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题型:简答题
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简答题 · 15 分

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

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

牛顿第二定律平抛运动向心力
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题型:简答题
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简答题 · 19 分

图为某游乐场内水上滑梯轨道示意图,整个轨道在同一竖直平面内,表面粗糙的AB段对到与四分之一光滑圆弧轨道BC在B点水平相切。点A距水面的高度为H,圆弧轨道BC的半径为R,圆心O恰在水面。一质量为m的游客(视为质点)可从轨道AB的任意位置滑下,不计空气阻力。

(1)若游客从A点由静止开始滑下,到B点时沿切线方向滑离轨道落在水面D点,OD=2R,求游客滑到的速度vB大小及运动过程轨道摩擦力对其所做的功Wf

(2)若游客从AB段某处滑下,恰好停在B点,有因为受到微小扰动,继续沿圆弧轨道滑到P点后滑离轨道,求P点离水面的高度h。(提示:在圆周运动过程中任一点,质点所受的向心力与其速率的关系为

正确答案

(1)游客从B点做平抛运动,有:,①

由①②式代入解得:

从A到B,根据动能定理,有

由③④式得:

(2)设OP与OB间夹角为θ,游客在P点时的速度为,受支持力为N,从B到P由机械能守恒定律可得:

过P点时,根据向心力公式,有:,⑦

N=0,⑧

由⑥⑦⑧⑨式解得:

解析

略。

知识点

向心力动能定理的应用
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题型:简答题
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简答题 · 16 分

8.同学们参照伽利略时期演示平抛运动的方法制作了如题8图所示的实验装置.图中水平放置的底板上竖直地固定有M板和N板.M 板上部有一半径为圆弧形的粗糙轨道,P为最高点,Q为最低点,Q点处的切线水平,距底板高为。N板上固定有三个圆环。将质量为的小球从P处静止释放,小球运动至Q飞出后无阻碍地通过各圆环中心,落到底板上距Q水平距离为处。不考虑空气阻力,重力加速度为。求:

(1)距Q水平距离为的圆环中心到底板的高度;

(2)小球运动到Q点时速度的大小以及对轨道压力的大小和方向;

(3)摩擦力对小球做的功.

正确答案

(1)到地板的高度:

(2)速度的大小:   压力的大小:   方向:竖直向下

(3)摩擦力对小球做的功:

解析

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知识点

平抛运动向心力动能定理的应用
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题型: 单选题
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单选题 · 3 分

如图,光滑的四分之一圆弧轨道AB固定在竖直平面内,A端与水平面相切。穿在轨道上的小球在拉力F作用下,缓慢地由A向B运动,F始终沿轨道的切线方向,轨道对球的弹力为N。在运动过程中

AF增大,N减小

BF减小,N减小

CF增大,N增大

DF减小,N增大

正确答案

A

解析

小球一直受到重力、支持力、拉力作用,根据共点力平衡,有:F=mgsinα,N=mgcosα(α是重力与竖直方向的夹角),随着夹角的增大,支持力逐渐减小,拉力逐渐增大,A项正确。

知识点

向心力
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题型:简答题
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简答题 · 16 分

如题图所示,半径为R的半球形陶罐,固定在可以绕竖直轴旋转的水平转台上,转台转轴与过陶罐球心O的对称轴OO′重合。转台以一定角速度ω匀速转动,一质量为m的小物块落入陶罐内,经过一段时间后小物块随陶罐一起转动且相对罐壁静止,它和O点的连线与OO′之间的夹角θ为60°,重力加速度大小为g。

(1)若ω=ω0,小物块受到的摩擦力恰好为零,求ω0

(2)若ω=(1±k)ω0,且0<k<1,求小物块受到的摩擦力大小和方向。

正确答案

见解析。

解析

(1)对小物块受力分析可知:

FN cos 60°=mg

R′=R sin 60°

联立解得:ω0

(2)由于0<k<1,

当ω=(1+k)ω0时,物块受摩擦力方向沿罐壁切线向下。

由受力分析可知:

FN′cos 60°=mg+fcos 30°

FN′sin 60°+fsin 30°=mR′ω2

R′=Rsin 60°

联立解得:

