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简答题

如图所示,一带电为+q质量为m的小球,从距地面高h处以一定的初速水平抛出,在距抛出点水平距离为L处有根管口比小球略大的竖直细管,管的上口距地面h/2。为了使小球能无碰撞地通过管子(即以竖直速度进入管子),可在管子上方整个区域内加一水平向左的匀强电场,(重力加速度为g)求:

(1)小球的初速度;

(2)应加电场的场强;

(3)小球落地时的动能。

正确答案

解:(1)要使小球无碰撞地通过管口,则当它到达管口时,速度方向为竖直向下

竖直方向,自由落体运动,则运动时间为:

水平方向,粒子做匀减速运动,减速至0,位移

解得

(2)水平方向,根据牛顿第二定律:

又由运动学公式:

解得,方向水平向右

(3)由动能定理:

即:

解得:EK=mgh

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简答题

如图所示,水平轨道上轻弹簧左端固定,弹簧处于自然状态时,其右端位于P点。现用一质量m=0.1kg的小物块(可视为质点)将弹簧压缩后释放,物块经过P点时的速度v0=18m/s,经过水平轨道右端Q点后恰好沿半圆轨道的切线进入竖直固定的圆轨道,最后物块经轨道最低点A抛出后落到B点,若物块与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.15,R=l=1m,A到B的竖直高度h=1.25m,取g=10m/s2

(1)求物块到达Q点时的速度大小(保留根号);

(2)判断物块经过Q点后能否沿圆周轨道运动;

(3)求物块水平抛出的位移大小。

正确答案

解:(1)设物块到达Q点时的速度为v,由动能定理得

-μmgl=(1/2)mv2-(1/2)mv02

代入数据解得v=(321)1/2m/s

(2)设物块刚离开Q点时,圆轨道对物块的压力为FN

根据牛顿定律有FN+mg=mv2/R

则FN=mv2/R-mg=31.1N>0

故物块能沿圆周轨道运动

(3)设物块到达半圆轨道最低点A时的速度为v1

由机械能守恒得(1/2)mv2+mg·2R=(1/2)mv12

解得v1=19m/s

由h=(1/2)gt2,s=vt

得s=v(2h/g)1/2

代入数据,得s=9.5m

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简答题

如图所示的“S”字形玩具轨道,该轨道是用内壁光滑的薄壁细圆管弯成,固定在竖直平面内,轨道弯曲部分是由两个半径相等半圆连接而成,圆半径比细管内径大得多,轨道底端与水平地面相切,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p点水平抛出,已知小物体与地面ab段间的动摩擦因数μ=0.2,不计其它机械能损失,ab段长L=1.25m,圆的半径R=0.1m,小物体质量m=0.01kg,轨道总质量为M=0.15kg,g=10m/s2,求:

(1)若v0=5m/s,小物体从p点抛出后的水平射程;

(2)若v0=5m/s,小物体经过轨道的最高点时,管道对小物体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,轨道对地面的压力为零。

正确答案

解:(1)设小物体运动到点的速度大小为,对小物体由a点运动到p点过程应用动能定理得

小物体自p点做平抛运动,设运动时间为,水平射程为,则

联立代入数据解得

(2)设在轨道最高点时管道对小物体的作用力大小为,取竖直向下为正方向,据牛顿第二定律得

联立代入数据解得,方向竖直向下

(3)分析可知,要使小球以最小速度v0运动,且轨道对地面的压力为零,则小球的位置应该有“S”形道的中间位置

据牛顿第二定律得

据动能定律得:

解得:

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滑雪者从A点由静止沿斜面滑下,沿一平台后水平飞离B点,地面上紧靠平台有一个水平台阶,空间几何尺度如图所示,斜面、平台与滑雪板之间的动摩擦因数为μ。假设滑雪者由斜面底端进入平台后立即沿水平方向运动,且速度大小不变。求:

(1)滑雪者离开B点时的速度大小;

(2)滑雪者从B点开始做平抛运动的水平距离s。

正确答案

解:(1)设滑雪者质量为m,斜面与水平面夹角为θ,滑雪者滑行过程中克服摩擦力做功    

 ①

由动能定理

离开B点时的速度

(2)设滑雪者离开B点后落在台阶上

 

