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简答题

如图AB是一段位于竖直平面内的光滑轨道,高度为h,末端B处的切线方向水平,一个质量为m的小物块P从轨道顶端A处静止释放,滑到B端后飞出,落到地面上的点C,已知它落地相对于点B的水平位移。现在轨道下方紧贴点B安装一水平传送带,传送带的右端与B间的距离为,当传送带静止时让物体P再次从点A由静止释放,它离开轨道并在传送带上滑行后从右端水平飞出,仍然落在地面的点C。取g=10m/s2

(1)求物体P滑至B点时的速度大小;

(2)求物体P与传送带之间的动摩擦因数;

(3)若皮带轮缘以的线速度顺时针匀速转动,求物体落点D到O点的距离。

正确答案

解:(1)根据机械能守恒定律有

解得

(2)在两种情况下物体P在空中的运动时间相同,

根据动能定理有

解得

(3)分析可知物体在传送带上先减速后匀速运动,接着以的初速度平抛设落地点为D

由第(2)问知

由以上两式联立解得

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简答题

如图所示,竖直平面内的3/4圆弧形光滑轨道半径为R,A端与圆心O等高,AD为水平面,B点在O的正上方,一个小球在A点正上方由静止释放,自由下落至A点进入圆轨道并恰能到达B点。求:

(1)释放点距A点的竖直高度;

(2)落点C与A点的水平距离。

正确答案

(1)hOA=1.5R

(2)(-1)R

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简答题

高山滑雪是一项非常优美的运动,如图所示,运动员经过AB段加速,水平滑道BC,再飞入空中。在由AB进入BC轨道过程中没有能量损失,滑雪运动员和滑板总质量m=60 kg,从距BC平台高h=12 m的A点由静止开始下滑,经过AB段加速滑行后进入BC段,从C点水平飞出,恰能在D点沿切线进入圆形轨道。OD与 竖直方向夹角为53°,圆形轨道半径R=20 m,D与BC的竖直高度 H=20 m,AB、BC段滑板与轨道间动摩擦凶数均为μ=0.03,圆形轨道可近似认为光滑,g取10 m/s2

(1)运动员m发点A与D点的水平距离是多少?

(2)在E点运动员对轨道的压力多大?

(3)若OF是水平的,则运动员脱离F点后在空中做动作的时间是多少?

正确答案

解:

(1)运动员从C到D做平抛运动, 在D点的速度矢量如图所示

得t=2 s

vy=gt=20 m/s

故v0=vy/tan 53°=15 m/s

v=vy/sin 53°=25m/s

水平位移x=v0t=30 m

设AB与水平方向夹角θ,从A到c由动能定理得:

mgh-μmgcosθsAB-μmgsBC=

故sAB cosθ+sBC=25 m

所以A与D点的水平距离是X=sABcosθ+sBC+x=55m

(2)圆形轨道光滑,从D到E由机械能守恒定律得mgR(1-

在E点对运动员由牛顿第二定律得N-mg=m

解得:N=2 955 N

由牛顿第三定律知,运动员对轨道的压力是2 955 N

(3)从D到F由机械能守恒定律得mgRcos 53°

vF=19.6 m/s

运动员离开轨道后做竖直上抛运动,竖直上抛的总时间就是在空中做动作的时间,即

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如图所示,长为R的轻绳,上端固定在O点,下端连一小球。小球接近地面,处于静止状态。现给小球一沿水平方向的初速度v0,小球开始在竖直平面内做圆周运动。设小球到达最高点时绳突然断开。已知小球最后落在离小球最初位置2R的地面上。求:

(1)小球在最高点的速度v;

(2)小球的初速度v0

(3)小球在最低点时球对绳的拉力;

(4)如果细绳转过60°角时突然断开,则小球上升到最高点时的速度多大?(小球的质量为m,重力加速度为g)。

正确答案

解:(1)在水平方向有2R=vt

在竖直方向有2R=gt2

解得v=

(2)根据机械能守恒定律有mv02mv2=mg2R

解得v0

(3)对小球分析有F-mg=m

解得F=6mg

由牛顿第三定律可知:小球对绳子的拉力为6mg,方向向下

(4)设绳断时的速度为v1,有mgR(1-cos60°)=mv02mv12

设小球在最高点时的速度为v2,有v2=v1cos60°

v2

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如图所示,半径R=0.80m的光滑圆弧轨道竖直固定,过最低点的半径OC处于竖直位置。其右方有底面半径r=0.2m的转筒,转筒顶端与C等高,下部有一小孔,距顶端h=0.8m。转筒的轴线与圆弧轨道在同一竖直平面内,开始时小孔也在这一平面内的图示位置。今让一质量m=0.1kg的小物块自A点由静止开始下落后打在圆弧轨道上的B点,但未反弹,在瞬问碰撞过程中,小物块沿半径方向的分速度立刻减为O,而沿切线方向的分速度不变。此后,小物块沿圆弧轨道滑下,到达C点时触动光电装置,使转筒立刻以某一角速度匀速转动起来,且小物块最终正好进入小孔。已知A、B到圆心O的距离均为R,与水平方向的夹角均为θ=30°,不计空气阻力,g取l0m/s2。求:

(1)小物块到达C点时对轨道的压力大小FC

(2)转筒轴线距C点的距离L;

(3)转筒转动的角速度ω。

正确答案

解:(1)由题意可知,ABO为等边三角形,则AB间距离为R,小物块从A到B做自由落体运动,根据运动学公式有

从B到C,只有重力做功,据机械能守恒定律有

在C点,根据牛顿第二定律有

代入数据解得

据牛顿第三定律可知小物块到达C点时对轨道的压力FC=3.5N

(2)滑块从C点到进入小孔的时间:

 

(3)在小球平抛的时间内,圆桶必须恰好转整数转,小球才能钻入小孔

……)

……)

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如图所示,一水平放置的半径为r=0.5m的薄圆盘绕过圆心O点的竖直轴转动,圆盘边缘有一质量m=1.0kg的小滑块(可看成是质点)。当圆盘转动的角速度达到某一数值时,滑块从圆盘边缘滑落,滑块与圆盘间的动摩擦因数μ=0.2,圆盘所在水平面离水平地面的高度h=2.5m,g取10m/s2

(1)当圆盘的角速度多大时,滑块从圆盘上滑落?

