- 曲线运动、万有引力
- 共1187题
16.将一个物块以一定的初速度从地面上某一高度水平抛出,不计空气阻力,取水平
地面为零势能面,已知该物块在抛出点的动能是其重力势能的两倍。则该物块落地时的速度与水平方向的夹角的正切值为
正确答案
解析
根据“物块在抛出点的动能是其重力势能的两倍”, 得出
,再根据公式
和vy=gt,得出
。由
,故选D。
考查方向
解题思路
根据“物块在抛出点的动能是其重力势能的两倍”求得高度和水平速度关系。
易错点
推导和运动分析出错。
知识点
4.正方体空心框架ABCD-A1B1C1D1下表面在水平地面上,将可视为质点的小球从顶点A
在∠BAD所在范围内(包括边界)沿不同的水平方向分别抛出,落点都在△B1C1D1平面内(包括边界)。不计空气阻力,以地面为重力势能参考平面。则下列说法正确的是()
正确答案
解析
A、小球落在A1C1线段中点时水平位移最小,落在C1时水平位移最大,由几何关系知水平位移的最小值与最大值之比是1:2,由x=v0t,t相等得小球初速度的最小值与最大值之比是1:2,故A错误.
B、小球做平抛运动,由h=得 t=
,下落高度相同,平抛运动的时间相等,故B错误.
C、落在B1D1线段中点的小球,落地时机械能的最小,落在B1D1线段上D1或B1的小球,落地时机械能的最大.设落在B1D1线段中点的小球初速度为v1,水平位移为x1.落在B1D1线段上D1或B1的小球初速度为v2.水平位移为x2.由几何关系有 x1:x2=1:,由x=v0t,得:v1:v2=1:
,落地时机械能等于抛出时的机械能,分别为:E1=mgh+
,E2=mgh+
,可知落地时机械能的最小值与最大值之比不等于1:2.故C错误.
D、设AC1的倾角为α,轨迹与AC1线段相交的小球,在交点处的速度方向与水平方向的夹角为θ.则有 tanα==
=
,tanθ=
,则 tanθ=2tanα,可知θ一定,则轨迹与AC1线段相交的小球,在交点处的速度方向相同,故D正确.
考查方向
解题思路
小球做平抛运动,水平分运动为匀速直线运动,竖直分运动为自由落体运动.运动时间由下落的高度决定.由分位移公式求初速度.由机械能守恒定律研究落地时机械能
易错点
本题的关键要掌握平抛运动的研究方法,掌握分位移公式,D项也可以根据作为结论记住.
知识点
23.两个质量相同的小球A和B,分别从水平地面上O点正上方高度分别为4L和L两处水平抛出,恰好击中距离O点2L的地面上同一目标,空气阻力不计。以地面为零势能面,两小球抛出时的初速度大小之比为vA:vB=________,落地时的机械能之比为EA:EB=________。
正确答案
1∶2;17∶8。
解析
平抛运动在竖直方向上做自由落体运动,所以A球有:4L=gtA2;解得:tA=2
。初速度 vA=
=
。B球有:L=
gtB2;解得:tB=
。初速度 vB=
=
。所以vA:vB=1:2。以水平面为零势能面,则A球刚抛出时的机械能为:EA=
mvA2+mg•4L=
mgL,在运动过程中机械能守恒,所以落地时的机械能也为
mgL,B球刚抛出时的机械能为EB=
mvB2+mgL=2mgL,在运动过程中机械能守恒,所以落地时的机械能也为2mgL所以落地时的机械能之比 EA:EB=17:8
考查方向
解题思路
平抛运动在竖直方向上做自由落体运动,在水平方向上做匀速直线运动,根据平抛运动的特点即可求解,在运动过程中机械能守恒,由机械能守恒定律求机械能之比.
