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题型:简答题
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简答题

如图所示,在圆柱形房屋天花板中心O点悬挂一根长为L的细绳,绳的下端挂一个质量为m的小球,已知绳能承受的最大拉力为2mg,小球在水平面内做圆周运动,当速度逐渐增大到绳断裂后,小球恰好以速度v2=落到墙脚边.求:

(1)绳断裂瞬间小球的速度v1

(2)圆柱形房屋的高度H和半径.

正确答案

解:(1)分析小球的受力情况,

   Tcosθ=mg

   Tsinθ=m

解得θ=60°,v1=

(2)由动能定理有,

 mgh=

解得h=

所以H=h+Lcosθ=L

由平抛运动的规律,有

  h=

由几何知识得R==3L

答:

(1)绳断裂瞬间小球的速度v1

(2)圆柱形房屋的高度H和半径分别为L和3L.

解析

解:(1)分析小球的受力情况,

   Tcosθ=mg

   Tsinθ=m

解得θ=60°,v1=

(2)由动能定理有,

 mgh=

解得h=

所以H=h+Lcosθ=L

由平抛运动的规律,有

  h=

由几何知识得R==3L

答:

(1)绳断裂瞬间小球的速度v1

(2)圆柱形房屋的高度H和半径分别为L和3L.

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简答题

如图所示,绝缘水平地面上O点固定有电量为+Q的点电荷,一质量为m、电量为+q的可视为质点的小滑块与地面动摩擦因数为μ,从A点静止释放,最终停在B点,AB间距L,重力加速度为g,静电力常数为k,求:

(1)小滑块速度最大时与O点的距离;

(2)AB两点间电势差UAB

正确答案

解:(1)当电场力与摩擦力平衡时,速度最大;则有:

k=μmg

解得:r=

(2)从A到B,由动能定理可得:

WAB-μmgL=0

解得:WAB=μmgL;

则电势差UAB==

答:(1)小滑块速度最大时与O点的距离

(2)AB两点间电势差UAB

解析

解:(1)当电场力与摩擦力平衡时,速度最大;则有:

k=μmg

解得:r=

(2)从A到B,由动能定理可得:

WAB-μmgL=0

解得:WAB=μmgL;

则电势差UAB==

答:(1)小滑块速度最大时与O点的距离

(2)AB两点间电势差UAB

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简答题

跳水是一项优美的水上运动,图甲是 2008 年北京奥运会跳水比赛中小将陈若琳和王鑫在跳台上腾空而起的英姿.如果陈若琳质量为 m,身高为 L,她站在离水面 H 高的跳台上,重心离跳台面的高度为 hl,竖直向上跃起后重心又升高了 h2 达到最高点,入水时身体竖直,当手触及水面时伸直双臂做一个翻掌压水花的动作,如图乙所示,这时陈若琳的重心离水面约为 h3,她进入水中后重心最低可到达水面下 h4 处,整个过程中空气阻力可忽略不计,重力加速度为 g,求:

(l)求陈若琳从离开跳台到手触及水面的过程中可用于完成一系列动作的时间;

(2)求陈若琳克服水的作用力所做的功.

正确答案

解:(l)陈若琳跃起后可看作竖直向上的匀减速运动,重心上升的高度h2,设起跳速度为v0,则

 0-=-2gh2

则有:v0=

则上升过程时间 t1====

陈若琳从最高处自由下落到手触及水面的过程中重心下落的高度为:s=H+h1+h2-h3

设下落过程时间为t2,则 s=

解得:t2==

故总时间为:t=t1+t2=+

( 2 )设从最高点到水面下最低点的过程中,重力做的功为WG,克服水的作用力的功为WZ

由动能定理可得:WG-WZ=△EK

解得:WZ=WG=mg(H+h1+h2+h4

答:

(l)陈若琳从离开跳台到手触及水面的过程中可用于完成一系列动作的时间是+

(2)陈若琳克服水的作用力所做的功是mg(H+h1+h2+h4).

