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题型:简答题
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简答题

如图所示,质量为m的木块压缩轻质弹簧静止在O点,水平面ON段光滑,长为L的NN'段粗糙,木块与NN'间的动摩擦因数为μ。现释放木块,若木块与弹簧相连接,则木块最远到达NN'段中点,然后在水平面上做往返运动,且第一次回到N时速度大小为v;若木块与弹簧不相连接,木块与弹簧在N点即分离,通过N'点时以水平速度飞出,木块落地点P到N'的水平距离为s。求:

(1)木块通过N'点时的速度;

(2)木块从O运动到N的过程中弹簧弹力做的功;

(3)木块落地时速度vp的大小和方向。

正确答案

解:(1)木块从N到NN'中点,再回到N点,此过程弹簧弹力做功代数和为零,克服摩擦力做的功为W;若木块与弹簧不相连接,木块从N到达N'过程中,弹簧弹力不做功,克服摩擦力做的功也为W,又因为两种情况木块到达N时的速度相同,所以到达N'的速度v'应等于第一次回到N时速度v,即v'=v

(2)木块从O运动到N的过程中弹簧弹力做的功为W

W-W=mv2/2

W=mv2/2+mgL

(3)木块落地时速度为vp

t=s/v,h=gt2/2=gs2/2v2

mgh=mvp2/2-mv2/2

vp与水平方向夹角为θ,cos

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简答题

如图所示,半径R=2m的四分之一粗糙圆弧轨道AB置于竖直平面内,轨道的B端切线水平,且距水平地面高度为h=1.25m,现将一质量m=0.2kg的小滑块从A点由静止释放,滑块沿圆弧轨道运动至B点以v=5m/s的速度水平飞出(g取10m/s2)。求:

(1)小滑块沿圆弧轨道运动过程中所受摩擦力做的功;

(2)小滑块经过B点时对圆轨道的压力大小;

(3)小滑块着地时的速度大小和方向。

正确答案

解:(1)滑块在圆弧轨道受重力、支持力和摩擦力作用,由动能定理mgR-Wf=mv2

Wf=1.5J

(2)滑块经过B点时,由牛顿第二定律得:FN-mg=m

FN=4.5N

根据牛顿第三定律,小滑块对轨道的压力大小也为4.5N

(3)滑块离开圆弧后做平抛运动:H=gt2,t=0.5s

落地时竖直分速度vy=gt=5m/s

落地时速度大小=5m/s

设滑块落地时速度方向与水平方向夹角为度,则有

所以

即滑块落地时速度方向与水平方向夹角为45度

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简答题

如图所示,ABC和DEF是在同一竖直平面内的两条光滑轨道,其中ABC的末端水平,DEF是半径为r=0.4m的半圆形轨道,其直径DF沿竖直方向,C、D可看作重合。现有一质量为m=1kg可视为质点的小球从轨道ABC上距C点高为H的地方由静止释放,

(1)若要使小球经C处水平进入轨道DEF且能沿轨道运动,H至少要有多高?

(2)若小球静止释放处离C点的高度h小于(1)中H的最小值,小球可击中与圆心等高的E点,求h。(取g=10m/s2

(3)若小球自H=0.3m处静止释放,求小球到达F点对轨道的压力大小。

正确答案

(1)0.2 m

(2)0.1 m

(3)65N

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简答题

如图所示,将一质量m=0.1kg的小球自水平平台顶端O点水平抛出,小球恰好与斜面无碰撞的落到平台右侧一倾角为α=53°的光滑斜面顶端A并沿斜面下滑,然后以不变的速率过B点后进入光滑水平轨道BC部分,再进入光滑的竖直圆轨道内侧运动。已知斜面顶端与平台的高度差h=3.2m,斜面顶端高H=15m,竖直圆轨道半径R=5m。(重力加速度g=10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6)求:

(1)小球水平抛出的初速度υ0及斜面顶端与平台边缘的水平距离x;

(2)小球离开平台后到达斜面底端的速度大小;

(3)小球运动到圆轨道最高点D时受到的轨道的压力的大小。

正确答案

解:(1)研究小球作平抛运动,小球落至A点时,由平抛运动速度分解图可得:

v0= vycotα

vA=

vy2=2gh

h=

x=v0t

由上式解得:v0=6m/s,x=4.8m,vA=10m/s

(1)由动能定理可得小球到达斜面底端时的速度vB

mgH=

vB=20m/s

(3)小球从C点到D点,由动能定理可得小球到达D点时的速度vD

-2mgR=

在D点由牛顿第二定律可得:N+mg=

由上面两式可得:N=3N

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简答题

如图所示,一质量为的物体(可以看做质点),静止地放在动摩擦因数为的水平地面上,物体的初始位置在A处,离A处2R的B处固定放置一竖直光滑半圆形轨道,轨道的半径为R,最低点与地面相切;空中有一固定长为木板DE,E与轨道最高点C的正下方水平距离为,竖直距离为,现给物体施加一水平方向、大小为F的恒力,运动一段距离R后撤去恒力F,假设物体能够达到B点,重力加速度为g,求:

(1)物体到达B点的速度大小?

(2)物体如能通过最高点C,则经过C点的最小速度大小为多少?

(3)物体要经过C点打到木板DE上,讨论F的取值范围?

