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简答题

有一个推饮料瓶的游戏节目,规则是:选手们从起点开始用力推瓶一段距离后,放手让瓶向前滑动,若瓶最后停在桌上有效区域内,视为成功;若瓶最后未停在桌上有效区域内或在滑行过程中倒下,均视为失败。其简化模型如图所示,为水平桌面,选手们可将瓶子放在点,从点开始用一水平恒力推瓶,推到点放手,让瓶子沿做直线运动,为有效区域。已知间长度分别为1=0.3m,2 =3.2m,3 =0.5m,瓶子质量为=l kg,瓶子与桌面间的动摩擦因数为μ=0.3。假设瓶子可视为质点,滑行过程中未倒下,取10m/s2,试问:

(1)某选手把瓶推到点放手时,瓶的速度B=4m/s,则该选手在游戏中能否成功,请计算说明?

(2)选手要想在游戏中获得成功,水平推力的最大值不得超过多少?

正确答案

解:(1)设瓶运动的最远距离为,由功能关系得:

μ=

=m<3.2m,所以不能成功

(2)游戏要想获得成功,瓶滑到点速度恰好为0,从,由动能定理得

max1-μ(1+2+3)=0 

解得max=40N  

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(14分)如图为某探究活动小组设计的节能运输系统,斜面轨道倾角为30°,质量为M的木箱与轨道的动摩擦因数为。木箱在轨道顶点时,自动装置将质量为m的货物装入木箱,然后木箱载着货物沿轨道无初速度滑下,当轻弹簧被压缩至最短时,自动卸货装置立刻将货物卸下,然后木箱恰好被弹回到轨道顶端。再重复上述过程。

求:(1)=?

(2)在满足(1)的条件下,若物体下滑的最大距离为L,则弹簧的最大弹性势能为多大?

正确答案

(1)

(2)Ep=MgLEp=mgL

(1)系统减少的重力势能全部转化为内能

(m+M)gLcos+MgLcos=mgLsin  

(2)(m+M)gLsin30°=(m+M)gLcos30°+Ep

Ep=MgLEp=mgL

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简答题

质量为m=0.5kg、可视为质点的小滑块,从光滑斜面上高h0=0.6m的A点由静止开始自由滑下.已知斜面AB与水平面BC在B处通过一小圆弧光滑连接.长为x0=0.5m的水平面BC与滑块之间的动摩擦因数μ=0.3,C点右侧有3级台阶(台阶编号如图所示),D点右侧是足够长的水平面.每级台阶的高度均为h=0.2m,宽均为L=0.4m.(设滑块从C点滑出后与地面或台阶碰撞后不再弹起).

(1)求滑块经过B点时的速度vB

(2)求滑块从B点运动到C点所经历的时间t;

(3)(辨析题)某同学是这样求滑块离开C点后,落点P与C点在水平方向距离x的:

滑块离开C点后做平抛运动,下落高度H=4h=0.8m,在求出滑块经过C点速度的基础上,根据平抛运动知识即可求出水平位移x.

你认为该同学解法是否正确?如果正确,请解出结果.如果不正确,请说明理由,并用正确的方法求出结果.

正确答案

(1)物体在斜面AB上下滑,机械能守恒:mgh0=mvB2+0

vB===2m/s.

(2)根据动能定理得:mgh0-μmgx0=mvC2-0

vC===3m/s.

根据牛顿第二定律得:μmg=ma

则a=μg=0.3×10m/s2=3m/s2

t1==s=0.155s.

(3)不正确,因为滑块可能落到某一个台阶上.正确解法:

假定无台阶,滑块直接落在地上,t′==s=0.4s

水平位移x′=vct′=1.2m,恰好等于3L(也就是恰好落在图中的D点),因此滑块会撞在台阶上.

当滑块下落高度为2h时,t″==s=0.283s

水平位移x″=vct″=3×0.283m=0.85m,大于2L,所以也不会撞到①、②台阶上,而只能落在第③级台阶上.

则有:3h=gt22,t2=

xpc=vct2=3×=≈1.04m.

答:(1)滑块经过B点时的速度为2m/s.