可解得

此时必须满足

时,滑雪者直接落到地面上 ⑥

可解得

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如图所示,一质量为m=2kg的小球以某一初速度v0=8m/s向壕沟运动,小球开始运动时距离壕沟上边缘L=8m,地面粗糙有摩擦。小球恰好飞过壕沟,已知壕沟长s=1.6m,落差h=0.8m。求:

(1)小球到达壕沟上边缘时的速度v;

(2)小球与地面间的动摩擦因素μ。

正确答案

解:(1)小球飞过壕沟过程做做平抛运动,则:

解得:

(2)小球从开始运动至壕沟上边缘过程由动能定理,得:

解得:

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简答题

如图所示,A1D是水平面,AC是倾角为的斜面,小物块从A点由静止释放沿ACD滑动,到达D点时速度刚好为零。将上述过程改作平抛运动,小明作了以下三次尝试,物块最终也能到达D点:第一次从A点以水平初速度v1向右抛出物块,其落点为斜面AC的中点B;第二次从A点以水平初速度v2向右抛出物块,其落点为斜面的底端C;第三次从A点以水平初速度v3向右抛出物块,其落点刚好为水平面上的D点。已知,长度,物块与斜面、水平面之间的动摩擦因数均相同,不计物块经C点的机械能损失。

(1)求物块与斜面间的动摩擦因数μ;

(2)求初速度之比

(3)试证明物块落到B、C两点前瞬时速度vB、vC大小满足:

正确答案

解:(1)物块从过程中,根据动能定理有

 

(2)

,所以

,所以

初速度之比

(3)因为

所以

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如图所示为“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,轨道不可移动。弹射装置将一个小球(可视为质点)从A点以v0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,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=1.25 m,问:

(1)若圆的半径R=0.25m,v0至少多大才能使小球从D点抛出?

(2)若v0=9.22m/s,圆的半径R取何值时,小球从D点抛出后的水平位移最大(抛出后小球不会再碰到轨道)?

正确答案

解:(1)小球恰好能从A点运动到D点,根据动能定理

-μmgL-mg4R=0-mv02

代入数据得v0=5m/s

(2)设D点时的速度为v

-μmgL-mg4R=mv2mv02

小球从D点抛出后做平抛运动,设水平位移为S,有

4R=gt2

S=vt ③

联立①②③,得

所以,当R=0.5m时,水平位移最大

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简答题

如图,质量为M=60 kg的高山滑雪运动员,从A点由静止开始沿雪道滑下,从B点水平飞出后又落在与水平面成倾角°的斜坡上C点。已知AB两点间的高度差为h=25 m,B、C两点间的距离为S=75 m,(g取10)求:

(1)运动员从B点飞出时的速度的大小;

(2)运动员从A到B过程中克服摩擦力所做的功。

正确答案

解:(1)水平位移,竖直位移,运动员从B到C做平抛运动,根据平抛运动规律得:

     

       ②

      联立①②解得

(2)运动员从A到B过程中克服摩擦力所做的功为,根据动能定理得:

      代入数据解得:

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简答题

“S”形玩具轨道如图所示。该轨道是用内壁光滑的溥壁细圆管弯成,同定在竖直平面内,轨道弯曲部分是由两个半径相等的半圆连接而成,圆半径比细管内径大得多,轨道底端与水平地面相切。弹射装嚣将一个直径略小于细管直径的小球(可视为质点)从a点水平射向b点并进入轨道,经过轨道后从P点水平抛出,已知小球与地面曲段问的动摩擦因数μ=0.2,ab段长L=2. 25 m,半圆的半径R=0.1 m,不计其他机械能损失,g取10 m/s2,若v0=5 m/s,求:

(1)小球到达b点时的速度vb

(2)小物体从P点抛出后的水平射程。

正确答案

解:(1)小球由a点运动到b点的过程中,由动能定理得

小球到达b点时的速度

(2)小球由b点运动到P点的过程中,由机械能守恒定律得

小球从P点水平抛出后的水平射程x=vpt

竖直位移

以上各式联立,可得x=0.8 m

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简答题

一名同学想把一个质量m=2kg的小球扔到宽x=3m的壕沟对面,已知该同学的将小球水平抛出,小球的出手位置在壕沟左边缘的正上方,距离壕沟右边缘的竖直高度h=1.8m,如图所示,求该同学至少对小球做多少功?(g取10m/s2,空气阻力不计)

正确答案

解:对小球运动分解

水平方向 ①

竖直方向 ②

对抛球过程由动能定理得 ③

由①②③式得

代入数据得

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