解析

解:(l)陈若琳跃起后可看作竖直向上的匀减速运动,重心上升的高度h2,设起跳速度为v0,则

 0-=-2gh2

则有:v0=

则上升过程时间 t1====

陈若琳从最高处自由下落到手触及水面的过程中重心下落的高度为:s=H+h1+h2-h3

设下落过程时间为t2,则 s=

解得:t2==

故总时间为:t=t1+t2=+

( 2 )设从最高点到水面下最低点的过程中,重力做的功为WG,克服水的作用力的功为WZ

由动能定理可得:WG-WZ=△EK

解得:WZ=WG=mg(H+h1+h2+h4

答:

(l)陈若琳从离开跳台到手触及水面的过程中可用于完成一系列动作的时间是+

(2)陈若琳克服水的作用力所做的功是mg(H+h1+h2+h4).

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简答题

如图甲所示为某工厂将生产工件装车的流水线原理示意图.AB段是一光滑曲面,A距离水平段BC的高为H=1.25m,水平段BC使用水平传送带装置传送工件,已知BC长L=3m,传送带与工件(可视为质点)间的动摩擦因数为μ=0.4,皮带轮的半径为R=0.1m,其上部距车厢底面的高度h=0.45m.让质量m=1kg的工件由静止开始从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65ω可使工件经C点抛出后落在固定车厢中的不同位置,取g=10m/s2.求:

(1)当皮带轮静止时,工件运动到点C时的速度为多大?

(2)皮带轮以ω1=20rad/s逆时针方向匀速转动,在工件运动到C点的过程中因摩擦而产生的内能是多少?

(3)设工件在车厢底部的落点到C点的水平距离为s,在图乙中定量画出s随皮带轮角速度ω变化关系的s-ω图象.(规定皮带轮顺时针方向转动时ω取正值,该问不需要写出计算过程)

正确答案

解:(1)当皮带轮静止时,工件从A到C过程,由动能定理有:

mgH-μmgL=mvC2-0       

代入数值解得:vC=1m/s              

(2)对工件从A至B过程,由动能定理得:

mgH=mvB2-0

代入数值解得:vB=5m/s                    

当皮带轮以ω1=20rad/s逆时针方向匀速转动时,工件从B至C的过程中一直做匀减速运动,对工件,有:

μmg=ma                     

设速度减至vC历时为t,则 vB-vC=at                   

工件对地位移   s=L

皮带轮速度   v1=Rω1=2m/s                 

传送带对地位移     s=v1t

工件相对传送带的位移 s=s+s

由功能关系可知:因摩擦而产生的内能为:

Q=μmgs

代入数据解得:Q=20J                                

(3)水平距离s随皮带轮角速度ω变化关系的s-ω图象如图所示   

答:(1)当皮带轮静止时,工件运动到点C时的速度为1m/s;

(2)在工件运动到C点的过程中因摩擦而产生的内能为20J;

(3)在图乙中定量画出s随皮带轮角速度ω变化关系的s-ω图象,如上图所示.

解析

解:(1)当皮带轮静止时,工件从A到C过程,由动能定理有:

mgH-μmgL=mvC2-0       

代入数值解得:vC=1m/s              

(2)对工件从A至B过程,由动能定理得:

mgH=mvB2-0

代入数值解得:vB=5m/s                    

当皮带轮以ω1=20rad/s逆时针方向匀速转动时,工件从B至C的过程中一直做匀减速运动,对工件,有:

μmg=ma                     

设速度减至vC历时为t,则 vB-vC=at                   

工件对地位移   s=L

皮带轮速度   v1=Rω1=2m/s                 

传送带对地位移     s=v1t

工件相对传送带的位移 s=s+s

由功能关系可知:因摩擦而产生的内能为:

Q=μmgs

代入数据解得:Q=20J                                

(3)水平距离s随皮带轮角速度ω变化关系的s-ω图象如图所示   

答:(1)当皮带轮静止时,工件运动到点C时的速度为1m/s;

(2)在工件运动到C点的过程中因摩擦而产生的内能为20J;

(3)在图乙中定量画出s随皮带轮角速度ω变化关系的s-ω图象,如上图所示.