(2)滑块从B点运动到C点所经历的时间t为0.155s.

(3)不正确,最终水平位移为1.04m.

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如图所示,物体在长4m的斜面顶端由静止下滑,然后进入由圆弧与斜面连接的水平面,若物体与斜面及水平面的动摩擦因数均为0.5,斜面倾角为37°,取g=10m/s2,已知:sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:

(1)物体到达斜面底端时的速度大小;

(2)物体能在水平面上滑行的距离.

正确答案

(1)物体在斜面滑下的过程中,重力做功mgsin37°×s1,滑动摩擦力做功为-μmgcos37°×s1,s1是斜面的长度,由动能定理得:

斜面上:mgsin37°×s1-μmgcos37°×s1=mv2-0…①

解①式得:v=4m/s…②

(2)平面上,由动能定理得:-μmg×s2=0-mv2…③

由①、②式得:s2=1.6m…④

答:(1)物体到达斜面底端时的速度大小为4m/s;

(2)物体能在水平面上滑行的距离为1.6m.

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如图所示,斜面倾角为37°,斜面长为5m,一物体从斜面顶端静止滑下,物体与平面、斜面间的动摩擦因数均为0.3.求该物体下滑后将在距斜面底端多远处停止?(g=10m/s2

正确答案

物体从静止到停止受力如图

由动能定理有:

mgh-f1s1-f2s2=0-0=0

f1=μmgcos37°

f2=μmg,

其中 s1=5m

解得:s2=6m.

答:该物体下滑后将在距斜面底端6m处停止.

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浙江卫视《我老爸最棒》栏目中有一项人体飞镖项目,该运动简化模型如图所示.某次运动中,手握飞镖的小孩用不可伸长的细绳系于天花板下,在A处被其父亲沿垂直细绳方向推出,摆至最低处B时小孩松手,飞镖依靠惯性飞出击中竖直放置的圆形靶最低点D点,圆形靶的最高点C与B在同一高度,C、O、D在一条直径上,A、B、C三处在同一竖直平面内,且BC与圆形靶平面垂直.已知飞镖质量m=1kg,小孩质量M=19kg,BC距离s=8m,靶的半径R=2m,绳长L=8米,AB高度差h=0.8m,g取10m/s2.不计空气阻力,小孩和飞镖均可视为质点.

(1)求小孩刚摆至最低处B点时,绳子对人的拉力;

(2)求孩子在A处被推出时初速度vo的大小;

(3)若小孩摆至最低处B点时沿BC方向用力推出飞镖,飞镖刚好能击中靶心,求在B处小孩对飞镖做的功W.

正确答案

(1)飞镖从B到D做平抛运动,

在竖直方向上:2R=gt2

水平方向:s=v1t,

小孩在B点,由牛顿第二定律得:

F-Mg=M

解得:F=400N,方向竖直向上;

(2)从A到B过程,由动能定理得:

(M+m)gh=(M+m)v12+(M+m)v02

解得:v0=8m/s.

(3)飞镖飞出后做平抛运动:

在竖直方向上:R=gt′2

水平方向:s=v2t′,

抛出飞镖过程,对飞镖,由动能定理得:W=mv22-mv12

代入数据解得:W=40J.

答:(1)小孩刚摆至最低处B点时,绳子对人的拉力为400N,方向竖直向上;

(2)孩子在A处被推出时初速度vo的大小为8m/s;

(3)在B处小孩对飞镖做的功为40J.

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某人在距离地面2.6m的高处,将质量为0.2kg的小球以v0=12m/s速度斜向上抛出,小球的初速度方向与水平方向之间的夹角为30°,g取10m/s2,求:

(1)人抛球时对球做多少功?

(2)若不计空气阻力,小球落地时的速度大小是多少?

(3)若小球落地时的速度大小为v1=13m/s,小球在空中运动过程中克服阻力做了多少功?

