- 平抛运动
- 共7059题
如图,长为L的轻绳一端系于固定点O,另一端系质量为m的小球.将小球从O点以一定初速水平向右抛出,经一定时间绳被拉直,以后小球将以O为支点在竖直平面内摆动.已知绳刚被拉直时,绳与竖直线成60度角,求:
(1)小球水平抛出时的初速v0
(2)小球摆到最低点时,绳所受的拉力T.
正确答案
(1)根据L sin60°=V0t.
L cos60°=gt2,
联立两式解得:t=,v0=
.
(2)绳子拉直时,小球在竖直方向上的分速度vy=gt=.
绳子拉直后,沿绳子方向上的速度变为零,只剩下垂直于绳子方向上的分速度,根据分解得:
v1=vysin60°-v0sin30°=
根据机械能守恒定律得:
mv22=
mv12+mgL(1-cos60°)
根据牛顿第二定律得:
F-mg=m
联立解得F=mg.
答:(1)小球水平抛出时的初速度为v0=.
(2)小球摆到最低点时,绳所受的拉力为mg.
如图所示,轨道ABC被竖直地固定在水平桌面上,A距离水平地面高H=0.75 m,C距离水平地面高h=0.45 m。一质量m=0.10kg的小物块自A点从静止开始下滑,从C点以水平速度飞出后落在水平地面上的D点。现测得C、D两点的水平距离为x=0.60 m。不计空气阻力,取g=10 m/s2。求:
(1)小物块从C点运动到D点经历的时间;
(2)小物块从C点飞出时速度的大小;
(3)小物块从A点运动到C点的过程中克服摩擦力做的功。
正确答案
解:(1)小物块从C水平飞出后做平抛运动,由
得小物块从C到D运动的时间=0.3s
(2)从C到D,小物块水平方向做匀速直线运动,
得v=2m/s,此速度即从C点飞出时的速度
(3)物块从A运动到C的过程中,根据动能定理得-0
得克服摩擦力做功=0.1J
如图所示,是某跳台滑雪的雪道示意简化图,高台滑雪运动员经过一段竖直平面内的圆弧后,从圆弧所在圆的最低点O水平飞出,圆弧半径R=10m.一滑雪运动员连同滑雪板的总质量为50kg,从圆弧轨道上距O点竖直高度为3R/5处静止下滑,经过圆弧上的O点时受到的支持力大小为1000N,飞出后经时间t=2s着陆在雪道上的A点.忽略空气阻力,取重力加速度g=10m/s2.求:
(1)运动员离开O点时速度的大小;
(2)圆弧轨道的摩擦力对运动员所做的功;
(3)运动员落到雪道上A点时速度的大小.
正确答案
(1)根据牛顿第二定律得,N-mg=m,
代入数据得,1000-500=50×
解得v0=10m/s.
(2)根据动能定理得,mg•R+Wf=
mv02
代入数据解得,Wf=-500J.
(3)运动员落到A点时,竖直方向上的速度vy=gt=20m/s
则vA==10
=22.36m/s.
答:(1)运动员离开O点时速度的大小为10m/s.
(2)圆弧轨道的摩擦力对运动员所做的功为-500J.
(3)运动员落到雪道上A点时速度的大小为22.36m/s.
如图所示,水平台面AB距地面的高度h=0.80m.质量为0.2kg的滑块以v0=6.0m/s的初速度从A点开始滑动,滑块与平台间的动摩擦因数μ=0.25.滑块滑到平台边缘的B点后水平飞出.已知AB间距离s1=2.2m.滑块可视为质点,不计空气阻力.(g取10m/s2)求:
(1)滑块从B点飞出时的速度大小
(2)滑块落地点到平台边缘的水平距离s2
(3)滑块自A点到落地点的过程中滑块的动能、势能和机械能的变化量各是多少.
正确答案
(1)滑块从A点滑到B点的过程中,克服摩擦力做功,由动能定理
-fS1=m
-
m
①
滑动摩擦力 f=μmg ②
由①②两式联立,将v0=6.0m/s,s1=2.2m,μ=0.25带入,可得
v=5.0m/s
故滑块从B点飞出时的速度大小为5.0m/s.
(2)滑块离开B点后做平抛运动,竖直方向做自由落体运动
h=gt2 ③
水平方向做匀速直线运动
S2=vt ④
由③④两式联立,将h=0.80m,g=10m/s2带入,可得
s2=2.0m
即滑块落地点到平台边缘的水平距离s2为2.0m.
(3)落地时的动能E2=m
+mgh=4.1J
滑块在A点的初动能为=
m
=3.6J
由A到落地点滑块的动能增加了△EK=E2-E1=0.5J
重力势能减小量为△Ep=mgh=1.6J
机械能的减小量△E=μmgS1=1.1J
即滑块自A点到落地点的过程中滑块的动能增加0.5J、势能减小1.6J、机械能减小1.1J.
如图所示,实线为某质点平抛轨迹的一部分,测得AB、BC间水平距离△s1=△s2=0.4m,高度差△h1=0.25m,△h2=0.35m,则质点平抛的初速度v0为______;抛出点到A点的水平距离为______;竖直距离为______.
正确答案
平抛运动在水平方向上做匀速直线运动,因为AB、BC水平位移相等,可知时间间隔相等,设相等的时间间隔为T.
在竖直方向上:△y=△h2-△h1,
根据△y=gT2得:T==
s=0.1s.
则平抛运动的初速度为:v0==
m/s=4m/s.
B点竖直方向上的分速度为:vyB==
m/s=3m/s.
