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题型:简答题
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简答题

如图所示,一玩滚轴溜冰的小孩(可视作质点)质量为m=30kg,他在左侧平台上滑行一段距离后平抛,恰能无碰撞地沿圆弧切线从A点进入光滑竖直圆弧轨道,并沿轨道下滑,A、B为圆弧两端点,其连线水平。已知圆弧半径为R=1.0m,对应圆心角为θ=1060平台与AB连线的高度差为h=0.8m。(计算中取g=10m/s2,sin530=0.8,cos530=0.6)求:

(1)小孩平抛的初速度;

(2)小孩运动到圆弧轨道最低点O时对轨道的压力。

正确答案

解:(1)由于小孩无碰撞进入圆弧轨道,即小孩落到A点时速度方向沿A点切线方向,

 

又由

联立以上各式得

(2)设小孩到最低点的速度为,由机械能守恒,有

在最低点,据牛顿第二定律,有

代入数据解得FN=1290N 。由牛顿第三定律可知,小孩对轨道的压力为1290N。

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简答题

如图所示,ABDO是处于竖直平面内的固定光滑轨道,AB是半径为R=15m的1/4圆周轨道,半径OA处于水平位置,BDO是半径为r =7.5m的光滑的半圆形圆管轨道(圆管内径可忽略)。一个小球P(小球直径比圆管内径略小)从A点的正上方距水平半径OA高H=10m处自由下落,g取10m/s2,空气阻力不计。求:

(1)达到BDO轨道的O点的速度大小。

(2)小球沿轨道运动后再次落到AB轨道上的速度大小。

正确答案

解:(1)设小球能到达O点,由P到O,机械能守恒,到O点的速度

 ,

(2)离开O点小球做平抛运动:

水平方向:

竖直方向:

且有:

∴再次落到轨道上的速度

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简答题

在游乐节目中,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,选手抓住绳由静止开始摆动,此时绳与竖直方向夹角a=53°,绳的悬挂点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.取中立加速度g=10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6°

(1)求选手摆到最低点时对绳拉力的大小F;

(2)若选手摆到最低点时松手,小明认为绳越长,在浮台上的落点距岸边越远;小阳认为绳越短,落点距岸边越远,请通过推算说明你的观点.

正确答案

(1)选手从最高点摆到最低点的过程中,由机械能守恒:

mgl(1-cosα)=mv2

在最低点:F-mg=m

联立上两式解得:F=1080N

根据牛顿第三定律可知选手对绳子的拉力为1080N.

(2)设选手摆动时的摆长为l1,则mgl1(1-cosα)=mv12

所以得:v1=

当选手在作平抛运动时,在竖直方向上:H-l1=g

解得:t=

在水平方向上:x=v1t==2=2

所以,当l1=1.5m时选手摆到最低点松手,运动到浮台处离岸水平距离最大.

答:(1)选手摆到最低点时对绳拉力的大小F为1080N;

(2)当l1=1.5m时选手摆到最低点松手,运动到浮台处离岸水平距离最大.因此,两人的看法均不正确.当绳长钺接近1.5m时,落点距岸边越远.

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简答题

如图所示,静止放在水平光滑的桌面上的纸带,其上有一质量为m=1.0 kg的铁块,它与纸带右端的距离为L=0.5 m,铁块与纸带间的动摩擦因数为μ=0.1。现用力F水平向左将纸带从铁块下抽出,当纸带全部抽出时铁块恰好到达桌面边缘,铁块抛出后落地点离抛出点的水平距离为s=0.8 m。已知g=10 m/s2,桌面高度为H=0.8 m,不计纸带质量,不计铁块大小,铁块不翻滚。求:

(1)铁块抛出时速度大小;

(2)纸带从铁块下抽出所用的时间t;

(3)纸带抽出过程产生的内能Q。

正确答案

解:(1)水平方向:s=vt ①

竖直方向  ②

由①②联立解得:v=2 m/s

(2)设铁块的加速度为a,由牛顿第二定律,得:μmg=ma ③

纸带抽出时,铁块的速度:v=at ④

由③④联立解得:t=2 s

(3)由题意知,纸带和铁块的相对路程为:△s=L ⑤

由功能关系可得:Q= μmg△s ⑥

由⑤⑥联立解得:Q=0.5 J

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简答题

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,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的光滑竖直圆轨道,离开竖直圆轨道后继续在光滑平直轨道上运动到C点,并能越过壕沟。已知赛车质量m=0.1kg,通电后以额定功率P=1.5w工作,进入竖直轨道前受到阻力恒为0.3N,随后在运动中受到的阻力均可不记。图中L=10.00m,R=0.32m,h=1.25m,S=1.50m。问:要使赛车完成比赛,电动机至少工作多长时间?(取g=10

正确答案

解:设赛车越过壕沟需要的最小速度为v1,由平抛运动的规律

       

     

      解得

      设赛车恰好越过圆轨道,对应圆轨道最高点的速度为v2,最低点的速度为v3,由牛顿第二定律及机械能守恒定律

       

     