正确答案

解:(1)物体从A运动到B过程:

 ①

 ②

 ③

由①②③得

(1)当物体恰好经过C点时,有 ④

解得:

∴物体经过C点的最小速度大小为

(3)物体恰好经过C点时,从C飞出做平抛运动,有

 ⑤

 ⑥

由④⑤⑥得且小于,物体能落在木板DE上

物体从A到C过程有:

即: ⑦

由④~⑦得:

当物体经过C点做平抛运动到达D点时

 ⑧

 ⑨

物体从A到C过程,有 ⑩

由⑧~⑩得:

∴要使物体经过C点打到DE上,则F的取值范围为:

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简答题

如图所示,水平轨道AB与位于竖直面内半径为R=0.90 m的半圆形光滑轨道BCD相连,半圆形轨道的BD连线与AB垂直。质量为m=1.0 kg可看作质点的小滑块在恒定外力F作用下从水平轨道上的A点由静止开始向右运动,物体与水平地面间的动摩擦因数μ=0.5。到达水平轨道的末端B点时撤去外力,小滑块继续沿半圆形轨道运动,且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A点。g取10 m/s2,求:

(1)滑块经过B点进入圆形轨道时对轨道的压力大小;

(2)滑块在AB段运动过程中恒定外力F的大小。

正确答案

解:(1)小滑块恰好通过最高点,则有:mg=m

设滑块到达B点时的速度为vB,滑块由B到D过程由动能定理有:-2mgR=mv2Dmv2B

对B点:FN-mg=m

代入数据得:FN=60 N

由牛顿第三定律知滑块对轨道的压力为60 N,方向竖直向上

(2)滑块从D点离开轨道后做平抛运动,则:

2R=gt2,SAB=vDt

滑块从A运动到B有:v2B=2aSAB

由牛顿第二定律有:F-μmg=ma

代入数据得:F=17.5 N

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简答题

如图所示,半径R=2m的四分之一粗糙圆弧轨道AB置于竖直平面内,轨道的B端切线水平,且距水平地面高度为h=1.25m,现将一质量m=0.2kg的小滑块从A点由静止释放,滑块沿圆弧轨道运动至B点以v=5m/s的速度水平飞出(g取10m/s2)。求:

(1)小滑块沿圆弧轨道运动过程中所受摩擦力做的功;

(2)小滑块经过B点时对圆轨道的压力大小;

(3)小滑块着地时的速度大小和方向。

正确答案

解:(1)滑块在圆弧轨道受重力、支持力和摩擦力作用,由动能定理

      mgR-Wf=mv2

      Wf=1.5J 

(2)FN-mg=m

      ∴FN=4.5N 

(3)小球离开圆弧后做平抛运动

      H=gt2

      ∴t=0.5s

      落地时竖直分速度vy=gt=5m

      ∴落地时速度大小v=5m/s,方向与水平方向夹角为45°

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简答题

如图所示,质量m=60kg的高山滑雪运动员,从A点由静止开始沿滑雪道滑下,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A、B两点间的高度差为h=25m,B、C两点间的距离为s=75m,已知,取。求:

(1)运动员从B点水平飞出时的速度大小;

(2)运动员从A点到B点的过程中克服摩擦力做的功。

正确答案

解:(1)设由B到C平抛运动的时间为t

      竖直方向: ①

      水平方向: ②

      代入数据,解①②得

(2)A到B的过程,由动能定理有

      代入数据,解得③④得

      所以运动员克服摩擦力所做的功为3000J

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简答题

湖南省电视台“智勇大冲关”游乐节目中,选手需要借助悬挂在高处的绳飞越到水面的浮台上,小明和小阳观看后对此进行了讨论。如图所示,他们将选手简化为质量m=60kg的质点,选手抓住绳子末端由静止开始摆动,此时绳与竖直方向夹角=53°,绳长l=2m的悬挂点O距水面的高度为H=3m。不考虑空气阻力和绳的质量,浮台露出水面的高度不计,水足够深。(取g=10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6)。求:

(1)选手摆到最低点时对绳拉力的大小F;

(2)选手摆到右边最高点时松手,选手将做什么运动?设水对选手的平均浮力,平均阻力,求选手落入水中的深度;

(3)若要求选手摆到最低点时松手,且运动到浮台处离岸水平距离最大,则选手应将手握住绳子上离O点多长处?

正确答案

解:(1)机械能守恒

圆周运动:F′-mg=m

解得:F′=(3-2cos)mg=1080N ③

则:人对绳的拉力F=F′=1080N

(2)选手从最高点开始自由落体运动

动能定理 ④

 ⑤

(3)选手从最低点开始做平抛运动:x=vt ⑥

H-l=gt2

由①⑥⑦解得x=

解得:当l=H=1.5m时,x有最大值

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简答题

如图所示,小物体放在高度为h=1.25m、长度为S=1.5m的粗糙水平固定桌面的左端A点,以初速度vA=4m/s向右滑行,离开桌子边缘B后,落在水平地面C点,C点与B点的水平距离x=1m,不计空气阻力。试求:(g取10m/s2

(1)小物体与桌面之间的动摩擦因数;

(2)为使小物体离开桌子边缘B后水平射程加倍,即,某同学认为应使小物体的初速度vA'加倍,即vA'=2vA,你同意他的观点吗?试通过计算验证你的结论。

正确答案

解:(1)小物体离开桌子边缘B点后

经过时间落地

小物体离开桌子边缘B点时的速度为

根据动能定理,有

(2)不同意

要使水平射程加倍,必须使B点水平速度加倍,即:

根据动能定理,有

解得

所以说该同学认为应使小物体的初速度加倍的想法是错误的

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