则抛出点到B点的时为:tB==
s=0.3s,
则抛出点到A点的时间为:tA=tB-T=0.3s-0.1s=0.2s
所以抛出点到A点的水平距离为:xA=v0tA=4×0.2m=0.8m.
竖直距离为:h=g
=
×10×0.22m=0.2m
故答案为:4m/s;0.8m;0.2m
如图所示,水平轨道AB与位于竖直面内半径为R的半圆形光滑轨道BCD相连,半圆形轨道的直径BD与AB垂直,水平轨道上有一质量m=1.0kg可看作质点的小滑块,滑块与水平 轨道间的动摩擦因数μ=0.5.现使滑块从水平轨道上某点静止起出发,在水平向右的恒力F作用下运动,到达水平轨道的末端B点时撤去外力F,小滑块继续沿半圆形轨道运动;恰好能通过轨道最高点D,滑块脱离半圆形轨道后又刚好落到其出发点,g取10m/s2.
(1)当R=0.90m时,求其出发点到B点之间的距离x及滑块经过B点进入圆形轨道时对轨道的压力大小;
(2)小明同学认为:若半圆形光滑轨道BCD的半径R取不同数值,仍要使物体恰好能通过D点飞离圆轨道并刚好落回其对应的出发点,恒定外力F的大小也应随之改变.你是否同意他的观点,若同意,求出F与R的关系式;若不同意,请通过计算说明.
正确答案
如图为一网球场长度示意图,球网高为h=0.9m,发球线离网的距离为x=6.4m,某一运动员在一次击球时,击球点刚好在发球线上方H=1.25m高处,设击球后瞬间球的速度大小为v0=32m/s,方向水平且垂直于网,试通过计算说明网球能否过网?若过网,试求网球的直接落地点离对方发球线的距离L?(不计空气阻力,重力加速度g取10m/s2)
正确答案
网球在水平方向通过网所在处经历时间t1==0.2s
下落高度h1=g
=0.2m
因h1<H-h=0.35m.故网球可以过网.
网球做平抛运动,竖直方向H=gt2
t==0.5s
水平方向位移S=v0t=16m
网球的直接落地点离对方发球线的距离L=S-2x=3.2m
答:网球能过网.网球的直接落地点离对方发球线的距离L=3.2m.
(8分)在“研究平抛物体的运动”的实验中,记录了如下图所示的段落轨迹ABC。物体是由原点O水平抛出,C点的坐标为(60、45),则平抛物体的初速度υ0= m/s,物体通过b点时的速度大小为υB= m/s。
正确答案
20;28.2
略
半径R=4500km的某星球上有一倾角为θ=30°的固定斜面.一质量为m=1lg的小物块在力F作用下从静止开始沿斜面向上运动,力F始终与斜面平行,如图12(甲)所示.已知小物块和斜面间的动摩擦因数μ=,力F随位移s变化的规律如图(乙)所示(取沿斜面向上的方向为正),那么小物块运动12m时速度恰好为零.试求:
(1)该星球表面上的重力加速度;
(2)该星球表面抛出一个物体,为使该物体不再落回星球,至少需要多大速度?
正确答案
(1)假设星球表面的重力加速度为g,根据动能定理:
小物块在力F1作用过程中有:
F1s1-fs1-mgs1sinθ=mv2-0
又 f=μN=μmgcosθ
小物块在力F2作用过程中有:
-F2s2-fs2-mgs2sinθ=0-mv2
由图可知:F1=20N,s1=6m,F2=4N,s2=6m
由①②③式得:g=8m/s2
(2)要使抛出的物体不再落回星球,物体的最小速度V,必须满足:
mg=m
得到 V==6.0km/s
答:(1)该星球表面上的重力加速度为8m/s2;
(2)该星球表面抛出一个物体,为使该物体不再落回星球,至少需要6.0km/s速度.
如图所示的“S”形玩具轨道,该轨道是用内壁光滑的薄壁细圆管弯成,放置在竖直平面内,轨道弯曲部分是由两个半径相等的半圆对接而成,圆半径比细管内径大得多,轨道底端与水平地面相切,轨道在水平方向不可移动.弹射装置将一个小球(可视为质点)从a点水平弹射向b点并进入轨道,经过轨道后从最高点d水平抛出(抛出后小球不会再碰轨道),已知小球与地面ab段间的动摩擦因数μ=0.2,不计其他机械能损失,ab段长L=1.25m,圆的半径R=0.1m,小球质量m=0.01kg,轨道质量为M=0.26kg,取g=10
m/s2,求:
(1)若v0=5m/s,小球从最高点d抛出后的水平射程.
(2)若v0=5m/s,小球经过轨道的最高点d时,管道对小球作用力的大小和方向.
(3)设小球进入轨道之前,轨道对地面的压力大小等于轨道自身的重力,当v0至少为多少时,小球经过两半圆的对接处c点时,轨道对地面的压力为零.
正确答案
(1)对a到d全过程运用动能定理:-μmgL-4mgR=mvd2-
mv02.
vd=2m/s.
小球离开d点后做平抛运动,4R=gt2.t=
=
s
水平射程x=vdt=m.
(2)在d点有:mg+F=m
F=1.1N.管道对小球的作用力方向向下.
(3)当小球在c点对轨道向上的作用力等于轨道自身的重力时,轨道对地面的压力为0.
有N+mg=m N=Mg
vc=3m/s
根据动能定理得:
-μmgL-2mgR=mvc2-
mv02
v0=6m/s.
故v0至少为6m/s时,小球经过两半圆的对接处c点时,轨道对地面的压力为零.
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