正确答案

(1)由动能定理得:W=△EK=mv02=14.4J;

(2)在小球的整个运动过程中,由动能定理得:

mgh=mv2-mv02,解得:v=14m/s;

(3)在整个运动过程中,由动能定理得:

mhg-Wf=mv12-mv02,解得:Wf=2.7J;

答:(1)人抛球时对球做14.4J的功;

(2)若不计空气阻力,小球落地时的速度为14m/s;

(3)若小球落地时的速度大小为v1=13m/s,小球在空中运动过程中克服阻力做了2.7J的功.

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过山车是游乐场中常见的设施,下图是一种过山车的简易模型.它由水平轨道和在竖直平面内的若干个光滑圆形轨道组成,ABC…分别是各个圆形轨道的最低点,第一圆轨道的半径R1=2.0m,以后各个圆轨道半径均是前一轨道半径的k倍(k ="0.8)" ,相邻两最低点间的距离为两点所在圆的半径之和.一个质量m=1.0kg的物块(视为质点),从第一圆轨道的左侧沿轨道向右运动,经过A点时的速度大小为v0=12m/s.已知水平轨道与物块间的动摩擦因数=0.5,水平轨道与圆弧轨道平滑连接. g取10m/s2,lg0.45=-0.347,lg0.8=-0.097.试求:

小题1:物块经过第一轨道最高点时的速度大小;

小题2:物块经过第二轨道最低点B时对轨道的压力大小;

小题3:物块能够通过几个圆轨道?

正确答案

小题1:8m/s

小题2:77.5N

小题3:通过4个圆轨道

(1)设经第一个轨道最高点的速度为v,由机械能守恒有

即有

(2)设物块经B点时的速度为vB,从AB的过程由动能定理,

                       

对物块经B点受力分析,由向心力公式有   

联立两式解得 

由牛顿第三定律可知,物块对轨道的压力大小为77.5N.          

(3)设物块恰能通过第n个轨道,它通过第n个轨道的最高点时的速度为vn,有

对物块从A到第n个轨道的最高点的全过程由动能定理得

又因为 

由以上三式可整理得

v0=12m/s,=0.5,R1=2m,k=0.8,g=10m/s2代入上式,整理得

即有,解得             

故物块共可以通过4个圆轨道.

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简答题

如图所示,三块木板A、B、C的质量均为m,长度均为L.A、B置于水平地面上,它们的间距s=2m.C置于B板的上端并对齐.A、B、C之间及A、B与地面之间的动摩擦因数均为μ=0.2,最大静摩擦力可以认为等于滑动摩擦力.开始时,三个物体处于静止状态.现给A施加一个水平向右,大小为mg的恒力F,假定木板A、B碰撞时间极短且碰撞后粘连在一起,最终C没有脱离A板,g取10m/s2

(1)最终A、B、C的速度是多少?

(2)要使C完全离开B并不脱离木板A,每块木板的长度应满足什么条件?

正确答案

(1)一开始A与水平地面之间的滑动摩擦力f1=μmg,A在F的作用下向右加速运动.

由动能定理得  (F-f1)s=m

A、B两木块的碰撞瞬间,内力的冲量远大于外力的冲量,由动量守恒定律得

m v1=(m+m)v2                               ②

碰撞结束后到三个物体达到共同速度的相互作用过程中,设AB整体、C向前移动的位移分别为s1、s2,受滑动摩擦力分别为f2=3μmg、f3=μmg,选三个物体构成的整体为研究对象,外力之和为零,则

2mv2=(2m+m)v3 ③

解①②③得v3=,再代入数据可得v3=m/s                 ④

所以最终A、B、C的速度是m/s

(2)对于AB整体   (F-f2)s1-f3s1=×2m-×2m

对于C       f3 s2=m

C相对于AB的位移为S3,由几何关系得   2 L+S2+S3=S1+2 L      ⑦

②③④⑤⑥解得S3=S,再代入数据可得   S3=m                ⑧

要使C刚好完全离开B (即AC对齐)C相对于A的位移  L≤S3=m      ⑨

要使C不脱离木板A则 L≥S3解得 m=10 ⑩

要使C完全离开B并不脱离木板A,每块木板的长度应满足:m≤l≤m(11)

答:(1)最终A、B、C的速度是m/s.

(2)要使C完全离开B并不脱离木板A,每块木板的长度应满足m≤l≤m.

