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简答题

如图所示,一光滑的曲面与长L=2m的水平传送带左端平滑连接,一滑块从曲面上某位置由静止开始下滑,滑块与传送带间的动摩擦因数μ=0.5,传送带离地面高度h0=0.8m。

(1)若传送带固定不动,滑块从曲面上离传送带高度h1=1.8m的A处开始下滑,求滑块落地点与传送带右端的水平距离;

(2)若传送带以速率v0=5m/s顺时针匀速转动,求滑块在传送带上运动的时间。(

正确答案

解:(1)滑块滑至水平传送带的初速度为v1,则

滑块的加速度a=μg,设滑块到达传送带右端的速度为v2,得v2=4m/s

滑块到达传送带右端做平抛运动,设平抛运动的时间为t,则

落地点与传送带右端的水平距离m

(2)设滑块从传送带左端运动到和传送带速度v0相同时所用时间为t1,位移为x1,得t1=0.2s

m<L

说明滑块先做匀加速运动后做匀速运动,x2=L-x1=0.9m

滑块做匀速运动的时间s

所以s

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简答题

如图所示,长为L=1.00m的非弹性轻绳一端系于固定点O,另一端系一质量为m=1.00kg的小球,将小球从O点正下方d=0.40m处,以水平初速度v0向右抛出,经一定时间绳被拉直。已知绳刚被拉直时,绳与竖直方向成53°角,sin53°=0.8,cos53°=0.6,重力加速度g取10m/s2。求:

(1)小球水平抛出的初速度v0的大小。

(2)小球摆到最低点时绳对小球的拉力大小。

正确答案

解:(1)当绳被拉直时,小球下降的高度h=Lcosθ-d=0.2m

据h=gt2/2,可得t=0.2s

所以v0=Lsinθ/t=4m/s

(2)当绳被拉直前瞬间,小球竖直方向上的速度vy=gt=2m/s,绳被拉直后球沿绳方向的速度立即为零,沿垂直于绳方向的速度为vt=v0cos53°-vysin53°=0.8m/s,垂直于绳向上

此后的摆动到最低点过程中小球机械能守恒:

在最低点时有:

代入数据可解得:T=18.64N

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简答题

如图所示为火车站装载货物的原理示意图。设AB段是距水平传送带装置高为H=5m的光滑斜面,水平段BC使用水平传送带装置,BC长L=8m,与货物的动摩擦因数为μ=0.6,皮带轮的半径为R=0.2m,上部距车厢底水平面的高度h=0.45m设货物由静止开始从A点下滑,经过B点的拐角处无机械能损失,通过调整皮带轮(不打滑)的转动角速度ω可使货物经C点抛出后落在车厢上的不同位置,取g=10m/s2,求:

(1)当皮带轮静止时,货物在车厢内的落地点到C点的水平距离;

(2)当皮带轮以角速度ω=20rad/s顺时针方向匀速转动时,货物在车厢内的落地点到C点的水平距离;

(3)试写出货物在车厢内的落地点到C点的水平距离s随皮带轮角速度ω变化关系,并画出s-ω图象。(设皮带轮顺时针方向转动时,角速度ω取正值,水平距离向右取正值)

   

正确答案

解:设货物在B点的速度为v0,由机械能守恒定律可得:

得:

(1)货物从B到C做匀减速运动,由动能定理得:

落地点到C点的水平距离:

(2)皮带速度:v=ω·R=20×0.2m/s=4m/s

结合(1)可知,货物先减速运动,当速度减小为4m/s时开始做匀速运动,最后从C点抛出,落地点到C点的水平距离:

(3)①皮带轮逆时针方向转动:

无论角速度为多大,货物从B到C均做匀减速运动,在C点的速度为vC=2 m/s,落地点到C点的水平距离s=0.6m

②皮带轮顺时针方向转动时:

I.当0≤ω≤10 rad/s时:s=0.6 m

Ⅱ.当10<ω≤50 rad/s时:

Ⅲ.当50<ω<70 rad/s时:

Ⅳ.当ω≥70 rad/s时:

 s-ω图象如图所示:

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简答题

如图所示,一个圆弧形光滑细圆管轨道ABC,放置在竖直平面内,轨道半径为R,在A点与水平地面AD相接,地面与圆心O等高,MN是放在水平地面上长为3R、厚度不计的垫子,左端M正好位于A点,将一个质量为m、直径略小于圆管直径的小球从A处管口正上方某处由静止释放,不考虑空气阻力

(1)若小球从C点射出后恰好能打到垫子的M端,则小球经过C点时对管的作用力大小和方向如何?

