- 曲线运动、万有引力
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由消防水龙带的喷嘴喷出水的流量是0.28m3/min,水离开喷口时的速度大小为,方向与水平面夹角为60度,在最高处正好到达着火位置,忽略空气阻力,则空中水柱的高度和水量分别是(重力加速度g取10m/s2)
正确答案
解析
将喷出水流速度分解为水平方向和竖直方向,则竖直方向的分速度=24m/s;则水柱可以上升的最高高度可用
表达相互关系,解得高度为
;有水柱上升时间为
,得
,又有流量
,则在空中的水量1.12×10-2m3,选项A正确。
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)
(1)求小物块下落过程中的加速度大小;
(2)求小球从管口抛出时的速度大小;
(3)试证明小球平抛运动的水平位移总小于。
正确答案
(1)
(2) (k>2)
(3)见解析
解析
(1)设细线中的张力为T,根据牛顿第二定律,
且
解得:
(2)设M落地时的速度大小为v,m射出管口时速度大小为v0,M落地后m的加速度为a0。
根据牛顿第二定律
匀变速直线运动
解得: (k>2)
(3)平抛运动
解得
因为,所以
,得证。
知识点
如图,ABC和ABD为两个光滑固定轨道,A、B、E在同一水平面上,C、D、E在同一竖直线上,D点距水平面的高度为h,C点的高度为2h,一滑块从A点以初速度v0分别沿两轨道滑行到C或D处后水平抛出。
(1)求滑块落到水平面时,落点与E点间的距离sC和sD;
(2)为实现sC<sD,v0应满足什么条件?
正确答案
(1)滑块落到水平面时,落点与E点间的距离 sC=,sD=
;
(2)初速度应满足<v0<
。
解析
(1)设抛出点高度为y,根据机械能守恒mv02=
mv2+mgy,
所以平抛的初速度为 v=,
平抛后物体在竖直方向上做自由落体运动,
所以落地时间t满足 y=gt2,
所以 t=,
落地点离抛出点的水平距离s=vt=,
分别以y=2h和y=h代入得:
sC=,
sD=,
(2)由题意知,要使sC<sD,
也就是要有2(v02﹣4gh)<v02﹣2gh,
所以v02<6gh,
又滑块必须能到达C点,
即 vC2=v02﹣4gh,
所以 v02>4gh,
因此初速度应满足<v0<
,
知识点
如图,置于圆形水平转台边缘的小物块随转台加速转动,当转速达到莫一数值时,物块恰好滑离转台开始做平抛运动。现测得转台半径R=0.5 m,离水平地面的高度H=0.8m,物块平抛落地过程水平位移的大小s=0.4m。设物块所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取重力加速度g=10m/s2 求:
(1)物块做平抛运动的初速度大小V0;
(2)物块与转台间的动摩擦因数。
正确答案
见解析。
解析
(1)物块做平抛运动,在竖直方向上有 ①
在水平方向上有 ②
① ②式解得
(2)物块离开转台时,最大静摩擦力提供向心力,有 ③
④
由③④式解得
知识点
(1)某物理兴趣小组采用如图所示的装置深入研究平抛运动,质量分别为mA和mB的A、B小球处于同一高度,M为A球中心初始时在水平地面上的垂直投影,用小锤打击弹性金属片,使A球沿水平方向飞出,同时松开B球,B球自由下落。A球落到地面N点处,B球落到地面P点处,测得mA=0.04 kg,mB=0.05 kg,B球距地面的高度是1.225 m,M、N点间的距离为1.500 m,则B球落到P点的时间是______ s,A球落地时的动能是______J,(忽略空气阻力,g取9.8 m/s2)
(2)某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线,可供选用的器材如下:
小灯泡L,规格“4.0 V 0.7 A”;
电流表A1,量程3 A,内阻约为0.1 Ω;
电流表A2,量程0.6 A,内阻r2=0.2 Ω;
电压表V,量程3V,内阻rV=9 kΩ;
标准电阻R1,阻值1 Ω;
标准电阻R2,阻值3 kΩ;
滑动变阻器R,阻值范围0~10 Ω;
学生电源E,电动势6 V,内阻不计;
开关S及导线若干。
①甲同学设计了如图1所示的电路来进行测量,当通过L的电流为0.46 A时,电压表的示数如图2所示,此时L的电阻为______Ω。
