下落h=5.0m时恰好垂直撞在一钢板上.不计空气阻力,取g=10m/s2,求:
(1)小球在空中运动的时间;
(2)钢板与水平面的夹角θ;
(3)小球撞击钢板时的速度大小.
正确答案
(1)物体做的是平抛运动,
在竖直方向上是自由落体运动,
由 h=gt2
得 t==
=1s,
(2)钢球在竖直方向上的速度 vy=gt=10m/s=v0,
由于球是垂直撞在一钢板上,所以钢板与水平面的夹角θ=450,
(3)小球撞击钢板时的速度是球的合速度,
所以vt==10
m/s,
答:(1)小球在空中运动的时间是1s;
(2)钢板与水平面的夹角θ是45°;
(3)小球撞击钢板时的速度大小是10m/s.
如图所示,AB和BC是由相同材料组成的绝缘斜面和水平面,A与C的水平距离为SAC=5米,H高2.8米,h=0.8米.质量为m的小滑块由A静止开始释放,它恰能运动到C而静止.现在让小滑块带上电量q,并在轨道所在处施加竖直向下的匀强电场,场强大小E=mg/2q,在A点给小滑块一个沿斜面向下的4米/秒的初速度,求滑块滑出C后所抛出的水平距离是多大?
下面是一位同学对上述问题的求
未加电场小滑块由A静止下滑,由动能定理结合题意有:
mg(H-h)-μmgSAC=0(1)
加电场后,由动能定理结合题意有:
(mg+qE)(H-h)-μmgSAC=m(v2-v02) (2)
联解方程(1)和(2)得:
v==
=6m/s
小滑块离开C后作平抛运动:h=gt2,s=vt,
结合题给条件和上述结果有:s=v=2.4m
请你对这位同的求解作出评价:
(1)答案是否正确?简述正确与否的理由.
(2)如果你认为答案不正确,请完成该问题的求解过程,求出正确的答案.
正确答案
(1)该同学的答案不正确.
原因在于在施加竖直向下的电场后,物体对桌面压力N=mg+qE,因而物体受到的滑动摩擦力f=μN=μ(mg+qE),而这位同学仍用f=μmg来计算摩擦力做的功.
(2)据上分析,仍保留这位同学列出的(1)式:mg(H-h)-μmgSAC=0
修改(2)式为:(mg+qE)(H-h)-μ(mg+qE)SAC=m(υ2-
)
联解上述两式得:υ=υ0=4米/秒
滑块滑出C后做平抛运动,运用平抛运动的公式:h=gt2
得:S=vt=υ=4×
m=1.6m
答:(1)该同学的答案不正确.原因在于在施加竖直向下的电场后,物体对桌面压力N=mg+qE,因而物体受到的滑动摩擦力f=μN=μ(mg+qE),而这位同学仍用f=μmg来计算摩擦力做的.
(2)正确的答案是:滑块滑出C后所抛出的水平距离为1.6m.
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