(2)欲使小球能通过C点落到垫子上,小球离A点的最大高度是多少?

正确答案

解:(1)小球离开C点做平抛运动,落到M点时水平位移为R,竖直下落高度为R,

根据运动学公式可得:

从C点射出的速度为

设小球以Vl经过C点受到管子对它的作用力为FN

由向心力公式可得

由牛顿第三定律知,小球对管子作用力大小方向竖直向下。

(2)小球静止释放的高度最高时,小球运动的水平位移为4R,打到N点。

设能够落到N点的水平速度为v2,根据平抛运动求得:

设小球离A点的最大高度为H,根据机械能守恒定律可知:

 ,

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简答题

如图所示,光滑绝缘的细圆管弯成半径为R的半圆形,固定在竖直平面内,管口B、C的连线是水平直径。现有一带正电小球(可视为质点)从B点正上方的A点自由下落,A、B亮点间距离为4R。从小球进入管口开始,整个空间突然加上一个匀强电场,电场力在竖直向上的分力大小与重力大小相等,结构小球从管口C处脱离圆管后,其运动轨迹最后经过A点。设小球运动过程中带电量没有改变,重力加速度为g。求:

(1)小球到达B点的速度大小;

(2)小球受到的电场力的大小和方向;

(3)小球经过管口C处时对圆管壁的压力。

正确答案

解:(1)小球从开始自由下落到达管口B的过程中机械能守恒,故

到达B点时速度大小

(2)设电场的竖直分力为Fy、水平分力为Fx,则Fy=mg(Fy方向竖直向上)

小球从B运动到C的过程中,由动能定理得

小球从管口C处脱离圆管后,做类平抛运动,轨迹经过A点,则

联立解得,电场力大小

电场力的合力方向与水平方向成θ角,则

小球受电场力方向与水平方向间的夹角°

(3)小球经过管口C处时,向心力由Fx和圆管的弹力N提供,设弹力N的方向向左,即

解得N=3mg(方向向左)

根据牛顿第三定律可知,小球经过管口C处时对圆管的压力FN=3mg,方向水平向右

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简答题

如图所示,一位质量m=60kg参加“挑战极限”的业余选手,要越过一宽度为s=2.5m的水沟,跃上高为H=2.0m的平台,采用的方法是:人手握一根长L=3.25m的轻质弹性杆一端,从A点由静止开始匀加速助跑,至B点时,杆另一端抵在O点的阻挡物上,接着杆发生形变、同时脚蹬地,人被弹起,离地时重心高h=0.8m,到达最高点时杆处于竖直,人的重心在杆的顶端。运动过程中空气阻力可忽略不计。(取g=10m/s2

(1)第一次试跳,人恰能到达最高点,则人在B点离开地面时的速度v1是多少?

(2)第二次试跳,人在最高点放开杆水平飞出,恰好趴落到平台边缘,则人在最高点飞出时速度v2至少多大?

(3)设在第二次试跳中,人跑到B点时速度大小为vB=8m/s,求人在B点蹬地弹起瞬间,至少应做多少功?

正确答案

解:(1)由机械能守恒定律,得

 

(2)人飞出作平抛运动,最高点速度v最小时人刚好落在平台上,则

S=vt

解得

(3)设蹬地瞬间人做功W,由动能定理,有

 

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简答题

如图所示,半径为R的光滑圆柱体被固定在水平平台上,圆柱体中心离台边水平距离为0.5R,质量为m1的小球用轻绳跨过圆柱与小球m2相连,开始时将m1控制住放在平台上,两边轻绳竖直。现在释放m1,让m1和m2分别由静止开始运动,当m1上升到圆柱体的最高点时,绳子突然断了,m1恰能做平抛运动,重力加速度为g,求:

(1)m1平抛时的速度v多大?

(2)m2应为m1的多少倍?