      解得m/s

      通过分析比较,赛车要完成比赛,在进入圆轨道前的速度最小应该是m/s 

      设电动机工作时间至少为t,根据功能原理

       

      由此可得t=2.53s

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简答题

一质量为1kg的小球,从半径为1m的1/4光滑圆弧轨道上端A点由静止开始滚下,再从轨道末端B点水平抛出,落在地面C点。B点距地面高度为1.8m。重力加速度g取10m/s2。求:

(1)小球离开B点时的初速度v0

(2)B、C两点的水平距离x;

(3)小球即将与地面接触时,重力的瞬时功率P。

正确答案

解:(1)A→B:机械能守恒,

(2)平抛运动时间t:

 (3)

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简答题

倾斜雪道的长为25 m,顶端高为15 m,下端经过一小段圆弧过渡后与很长的水平雪道相接,如图所示。一滑雪运动员在倾斜雪道的顶端以水平速度v0=8 m/s飞出,在落到倾斜雪道上时,运动员靠改变姿势进行缓冲使自己只保留沿斜面的分速度而不弹起。除缓冲外运动员可视为质点,过渡轨道光滑,其长度可忽略。设滑雪板与雪道的动摩擦因数μ=0.2,求运动员在水平雪道上滑行的距离。(取g=10 m/s2

正确答案

解:如图选坐标

斜面的方程为:

运动员飞出后做平抛运动 ②,

联立①②③式,得飞行时间t=1.2 s

落点的x坐标:x1=v0t=9.6 m

落点离斜面顶端的距离:

落点距地面的高度:

接触斜面前的x分速度:,y分速度:

沿斜面的速度大小为:

设运动员在水平雪道上运动的距离为s2,由功能关系得:

解得:s2=74.8 m

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简答题

如图所示,质量为m=2kg的小物块,在水平拉力F作用下,由静止开始从A点出发沿粗糙水平轨道做匀加速直线运动,到达B点时撤消外力。物块冲上竖直平面内半径为R的光滑半圆环,恰能维持在圆环上做圆周运动,到达最高点C后抛出,最后落回到原来的出发点A处,已知小物块与水平面间的动摩擦因数=0.25,重力加速度g=10m/s2。试求拉力F的大小。

正确答案

解:物体从A到B过程有:F-mg=ma,

sAB=

物体从B到C过程有: -2mgR=m-m

物体在C处,恰能做圆周运动,有:mg=m

物体从C到A做平抛运动,有:sAB=vCt ,

2R=gt2

联立以上方程组,得F=30N。

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简答题

如图所示,水平桌面上有一轻弹簧,左端固定在A点,自然状态时其右端位于B点。D点位于水桌面最右端,水平桌面右侧有一竖直放置的光滑轨道MNP,其形状为半径R=0.8m的圆环剪去左上角135°的圆弧,MN为其竖直直径,P点到桌面的竖直距离为R,P点到桌面右侧边缘的水平距离为2R。用质量m1=0.4kg的物块将弹簧缓慢压缩到C点,释放后弹簧恢复原长时物块恰停止在B点。用同种材料、质量为m2=0.2kg的物块将弹簧缓慢压缩到C点释放,物块过B点后其位移与时间的关系为,物块从D点飞离桌面后恰好由P点沿切线落入圆轨道。g=10m/s2,求:

(1)BD间的水平距离;

(2)判断m2能否沿圆轨道到达M点;

(3)m2释放后在桌面上运动的过程中克服摩擦力做的功。

正确答案

解:(1)设物块由D点以初速度做平抛,落到P点时其竖直速度为 

     

      得m/s

      或设平抛用时为t,则

      在竖直方向上:

      在水平方向上:

      可得

      在桌面上过B点后初速m/s,加速度a=-4m/s2

      BD间位移为m

(2)若物块能沿轨道到达M点,其速度为,由机械能守恒定律得: 

     

      轨道对物块的压力为FN,则

      解得

      即物块不能到达M点

(3)设弹簧长为AC时的弹性势能为Ep,物块与桌面间的动摩擦因数为μ

      释放m1时:

      释放m2时:

      且m1=2m2

      解得J

      m2释放后在桌面上运动过程中克服摩擦力做功为Wf,则由能量转化及守恒定律得:

     

      解得Wf=5.6J

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简答题

如图所示,在水平方向的匀强电场中有一表面光滑、与水平面成45°角的绝缘直杆AC,其下端(C端)距地面高度h=0.8 m。有一质量500 g的带电小环套在直杆上,正以某一速度沿杆匀速下滑,小环离开直杆后正好通过C端的正下方P点处,求:(g取10 m/s2

(1)小环离开直杆后运动的加速度大小和方向;

(2)小环从C运动到P过程中的动能增量;

(3)小环在直杆上匀速运动时速度的大小v0

正确答案

解:(1)根据题意知

所以,方向垂直于杆向下

(2)设小环从C运动到P过程中动能的增量为△Ek

△Ek=WG+W因为WG=mgh=4J,W=0

所以△Ek=4 J

(3)环离开杆后做类平抛运动,垂直于杆方向做匀加速运动,有

平行于杆方向匀速运动,有

所以

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