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简答题

如图为某游乐场定制的充气滑梯,水平滑道通过小圆弧轨道与可视为斜面的滑梯相连.改变滑梯倾角可以改变水平滑道的长度,由于滑梯长一定,改变倾角时滑梯的高度也随之改变.已知滑梯长L=8m,滑梯的最大倾角θ=37°,游客(可视为质点)下滑时与滑梯、水平滑道间的动摩擦因素均为μ=0.5.不计空气阻力,g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,=1.4.

(1)当滑梯倾角θ=37°最大时,求游客用下列两种方式从滑梯顶端到达滑梯底端进入水平滑道前所用的时间:

①游客从静止开始由滑梯顶端滑到底端;

②游客以v0=4m/s的初速度从滑梯顶端水平跳出,当他落到滑梯上后没有反弹,但由于有能量损失,结果他以v=4m/s的速度开始沿着滑梯加速下滑到底端;

(2)为了保证安全,游客从静止开始由滑梯顶端滑到水平滑道末端的速度要求减为零,滑梯长度仍为8m,而游乐场的水平距离也只有8m,问:滑梯的倾角应调节为多少才能达到要求?

正确答案

解:(1)①设旅客质量为m,在滑梯滑行过程中加速度为a,需要时间为t,则有:

mgsinθ-μgcosθ=ma

L=

解得:t=2.8 s 

②旅客先做平抛运动,设水平位移为x,竖直位移为y,在滑梯上落点与出发点之间的距离为为L1,运动时间为t1,则有:

x=v0t1

tan

旅客落到滑梯后做匀加速直线运动,设在滑梯上运动时间为t2,通过距离为L2,则有:

L2=L-L1

解得:L1=3m,t1=0.6 s,t2=1 s

得:t=t1+t2=0.6+1=1.6s

(2)对游客从滑梯顶端到水平滑道末端根据动能定理有:

mgLsinθ0-μmgcosθ0-μmgs2=0

又s1=Lcosθ0

s=s1+s2

联立解得:θ0=30°

所以:θ≤30°

答:(1)①游客从静止开始由滑梯顶端滑到底端所用的时间为2.8s;

②游客以v0=4m/s的初速度从滑梯顶端水平跳出,当他落到滑梯上后没有反弹,但由于有能量损失,结果他以v=4m/s的速度开始沿着滑梯加速下滑到底端所用的时间为1.6s;

(2)滑梯的倾角应调节为θ≤30°才能达到要求.

解析

解:(1)①设旅客质量为m,在滑梯滑行过程中加速度为a,需要时间为t,则有:

mgsinθ-μgcosθ=ma

L=

解得:t=2.8 s 

②旅客先做平抛运动,设水平位移为x,竖直位移为y,在滑梯上落点与出发点之间的距离为为L1,运动时间为t1,则有:

x=v0t1

tan

旅客落到滑梯后做匀加速直线运动,设在滑梯上运动时间为t2,通过距离为L2,则有:

L2=L-L1

解得:L1=3m,t1=0.6 s,t2=1 s

得:t=t1+t2=0.6+1=1.6s

(2)对游客从滑梯顶端到水平滑道末端根据动能定理有:

mgLsinθ0-μmgcosθ0-μmgs2=0

又s1=Lcosθ0

s=s1+s2

联立解得:θ0=30°

所以:θ≤30°

答:(1)①游客从静止开始由滑梯顶端滑到底端所用的时间为2.8s;

②游客以v0=4m/s的初速度从滑梯顶端水平跳出,当他落到滑梯上后没有反弹,但由于有能量损失,结果他以v=4m/s的速度开始沿着滑梯加速下滑到底端所用的时间为1.6s;

(2)滑梯的倾角应调节为θ≤30°才能达到要求.

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