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简答题

B. 滑雪者从A点由静止沿斜面滑下,沿一平台滑过后水平飞离B点,最后落到地面,空间几何尺度(H、h和L)如图所示.斜面、平台与滑雪板之间的动摩擦因数为μ.假设滑雪者由斜面底端进入平台后立即沿水平方向运动,且速度大小不变.求:

(1)滑雪者从A到B的过程中,克服摩擦力做的功;

(2)滑雪者离开B点时的速度大小;

(3)滑雪者从B点开始做平抛运动,到达地面时的速度大小.

正确答案

(1)设滑雪者质量为m,斜面长为s,斜面与水平面夹角为θ,滑雪者滑行过程中克服摩擦力做功:

    W=μmgcosθ•s+μmg(L-scosθ)=μmgL         

(2)A到B的过程,由动能定理得

    mg(H-h)-μmgL=mv2

故滑雪者离开B点时的速度为 v=               

(3)滑雪者离开B点到着地过程,机械能守恒,则有:

   mv2+mgh=mv′2

解得着地速度v′=

答:

(1)滑雪者从A到B的过程中,克服摩擦力做的功是μmgL;

(2)滑雪者离开B点时的速度大小是

(3)滑雪者从B点开始做平抛运动,到达地面时的速度大小是

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简答题

一根长为l的丝线吊着一质量为m的带电量为q的小球,静止在水平向右的匀强电场中,如图所示,丝线与竖直方向成37°角,现突然将该电场方向变为向下且大小不变,不考虑因电场的改变而带来的其他影响,(重力加速度为g),求:

(1)匀强电场的电场强度的大小;

(2)求小球经过最低点时丝线的拉力。

正确答案

解:(1)小球静止在电场中受力如图:

       

显然小球带正电,由平衡条件得:

 ①

(2)电场方向变成向下后,小球开始摆动做圆周运动,重力、电场力对小球做正功

       

由动能定理:

由圆周运动知识,在最低点时:

由③④得:

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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(13)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(sin53o=0.8,cos53o=0.6)。求:

小题1:选手摆到最低点时对绳拉力的大小F;

小题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

小题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

小题1:1080N

小题2:1.2m

小题3:1.5m

(1)机械能守恒         ①           (2分)

圆周运动:F′-mgm                ②           (2分)

解得:F′=(3-2cosmg="1080N       " ③           (1分)

则:人对绳的拉力:FF′=1080N                      (1分)

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简答题

如图所示,光滑半圆形轨道处于竖直平面内,半圆轨道与光滑的水平地面相切于半圆的端点A。一质量为m的小球在水平地面上的C点受水平向左的恒力F由静止开始运动,当运动到A点时撤去恒力F,小球沿竖直半圆轨道运动到轨道最高点B点,最后又落在水平地面上的D点(图中未画出)。已知A、C间的距离为L,重力加速度为g。

(1)若轨道半径为R,求小球到达圆轨道B点时对轨道的压力FN;

(2)为使小球能运动到轨道最高点B,求轨道半径的最大值Rm

(3)轨道半径R多大时,小球在水平地面上的落点D到A点的距离最大?最大距离xm是多少?

正确答案

(1),方向竖直向上 (2) (3) 

试题分析:(1)设小球到达B点时速度为,根据动能定理有

设B点时轨道对小球的压力为,对小球在B点时进行受力分析如图,则有

根据牛顿第三定律可知小球对轨道的压力,方向竖直向上

(2)小球能够到达最高点的条件是

故轨道半径的最大值

(3)从B点飞出后做平抛运动,落地时间

D到A的距离

相当于二次函数求最大值的问题,最大值在时取到

(因为,所以最大值可以取得到)

代入,得到此时最大距离

点评:小球在最高点时合外力等于向心力,过最高点的临界条件是小球对轨道的压力为零,即重力等于向心力。

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简答题

如图所示,在一次消防演习中,消防员练习使用挂钩从高空沿滑杆由静止滑下,滑杆由AO、OB两段直杆通过光滑转轴连接于O处,现将消防队员和挂钩均理想化为质点,且通过O点的瞬间没有机械能的损失.设AO长为L1=5m,OB长为L2=10m.两堵竖直墙壁的间距d=11m.滑杆A端用铰链固定在墙上.B端用铰链固定在另一侧墙上.挂钩与两段滑杆间动摩擦因数均为μ=0.8.(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)

(1)若消防员沿滑杆下滑时,OB段与水平方向间的夹角始终为37°,求消防员在两滑杆上运动时的加速度的大小和方向;

(2)在上述情况下,若消防员由静止从A点滑下,求消防员滑到B点时的速度大小.