易错点
关键知道平抛运动在竖直方向上做自由落体运动,在水平方向上做匀速直线运动,两运动具有等时性
知识点
16.如图所示,质量相同的三个小球从足够长的斜面上同一点O分别以初速度v1、v2、v3水平抛出,落在斜面上的位置分别为A、B、C,已知OA=AB=BC,空气阻力不计,则( )
正确答案
解析
设物体的初速度为v0,斜面的倾角为α,O点到斜面落点的长度为L,斜面的倾角为θ。
则tanα==
,得t=
①
则有L==
=
,②
小球落在斜面上速度平方为v2==
落到斜面时的动能为Ek==
③
由题,OA=AB=BC,则v1:v2:v3=1::
A错;由于位移方向一致,所以速度方向也一致,B错;由③得,落到斜面时的动能之比为1:2:3.C对;根据动能定理得,飞行过程中动能增量△ Ek=mgLsinθ,上式可知动能增量之比为1:2:3,D错。
考查方向
解题思路
三个小球做平抛运动,运用运动的分解法,得出斜面的长度与初速度、运动时间的关系,再求解初速度、时间的比值。根据动能定理研究动能的增量。
易错点
斜面的倾角反映了位移与水平方向的夹角,关键确定两个方向的位移关系得出时间表达式。
知识点
如图所示,长为L、内壁光滑的直管与水平地面成30°角固定放置。将一质量为m的小球固定在管底,用一轻质光滑细线将小球与质量为M=km(k是已知常数)的小物块相连,小物块悬挂于管口。现将小球释放,一段时间后,小物块落地静止不动,小球继续向上运动,通过管口的转向装置后做平抛运动,小球在转向过程中速率不变。(重力加速度为g)
36.求小球从管口抛出时的速度大小;
37.试证明小球平抛运动的水平位移总小于
正确答案
(k>2)
解析
设M落地时的速度为v,,得
(或
),设m飞出管口速度为v1,对球m:
(
)
(解法二)或者从牛二出发,
解得:
设M落地时的速度大小为v,m射出管口时速度大小为v1,M落地后m的加速度为a1。根据牛顿第二定律
,匀变速直线运动
,
。解得
(k>2)
考查方向
解题思路
开始时小球沿斜面向上做匀加速,小物块向下也做匀加速,两者的加速度大小相等.对各自受力分析,运用牛顿第二定律列出等式,解出方程.
小物块落地静止不动,小球继续向上做匀减速运动,对其受力分析,运用牛顿第二定律解出此时的加速度(与前一阶段加速度不等),结合运动学公式求出小球从管口抛出时的速度大小.
运用平抛运动的规律表示出小球平抛运动的水平位移,利用数学知识证明问题.
易错点
考查牛顿第二定律,匀加速运动的公式及平抛运动规律.
要注意分M落地前和落地后两段计算,因为两段的m加速度不相等.
正确答案
见解析
解析
平抛运动,
,解得
,因为
,所以
,得证。
考查方向
解题思路
开始时小球沿斜面向上做匀加速,小物块向下也做匀加速,两者的加速度大小相等.对各自受力分析,运用牛顿第二定律列出等式,解出方程.
小物块落地静止不动,小球继续向上做匀减速运动,对其受力分析,运用牛顿第二定律解出此时的加速度(与前一阶段加速度不等),结合运动学公式求出小球从管口抛出时的速度大小.
运用平抛运动的规律表示出小球平抛运动的水平位移,利用数学知识证明问题.
易错点
考查牛顿第二定律,匀加速运动的公式及平抛运动规律.
要注意分M落地前和落地后两段计算,因为两段的m加速度不相等.
4.横截面为直角三角形的两个相同斜面紧靠在一起,固定在水平面上,如图所示。它们的竖直边长都是底边长的一半,现有三个小球从左边斜面的顶点以不同的初速度向右平抛,最后落在斜面上,其落点分别是a、b、c。若不计空气阻力,则下列判断正确的是()
正确答案
解析
:AC、根据h=gt2得 t=
知平抛运动的时间由高度决定,落在a点的小球下落的高度最大,则飞行时间最长,由速度变化量△v=gt,可知落在a点的小球飞行过程速度变化最大,故A、C错误.