(3)m1做平抛运动的过程中,恰能经过与台面等高的B点,求B点离台边的距离SAB多大?

正确答案

解:(1)由牛顿第二定律:若m1恰能平抛,则m1g=

得v=

(2)当m1上升2R到圆柱体最高点时,m2下降R+R

由机械能守恒:m2gR(1+)-m1g2R=(m1+m2)v2

=

(3)平抛运动时间:t==2

平抛水平距离x=vt=2R

离台边:SAB=x-0.5R=1.5R

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简答题

如图所示,PABCD是固定在竖直平面内的光滑绝缘轨道,其中PA是竖直轨道,ABCD是半径为R的圆弧轨道,两轨道在A点平滑连接。B、D分别为圆弧轨道的最低点和最高点,B、D连线是竖直直径,A、C连线是水平直径,P、D在同一水平线上。质量为m、电荷量为+q的小球从轨道上P点静止释放,运动过程电荷量保持不变,重力加速度为g。

(1)小球运动到B点时,轨道对小球的作用力为多大?

(2)当小球运动到C点时,突然在整个空间中加上一个方向竖直向上的匀强电场,电场强度结果小球运动到点D后水平射出,经过一段时间碰到了轨道的Q点,求Q点与P点间的距离s。

正确答案

解:(1)小球从P点运动到B点过程,根据机械能守恒定律得 ①

在B点,根据牛顿定律得 ②

由以上两式解得轨道对小球的作用力NB=5mg ③

(2)小球从P点运动到D点过程,由动能定理得

小球离开D点后做类平抛运动,设Q点在轨道PA上水平方向上做匀速运动,有R=vDt ⑤

竖直方向上做匀加速运动有mg-qE=ma ⑥

 ⑦

代入,由以上各式解得 ⑧

由于y<R,因此碰撞点Q在轨道PA上 ⑨

即Q点与P点间的距离 ⑩

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简答题

质量为m=1kg的小物块轻轻放在水平匀速运动的传送带上的P点,随传送带运动到A点后水平抛出,小物块恰好无碰撞的沿圆弧切线从B点进入竖直光滑圆孤轨道下滑。B、C为圆弧的两端点,其连线水平,斜面与圆弧轨道在C点相切连接(小物块经过C点时机械能损失不计)。已知圆弧半径R=1.0 m,圆弧对应圆心角,轨道最低点为O,A点距水平面的高度h=0.8m。设小物块首次经过C点时为零时刻,在t=0.8s时刻小物块经过D点,小物块与斜面间的滑动摩擦因数为。(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)试求:

(1)小物块离开A点的水平初速度vA大小;

(2)小物块经过O点时对轨道的压力;

(3)斜面上CD间的距离。

正确答案

解:(1)对小物块,由A到B有

在B点

所以m/s

(2)对小物块,由B到O有

m/s

在O点

所以N=43N

由牛顿第三定律知对轨道的压力为

(3)物块沿斜面上滑:m/s2

物块沿斜面下滑:,a2=6 m/s2

由机械能守恒知m/s

小物块由C上升到最高点历时s

小物块由最高点回到D点历时s

=0.98 m

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简答题

如图所示,在倾角为的光滑斜面上,有一长为的细线,细线的一端固定在O点,另一端拴一质量为的小球,现使小球恰好能在斜面上做完整的圆周运动,已知O点到斜面底边的距离。求:

(1)小球通过最高点时的速度

(2)小球通过最低点时,细线对小球的拉力;

(3)小球运动到点或点时细线断裂,小球沿斜面滑落到斜面底边时到点的距离若相等,则应满足什么关系。

正确答案

解:(1)小球恰好能在斜面上做完整的圆周运动,小球通过A点时细线的拉力为零,根据圆周运动和牛顿第二定律有:

      解得:

(2)小球从A点运动到B点,根据机械能守恒定律有:

      解得:

      小球在B点时根据圆周运动和牛顿第二定律有:

      解得:

(3)小球运动到A点或B点时细线断裂,小球在平行底边方向做匀速运动,在垂直底边方向做初速为零的匀加速运动(类平抛运动)

      细线在A点断裂:

      细线在B点断裂:

      又

      联立解得:

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