正确答案

(1)设杆OA、OB与水平方向夹角为α、β,由几何关系得:

    d=L1cosα+L2cosβ                       

得出:AO杆与水平方向夹角α=53°

杆与水平方向的夹角为θ,由牛顿第二定律得mgsinθ-f=ma    

   又f=μN,N=mgcosθ

得到a=g(sinθ-μcosθ)

在AO段运动的加速度:a1=gsin53°-μgcos53°=3.2 m/s2,方向沿AO杆向下.

在OB段运动的加速度:a2=gsin37°-μgcos37°=-0.4 m/s2,方向沿BO杆向上.

(2)对全过程由动能定理得 mgh-μmgL1cosα-μmgL2cosβ=mv2-0     

其中h=L1sinα+L2sinβ=10m

及d=L1cosα+L2cosβ

所以:v==2≈3.46m/s                           

答:

(1)消防员在AO段上运动时的加速度的大小是3.2 m/s2,方向沿AO杆向下,在OB段上运动时的加速度的大小0.4 m/s2,方向沿BO杆向上.

(2)消防员滑到B点时的速度大小约为3.46m/s.

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简答题

在“极限”运动会中,有一个在钢索桥上的比赛项目.如图所示,总长为L的均匀粗钢丝绳固定在等高的A、B处,钢丝绳最低点与固定点A、B的高度差为打,动滑轮起点在A处,并可沿钢丝绳滑动,钢丝绳最低点距离水面也为H.若质量为m的参赛者抓住滑轮下方的挂钩由A点静止滑下,最远能到达右侧C点,C、B间钢丝绳相距为L′=,高度差为h=.参赛者在运动过程中视为质点,滑轮受到的阻力大小可认为不变,且克服阻力所做的功与滑过的路程成正比,不计参赛者在运动中受到的空气阻力、滑轮(含挂钩)的质量和大小,不考虑钢索桥的摆动及形变.重力加速度为g.求:

(1)滑轮受到的阻力大小;

(2)若参赛者不依靠外界帮助要到达召点,则参赛者在A点处抓住挂钩时至少应该具有的初动能;

(3)某次比赛规定参赛者须在钢丝绳最低点松开挂钩并落到与钢丝绳最低点水平相距为4a、宽度为a、厚度不计的海绵垫子上.若参赛者由A点静止滑下,会落在海绵垫子左侧的水中.为了能落到海绵垫子上,参赛者在A点抓住挂钩时应具有初动能的范围.

正确答案

(1)设滑轮受到的阻力为Ff,根据动能定理得,

mgh-Ff(L-L′)=0

由L′=,h=

得滑轮受到的阻力Ff=

(2)设参赛者在A点处抓住挂钩时至少具有的初动能为Ek0,根据动能定理,参赛者在A到B的过程中有

-FfL=0-Ek0

Ek0=mgH .

(3)参赛者落到海绵垫子的过程做平抛运动.设参赛者脱离挂钩时的速度为v,运动的水平位移为s,则

s=vt

H=gt2

t=

当s=4a时,参赛者具有的最小速度为vmin=

当s=5a时,参赛者具有的最大速度为vmax=

设参赛者在A点抓住挂钩的初动能为Ek,由动能定理,参赛者在A点到钢索最低点的运动过程中有:

mgH-Ff=mv2-Ek

由此可得,参赛者在A点抓住挂钩的最小和最大初动能分别为:

Emin=-mgH

Emax=-mgH

则初动能范围为:-mgH<E<-mgH.