B、三个小球均做平抛运动,加速度都是g,相同,则速度变化快慢一样,故B错误.
D、三个小球均做平抛运动,轨迹是抛物线,落在a点的小球瞬时速度不可能与斜面垂直.对于落在b、c两点的小球:竖直速度是gt,水平速度是v,由题意有:斜面的夹角是arctan0.5,要合速度垂直斜面,把两个速度合成后,需要,即v=0.5gt,那么在经过t时间的时候,竖直位移为0.5gt2,水平位移为vt=(0.5gt)•t=0.5gt2 即若要满足这个关系,需要水平位移和竖直位移都是一样的,显然在图中b、c是不可能完成的,因为在b、c上水平位移必定大于竖直位移,所以落到两个斜面上的瞬时速度都不可能与斜面垂直,故D正确.
故选:D.
考查方向
解题思路
三个小球做的都是平抛运动,平抛运动可以分解为水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动,物体的运动的时间是由竖直方向上下落的高度决定的.可列式进行分析
易错点
本题的关键知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律,知道平抛运动的时间由高度决定,初速度和时间共同决定水平位移.也可以利用“中点”分析得出落到两个斜面上的瞬时速度都不可能与斜面垂直.
知识点
如图所示,一倾斜的匀质圆盘绕垂直于盘面的固定对称轴以恒定的角速度ω转动,盘面上离转轴距离2.5m处有一小物体与圆盘始终保持相对静止。物体与盘面间的动摩擦因数为(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力),盘面与水平面的夹角为300,g取10m/s2。则ω的最大值是
正确答案
解析
由于小物体随匀质圆盘做圆周运动,其向心力由小物体受到的指向圆心的合力提供,在最下端时指向圆心的合力最小。根据牛顿第二定律:,又
解得
,要使小物体与圆盘始终保持相对静止,则ω的最大值是
。C正确。
知识点
在游乐节目中,选手需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=
,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。取重力加速度
,
,
.
(1)求选手摆到最低点时对绳拉力的大小F;
(2)若绳长=2m,选手摆到最高点时松手落入手中.设水对选手的平均浮力
,平均阻力
,求选手落入水中的深度
;
(3)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;小阳却认为绳越短,落点距岸边越远,请通过推算说明你的观点。
正确答案
见解析
解析
(1)机械能守恒 ①
圆周运动 F′-mg=m
解得 F′=(3-2cos)mg
人对绳的拉力 F=F′
则 F=1080N
(2)动能定理 mg(H-lcos+d)-(f1+f2)d=0
则d=
解得
(3)选手从最低点开始做平抛运动 x=vt
H-l=
且有①式
解得
当时,x有最大值,解得l=1.5m
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。
本题考查机械能守恒,圆周运动向心力,动能定理,平抛运动规律及求极值问题。
当时,x有最大值 解得
因此,两人的看法均不正确,当绳长越接近1.5 m时,落点距岸边越远。
知识点
冥王星与其附近的另一星体卡戎可视为双星系统,质量比约为7∶1,同时绕它们连线上某点O做匀速圆周运动,由此可知,冥王星绕O点运动的( )
正确答案
解析
双星系统内的两颗星运动的角速度相同,B错误;双星的向心力为二者间的万有引力,所以向心力大小也相同,D错误;根据m1ω2r1=m2ω2r2,得,A正确;根据v=ωr,得
,C错误
知识点
18.一带有乒乓球发射机的乒乓球台如图所示。水平台面的长和宽分别为和
,中间球网高度为h.发射机安装于台面左侧边缘的中点,能以不同速率向右侧不同方向水平发射乒乓球,发射点距台面高度为3h。不计空气的作用,重力加速度大小为g。若乒乓球的发射速率v在某范围内,通过选择合适的方向,就能使乒乓球落到球网右侧台面上,则v的最大取值范围是( )
正确答案
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
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