(2)若取圆盘所在平面为零势能面,求滑块到达地面时的机械能;

(3)若落地点为C,求OC之间的距离。

正确答案

解:(1)设圆盘的角速度为ω时,滑块从圆盘上滑落

μmg=mrω2

ω=2rad/s

(2)抛出时的动能:=μmgr=0.1J

平抛运动,只有重力做功,机械能守恒,滑块到达地面时的机械能

E==0.1J

(3)滑块离开圆盘后做平抛运动,设水平位移为x

x=vt

h=gt2

∴x=m

由空间几何关系,得OC=m

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简答题

如图,半径R=1.0m的四分之一圆弧形光滑轨道竖直放置,圆弧最低点B与长为L=0.5m的水平面BC相切于B点,BC离地面高h=0.45m,C点与一倾角为θ=37°的光滑斜面连接,质量m=1.0kg的小滑块从圆弧上某点由静止释放,已知滑块与水平面间的动摩擦因数μ=0.1。求:

(1)若小滑块到达圆弧B点时对圆弧的压力刚好等于其重力的2倍,则小滑块应从圆弧上离地面多高处释放;

(2)试判断小滑块离开C点后将落在何处并求其在空中的飞行时间。(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取l0m/s2

正确答案

解:(1)设小滑块运动到B点的速度为vB

由机械能守恒定律有:mg(H-h)=mvB2

由牛顿第二定律有:F-mg=m

联立上式解得:H=0.95m

(2)设小滑块运动到C点的速度为vC由动能定理有:mg(H-h)-μmgL=mvC2

解得小滑块在C点的速度vC=3m/s

小滑块平抛到地面的水平距离s=vCt=vC=0.9m

斜面底宽d=hcotθ=0.6m

因为S>d,所以小滑块离开C点将落在水平地面上距斜面底端0.3m处

小滑块在空中的飞行时间即为小滑块平抛运动所用时间=0.3s

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某校物理兴趣小组决定举行遥控赛车比赛,比赛路径如图所示。可视为质点的赛车从起点A出发,沿水平直线轨道运动L后,由B点进入半径为R的光滑竖直半圆轨道,并通过半圆轨道的最高点C,才算完成比赛。B是半圆轨道的最低点,水平直线轨道和半圆轨道相切于B点。已知赛车质量m=0.5 kg,通电后以额定功率P=2 W工作,进入竖直圆轨道前受到的阻力恒为Ff=0.4 N,随后在运动中受到的阻力均可不计,L=10.00 m,R=0.32 m。求:(g取10 m/s2

(1)要使赛车完成比赛,赛车在半圆轨道的B点对轨道的压力至少多大;

(2)要使赛车完成比赛,电动机至少工作多长时间;

(3)若电动机工作时间为t0=5s,当R为多少时赛车既能完成比赛且飞出的水平距离又最大,水平距离最大是多少?

正确答案

解:(1)当赛车恰好过C点时在B点对轨道压力最小,赛车在B点对有:

       

      解得 ①

      对赛车从B到C由机械能守恒定理得: ②

      对赛车在B处受力分析,则: ③

      由①②③得:, 

(2)对赛车从A到B由动能定理得:

      解得:t=2s

(3)对赛车从A到C由动能定理得:

      赛车飞出C后有:

      解得:

      所以,当R=0.3m时x最大,xmax=1.2m

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简答题

如图所示,光滑的水平轨道与光滑半圆弧轨道相切于B点,圆轨道半径R =0.4 m,一质量为m的小球停放在光滑水平轨道上,现给小球一个v0=5 m/s的初速度.(g= 10 m/s2) 求:

(1)球从C点飞出时的速度;

(2)球对C点的压力是重力的多少倍?

(3)球从C点飞出前和飞出后瞬间的加速度;

(4)球从C点飞出后,落地点距B点多远?

正确答案

解:(1)设在C点的速度为vC,由A到C的过程中机械能守恒得

解得vC=3 m/s.

(2)设C点对球的压力为FN,则

由牛顿第三定律得球对C点的压力是重力的1. 25倍

(3)球飞出前,球飞出后a1=g= 10 m/s2.

(4)球从C点飞出后将做平抛运动,落地时间,落地点到B点的距离s= vCt=1.2m.

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简答题

如图所示,长为R的轻绳,上端固定在O点,下端连接一只小球。小球接近地面,处于静止状态。现给小球一沿水平方向的初速度,小球开始在竖直平面内做圆周运动。设小球到达最高点时绳突然断开,已知小球最后落在离小球最初位置4R的地面上,重力加速度为g。试求:(图中所标v0的数值未知)

(1)绳突然断开时小球的速度;

(2)小球刚开始运动时,对绳的拉力。

正确答案

解:(1)设绳断后小球以速度v1平抛

竖直方向上:

水平方向上:

解得

(2)小球从最低点到最高点过程,小球机械能守恒(选地面为零势能面)

合力提供向心力有:

解得

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