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简答题

如甲图所示,水平光滑地面上用两颗钉子(质量忽略不计)固定停放着一辆质量为M=3kg的小车,小车的四分之一圆弧轨道是光滑的,半径为R=0.5m,在最低点B与水平轨道BC相切,视为质点的质量为m=1kg的物块从A点正上方距A点高为h=0.3m处无初速下落,恰好落入小车圆弧轨道滑动,然后沿水平轨道滑行恰好停在轨道末端C。

现去掉钉子(水平面依然光滑未被破坏)不固定小车,而让其左侧靠在竖直墙壁上,该物块仍从原高度处无初速下落,如乙图所示。

不考虑空气阻力和物块落入圆弧轨道时的能量损失,已知物块与水平轨道BC间的动摩擦因数为μ=0.2

求:(1)水平轨道BC长度;

(2)小车固定时物块到达圆弧轨道最低点B时对轨道的压力;

(3)小车不固定时物块再次停在小车上时距小车B点的距离;

(4)两种情况下由于摩擦系统产生的热量之比。

正确答案

(1)4m   (2)42N  (3)3m  (4)4:3

试题分析:(1)根据动能定理可得,解得

(2)物块到达B点的速度为

根据机械能守恒有

解得

在B点,合外力等于向心力,即

解得,根据牛顿第三定律可得小车固定时物块到达圆弧轨道最低点B时对轨道的压力为42N。

(3)到达B点前小车不动,系统当物块到达B点以后的运动动量守恒,最终二者速度相同

所以解得

此过程中物块的加速度大小

小车的加速度大小

速度相等时物块的位移由,解得

速度相等时小车的位移由,解得

小车不固定时物块再次停在小车上时距小车B点的距离

(4)小车固定时摩擦系统产生的热量,小车不固定时摩擦系统产生的热量,所以

点评:本题(3)还可以根据系统损失的机械能等于系统产生的热来计算小车不固定时物块再次停在小车上时距小车B点的距离,即

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简答题

如图所示,虚线PQ、MN间存在水平匀强电场,一带电粒子质量为m=2.0×10-11kg、电荷量为q=+1.0×10-5C,从a点由静止开始经电压为U=100V的电场加速后,垂直于匀强电场进入匀强电场中,从虚线MN的某点b(图中未画出)离开匀强电场时速度与电场方向成300角.已知PQ、MN间距为20cm,带电粒子的重力忽略不计.求:

(1)带电粒子刚进入匀强电场时的速率v1

(2)匀强电场的场强大小

(3)ab两点间的电势差.

正确答案

(1)粒子在加速电场中运动的过程,由动能定理得:qU=m

代入数据解得:v1==m/s=104m/s

(2)粒子进入匀强电场中做类平抛运动,沿初速度方向做匀速运动,则有:d=v2t,

粒子沿电场方向做匀加速运动,则有:vy=at

由题意得:tan30°=

由牛顿第二定律得:qE=ma,

联立以上相关各式并代入数据得:

E=×103N/C=1.732×103N/C

(3)在匀强电场中水平方向上,对粒子,由动能定理得:

qUab=mv2=m(+

联立以上相关各式并代入数据得:

Uab=400V

答:(1)带电粒子刚进入匀强电场时的速率v1为104m/s.

(2)匀强电场的场强大小为1.732×103N/C.

(3)ab两点间的电势差为400V.

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由相同材料的木板搭成的轨道如图,其中木板AB、BC、CD、DE、EF┅长均为L=1.5m,木板OA和其它木板与水平地面的夹角都为β=37°(sin37°=0.6,con37°=0.8),一个可看成质点的物体在木板OA上从图中的离地高度h=1.8m处由静止释放,物体与木板的动摩擦因数都为μ=0.2,在两木板交接处都用小曲面相连,使物体能顺利地经过它,既不损失动能,也不会脱离轨道.在以后的运动过程中,重力加速度取10m/s2,问:

(1)物体能否静止在木板上?请说明理由.

(2)物体运动的总路程是多少?

(3)物体最终停在何处?并作出解释.