答:(1)滑轮受到的阻力大小为Ff=

(2)参赛者在A点处抓住挂钩时至少应该具有的初动能Ek0=mgH .

(3)参赛者在A点抓住挂钩时应具有初动能的范围-mgH<E<-mgH.

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简答题

如图,传送带与地面倾角θ=37°,逆时针转动,并以v0=10m/s的速度运行着,在传送带上端A处轻轻放一质量m=0.5kg的物体,C处是物块速度等于皮带速度这一瞬间.它与传送带之间的动摩擦因数μ=0.5,AB间长度L=16m,则把物体送到B点时的速度是多少?某学生审完题后用动能定理列出下式:

limgsinθ-Lμmgcosθ=mvB2-mvA2

VB=[2Lg(sinθ-μcosθ)]1/2=…

上述结果是否正确?若正确,列式证明;若错误,求出正确结果.均要有文字说明.(sin37°=0.6  cos37°=0.8)

正确答案

该同学结论错误.由于初始皮带速度大于物块速度,物块相对皮带向上,故皮带对物块的摩擦力沿斜面向下,摩擦力做正功,物块动能增大.当物块速度等于皮带速度这一瞬间,物块相对皮带速度为零,瞬时摩擦力也为零,但由于物块将要继续加速,所以皮带给物块的摩擦力方向为沿斜面向上,一直到物块运动到B端.

正确解法:设物块到达C点的速度vC与皮带速度相等,AC间的距离为s1,则由动能定理得

(mgsinθ+μmgcosθ)s1=mvC2-mvA2   ①

(mgsinθ-μmgcosθ)(L-s1)=mvB2-mvC2  ②

由①式得:

s1==5m

①+②式得:

Lmgsinθ+(2s1-L)μmgcosθ=mvB2

解得:vB==12m/s

答:上述结果是错误的,把物体送到B点时的速度是12m/s.

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如图所示,在绝缘水平面上,相距为L的A、B两点处分别固定着两个等量正电荷.a、b是AB连线上两点,其中Aa=Bb=,O为AB连线的中点.一质量为m带电量为+q的小滑块(可视为质点)以初动能E0从a点出发,沿AB直线向b运动,其中小滑块第一次经过O点时的动能为初动能的n倍(n>1),到达b点时动能恰好为零,小滑块最终停在O点,求:

(1)小滑块与水平面间的动摩擦因数μ.

(2)Ob两点间的电势差UOb

(3)小滑块运动的总路程s.

正确答案

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简答题

在一个水平面上建立x轴,在过原点O垂直于x轴的平面的右侧空间有一个匀强电场,场强大小E=6×105N/C,方向与x轴正方向相同,在原点O处放一个质量m=0.01kg带负电荷的绝缘物块,其带电量q=-5×10-8 C。物块与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,给物块一个沿x轴正方向的初速度v0=2m/s。如图所示。试求:

(1)物块沿x轴正方向运动离O点的最远距离;

(2)物体运动的总时间为多长?

正确答案

解:(1)根据动能定理得:  

 

代入数据,得:

(2)物块先向右作匀减速直线运动

根据:,得:

接着物块向左作匀加速直线运动:

根据:(s) 

物块离开电场后,向左作匀减速运动:

根据:,得: 

物块运动的总时间为:

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总质量为80kg的跳伞运动员从离地500m的直升机上跳下,经过2s拉开绳索开启降落伞,如图所示是跳伞过程中的v-t图,试根据图象求:(g取10m/s2

(1)t=1s时运动员的加速度和所受阻力的大小。

(2)估算14s内运动员下落的高度及克服阻力做的功。

(3)估算运动员从飞机上跳下到着地的总时间。

正确答案

解:(1)从图中可以看出,在t=2s内运动员做匀加速运动,其加速度大小为a=8m/s2

设此过程中运动员受到的阻力大小为f,根据牛顿第二定律,有mg-f=ma,得f=160N

(2)从图中估算得出运动员在14s内下落了39.5×2×2m=158m

根据动能定理有,所以有≈1.25×105J

(3)14s后运动员做匀速运动的时间为s=57s

运动员从飞机上跳下到着地需要的总时间t=t+t′=71s

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一质量为2千克的铅球从离地面2米高处自由下落,陷入沙坑2厘米深处,求沙子对铅球的平均作用力(取g=10m/s2