②乙同学又设计了如图3所示的电路来进行测量,电压表指针指在最大刻度时,加在L上的电压值是______V。
③学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线,需要重新设计电路,请你在乙同学的基础上利用所供器材,在图4所示的虚线框内补画出实验电路图,并在图上标明所选器材代号。
正确答案
见解析。
解析
(1)B球落到P点的时间为,A、B两球同时落地,所以A落地时的水平速度
,竖直速度vy=gt=4.9 m/s,所以A落地时的动能为
。
(2)①电压表示数为U=2.30V,电阻为。
②由部分电路欧姆定律和串并联知识,加在L上的电压值为U=(3+×3×103)V=4 V。③图3中电流表选用A1,量程过大,读数不准确,由于小灯泡的额定电流为0.7 A,通过电流表A2,标准电阻R1并联,作为电流表,答图1为电流表外接片,答题2为电流表外接法。
知识点
如图,一不可伸长的轻绳上端悬挂于O点,T端系一质量m=1.0kg的小球。现将小球拉到A点(保持绳绷直)由静止释放,当它经过B点时绳恰好被拉断,小球平抛后落在水平地面上的C点。地面上的D点与OB在同一竖直线上,已知绳长L=1.0 m,B点离地高度H=1.0 m,A、B两点的高度差h=0.5 m,重力加速度g取10m/s2,不计空气影响,
(1)地面上DC两点间的距离s;
(2)轻绳所受的最大拉力大小。
正确答案
见解析。
解析
(1)小球从A到B过程机械能守恒,有 ①
小球/日到C做平抛运动,在竖直方向上有 ②
在水平方向上有s=vBt ③
由①②③式解得s=1.41m ④
(2)小球下摆到达B点时,绳的拉力和重力的合力提供向心力,有⑤
由①⑤式解得F=20N⑥
根据牛顿第三定律F’=-F⑦
轻绳所受的最大拉力为20 N。
知识点
如图,斜面上a、b、c三点等距,小球从a点正上方O点抛出,做初速为v0的平抛运动,恰落在b点。若小球初速变为v,其落点位于c,则 ( )
正确答案
解析
如图所示,,
,解得
,
,
,所以
,选A.
知识点
在实验操作前应该对实验进行适当的分析。研究平抛运动的实验装置示意如图。小球每次都从斜槽的同一位置无初速度释放,并从斜槽末端水平飞出。改变水平板的高度,就改变了小球在板上落点的位置,从而可描绘出小球的运动轨迹。某同学设想小球先后三次做平抛,将水平板依次放在如图1、2、3的位置,且1与2的间距等于2与三的间距。若三次实验中,小球从跑出点到落点的水平位移依次是x1,x2,x3,机械能的变化量依次为△E1,△E2,△E3,忽略空气阻力的影响,下面分析正确的是
正确答案
解析
由平抛运动的特点可知,小球在竖直方向做自由落体运动,水平方向做匀速直线运动,由于水平板竖直方向上的间距相等,故小球经过板1-2的时间大于经过板2-3的时间,故x2- x1>x3- x2,由于小球做平抛运动的过程中只有重力做功,机械能守恒,故△E1=△E2=△E3=0,本题选B。
知识点
一探险队员在探险时遇到一山沟,山沟的一侧竖直,另一侧的坡面呈抛物线形状,此队员从山沟的竖直一侧,以速度v0沿水平方向跳向另一侧坡面,如图所示,以沟底的O点为原点建立坐标系Oxy,已知,山沟竖直一侧的高度为2h,坡面的抛物线方程为,探险队员的质量为m,人视为质点,忽略空气阻力,重力加速度为g。
(1)求此人落到坡面时的动能;
(2)此人水平跳出的速度为多大时,他落在坡面时的动能最小?动能的最小值为多少?
正确答案
(1)
(2)
解析
(1)设该队员在空中运动的时间为t,在坡面上落点的横坐标为x,纵坐标为y,由运动学公式和已知条件得
x=v0t①
2h-y=gt2②
根据题意有
③
由机械能守恒,落到坡面时的动能为
mv2=
mv02+mg(2h-y)④
联立①②③④式得
⑤
(2)⑤式可以改写为
⑥
v2极小的条件为⑥式中的平方项等于0,由此得
⑦
此时v2=3gh,则最小动能为
(mv2)min=
mgh⑧
知识点
如图,水平地面上有一个坑,其竖直截面为半圆。ab为沿水平方向的直径。若在a点以初速度v0沿ab方向抛出一小球,小球会击中坑壁上的c点。已知c点与水平地面的距离为圆半径的一半,求圆的半径。
正确答案
解析:设圆半径为r,质点做平抛运动,则:
①
②
过c点做cd⊥ab与d点,Rt△acd∽Rt△cbd可得即为:
③
由①②③得:r=v02
解析
略。
知识点
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