正确答案

(1)在斜面上物体重力沿斜面向下的分力为G1=mgsin37°=0.6mg,物体所受的摩擦力f=μmgcosθ=0.16mg.

由于f<G1,故物体在木板上停不住.

(2)从物体开始运动到最终停下的过程中,总路程为s,由动能定理得,

mgh-μmgscos37°=0-0

代入数据解得s=11.25m.

(3)假设物体依次能到达B点、D点,由动能定理得,

mg(h-Lsin37°)-μmgcos37°×(+L)=mvB2-0,

解得vB>0.

mg(h-Lsin37°)-μmgcos37°×(+3L)=mvD2-0,发现无解.

说明物体能通过B点,到不了D点,最终停在C点处.

答:(1)物体不能静止在木板上.

(2)物体运动的总路程为11.25m.

(3)物体最终停止在C处.

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(14分)物块A(可以看成质点)静止在一斜面的底端,斜面倾角a =30°,斜面的长为L=1m,物块A与斜面之间的滑动摩擦因数,斜面固定在水平桌面上。用轻绳跨过斜面顶端的轻滑轮与物块A连接,滑轮与转轴之间的摩擦不计,开始绳刚好绷直,如图所示。若在绳的末端施一竖直向下的恒力F=12N拉绳,物块A由斜面底端到顶端经历的时间为1s。取重力加速度g=10m/s2

(1)物块A的质量mA是多大?

(2)若物块A静止在斜面底端时,在绳的末端绕过定滑轮挂一质量为1.5kg的物块B由手托住(图中没画出),开始时绳也刚好绷直,则由静止松手后物块A从斜面底端到顶端时B的动能为多少?

正确答案

(1)mA =" 1" kg

(2)EKB ="3" J

(1)FμmAg cosαmAgsinα= mAa             (3分)

                                     (2分)

a= 2m/s2   mA =" 1" kg                               (2分)

(2)  (4分)

                                         (2分)

EKB ="3" J                                           (1分)

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[物理——选修3-5](15分)

(1)(4分)下列说法正确的是_____(填入选项前的字母,有填错的不得分)

(2)(11分)如图所示,一质量为M,长为l的长方形木板B放在光滑的水平地面上,在其右端放一质量为m的小木块A(可视为质点),mM。现以地面为参考系,给AB以大小相等,方向相反的初速度,使A开始向左运动,B开始向右运动,但最后A刚好没有滑离B板。

(i)若已知AB的初速度大小为v0,求它们最后的速度大小和方向;

(ii)若初速度的大小未知,求小木块向左运动到达的最远处(从地面上看)离出发点的距离。

正确答案

(1)AB

(2)(i),方向水平向右。

(ii)

(1)(4分)AB(选不全得2分)

(2)(11分)(i)(4分)取水平向右为正方向

方向水平向右    ③

(ii)(7分)解法一:

评分参考:①⑤⑥式各2分;②③式各1分;④式3分。

解法二:

评分参考:①⑤⑥式各2分;②③式各1分;④式3分。

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2009年1月5日上午,中航一集团研制的歼-10战斗机正式亮相.歼-10战斗机是我国自主研制的新一代多用途战斗机,分单座、双座两种.作为第三代战斗机,歼-10采用了全新电子系统、电传操作等大量新设计、新技术和新工艺.在紧急短距起飞,空中机动,超低空突防,对地攻击等方面超过西方第三代战机.目前歼-10战机已经批量装备部队,将成为中国空军和海军航空兵进入21世纪的主要装备.假设歼-10战斗机的质量M为4.0×103Kg起飞过程中从静止开始滑跑,当位移达到2.0×102m时达到起飞速度100米每秒,在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重量的0.02倍,求

(1)飞机受到的阻力多大?

(2)飞机受到的牵引力多大?(要求用动能定理解)

正确答案

(1)飞机受到的阻力f=0.02Mg=0.02×4.0×103×10=800N;

(2)由动能定理得:Fs-fs=Mv2-0,

解得:F=1.008×105N.

答:(1)飞机受到的阻力800N.

(2)飞机受到的牵引力1.008×105N.

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