正确答案

设沙子对铅球的平均作用力为F,取整个过程为研究对象,由动能定理得:

mg(H+h)-Fh=0

代入数据解得:F=2020N

答:沙子对铅球的平均作用力F=2020N

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有一玩具汽车绝缘上表面固定一个带负电物块,它们的总质量m=0.5kg,物块带电量q=-5.0×10-5c.现把玩具汽车放置在如图所示的水平直轨道A点,BC由光滑管道弯曲而成的半圆轨道,玩具汽车在光滑管道中能自由运动,整个轨道所处空间存在竖直向下的匀强电场,其电场强度大小E=6.0×l04N/c.玩具汽车在水平直轨道运动时阻力恒为Ff=0.5N,通电后玩具汽车以恒定功率P=l0w行驶,通电1.0s自动断电,断电后玩具汽车能以一定的速度从B点进入半圆轨道.已知AB间距L=4.0m,g取l0m/s2(玩具汽车可看成质点,整个运动过程物块带电量不变).

①若半圆轨道半径R=0.4m,玩具汽车进入管道中B点时对管道的压力多大?

②当半圆轨道半径R满足什么条件时,玩具汽车能再次回到A点?

正确答案

(1)对AB段:Pt-FfL=mv12-0

对B点:FN-(mg-qE)=m

FN=42N

故玩具汽车进入管道中B点时,对管道的压力也为42N,方向竖直向下.

(2)对BC段:mv12=2R(mg-qE)+mv22

对类平抛:mg-qE=ma

2R=at12

L=v2t1

由上二式得到:当R=1m时恰能回到A点.

另一方面,若不能从最高点射出,则

mv12=2R(mg-qE)+mv22和v2=0得:

R=2m

当轨道半径R>2m时,玩具汽车将沿半圆轨道返回,由B向A运动,

根据:-Ffx=0-mv12

X=16m>4m,能回到A点.

故当半径等于1m或者大于2m时,物体能回到A点.

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简答题

如图所示,将质量m=2kg的一块石头从离地面H=2m高处由静止开始释放,落入泥潭并陷入泥中h=5cm深处,不计空气阻力,求泥对石头的平均阻力.

正确答案

石头从静止到停止作为研究过程,由动能定理可得:

mg(H+h)-fh=0-0

解之得:f=820N

答:泥对石头的平均阻力为820N.

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简答题

如图所示,木块质量m=0.4kg,它以速度v=20m/s水平地滑上一辆静止的平板小车,已知小车质量M=1.6kg,木块与小车间的动摩擦因数为μ=0.2,木块没有滑离小车,地面光滑,g取10m/s2

求:(1)木块相对小车静止时小车的速度;

(2)从木块滑上小车到木块相对于小车刚静止时,小车移动的距离.

正确答案

(1)设木块相对小车静止时小车的速度为V,

根据动量守恒定律有:mv=(m+M)v′

v′==4m/s

(2)对小车,根据动能定理有:

μmgs=Mv′2-0

s=16m

答:(1)木块相对小车静止时小车的速度是4m/s;

(2)从木块滑上小车到木块相对于小车刚静止时,小车移动的距离是16m.

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如图所示是两对接的轨道,两轨道与水平面的夹角均为α=30°,左轨道光滑,右轨道粗糙.一质点自左轨道上距O点L0处从静止起滑下,当质点第一次返回到左轨道并达到最高点时,它离O点的距离为,两轨道对接处有一个很小的光滑圆弧,质点与轨道不会发生碰撞,求质点与右轨道的动摩擦因数.

正确答案

设质点在右轨道上滑距离为L

  根据动能定理,得

     从左向右过程:mg(L0-L)sinα-μmgcosα•L=0    ①

     从右向左过程:mg(L-)sinα-μmgcos•L=0   ②

     由①-②得

        L=L0

     代入①解得μ=

答:质点与右轨道的动摩擦因数为

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