当ω=(1-k)ω0时,物块受摩擦力方向沿罐壁切线向上,由受力分析和几何关系知。

FN″cos 60°+f′sin 60°=mg

FN″sin 60°-f′cos 60°=mR′ω2

R′=Rsin 60°

所以

知识点

静摩擦力和最大静摩擦力牛顿第二定律向心力
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题型:简答题
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简答题 · 16 分

山谷中有三块大石头和一根不可伸长的轻质青藤,其示意图如下。图中A、B、C、D均为石头的边缘点,O为青藤的固定点,h1=1.8m,h2=4.0m,x1=4.8m,x2=8.0m。开始时,质量分别为M=10kg和m=2kg的大、小两只滇金丝猴分别位于左边和中间的石头上,当大猴发现小猴将受到伤害时,迅速从左边石头A点起水平跳到中间石头,大猴抱起小猴跑到C点,抓住青藤的下端荡到右边石头的D点,此时速度恰好为零。运动过程中猴子均看成质点,空气阻力不计,重力加速度g=10m/s2,

求:

(1)大猴子从A点水平跳离时速度的最小值;

(2)猴子抓住青藤荡起时的速度大小;

(3)猴子荡起时,青藤对猴子的拉力大小。

正确答案

见解析。

解析

(1)根据,解得。则跳离的最小速度 

(2)根据机械能守恒定律得,解得  

(3)根据牛顿第二定律得,F-(M+m)g=(M+m) 根据几何关系得,(L-h2)2+x22=L2

联立解得F=216N,

知识点

向心力动能定理的应用
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题型:填空题
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填空题 · 4 分

如图,在:半径为2.5m的光滑圆环上切下一小段圆弧,放置于竖直平面内,两端点距最低点高度差H为1cm。将小环置于圆弧端点并从静止释放,小环运动到最低点所需的最短时间为____s,在最低点处的加速度为____m/s2。(取g=10m/s2)

正确答案

0.785 ;

   0.08

解析

小环运动沿圆弧的运动可类比于单摆的简谐运动,小环运动到最低点所需的最短时间为t=T/4==0.785s。由机械能守恒定律,mgH=mv2,在最低点处的速度为v=。在最低点处的加速度为a===0.08m/s2

知识点

向心力动能定理的应用单摆
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题型: 多选题
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多选题 · 6 分

如图,两个质量均为m的小木块a和b(可视为质点)放在水平圆盘上,a与转轴OO的距离为l,b与转轴的距离为2l。木块与圆盘的最大静摩擦力为木块所受重力的k倍,重力加速度大小为g。若圆盘从静止开始绕轴缓慢地加速转动,用表示圆盘转动的角速度,下列说法正确的是(    )

Ab一定比a先开始滑动

Ba.b所受的摩擦力始终相等

C=是b开始滑动的临界角速度

D=时,a所受摩擦力的大小为kmg

正确答案

A,C

解析

知识点

匀速圆周运动向心力
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题型:简答题
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简答题 · 14 分

如图,匀强电场中有一半径为r的光滑绝缘圆轨道,轨道平面与电场方向平行。a、b为轨道直径的两端,该直径与电场方向平行。一电荷为q(q>0)的质点沿轨道内侧运动.经过a点和b点时对轨道压力的大小分别为FNa和FNb不计重力,求电场强度的大小E、质点经过a点和b点时的动能。

正确答案

见解析

解析

解析:质点所受电场力的大小为f=qE,

    

综上得:         

知识点

向心力动能定理的应用带电粒子在匀强电场中的运动
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题型:简答题
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简答题 · 18 分

23.如图甲所示,物块与质量为m的小球通过不可伸长的轻质细绳跨过两等高定滑轮连接。物块置于左侧滑轮正下方的表面水平的压力传感装置上,小球与右侧滑轮的距离为开始时物块和小球均静止,将此时传感装置的示数记为初始值。现给小球施加一始终垂直于段细绳的力,将小球缓慢拉起至细绳与竖直方向成60°角,如图乙所示,此时传感装置的示数为初始值的1.25倍;再将小球由静止释放,当运动至最低位置时,传感装置的示数为初始值的0.6倍。不计滑轮的大小和摩擦,重力加速度的大小为

求:

(1)物块的质量;

(2)从释放到运动至最低位置的过程中,小球克服空气阻力所做的功。

正确答案

(1)3m;

(2)0.1mgl;

解析:对小球摆到最低点的过程,根据动能定理可知:,联立解得:Wf=0.1mgl

解析

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知识点

向心力功能关系
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