- 曲线运动、万有引力
- 共1187题
如图,一圆盘可绕一通过圆心且垂直于盘面的竖直轴转动,在圆盘上放一块橡皮,橡皮块随圆盘一起转动(俯视为逆时针),某段时间圆盘转速不断增大,但橡皮块仍相对圆盘静止,在这段时间内,关于橡皮块所受合力F的方向的四种表示(俯视图)中,正确的是
正确答案
解析
略
知识点
如图,一小球通过两细绳固定在圆环的圆心O位置。已知两绳夹角,让圆环在竖直面内顺时针转动,当OA由水平转到竖直位置过程中,OA的作用力FA和OB的作用力FB的变化情况是
正确答案
解析
略
知识点
如图所示,一质量为m的小球(小球的大小可以忽略),被a、b两条轻绳悬挂在空中。已知轻绳a的长度为l,上端固定在O 点,轻绳b水平。
(1)若轻绳a与竖直方向的夹角为 ,小球保持静止。画出此时小球的受力图,并求轻绳b对小球的水平拉力的大小;
(2)若轻绳b突然断开,小球由图示位置无初速释放,求当小球通过最低点时的速度大小及轻绳a对小球的拉力。(不计空气阻力,重力加速度取g)
正确答案
见解析。
解析
(1)小球的受力图见上图
根据平衡条件,应满足
可得小球受到的拉力
(2)释放后,小球沿圆弧运动,到达最低点,只有重力做功,由系统机械能守恒
则通过最低点时小球的速度
小球沿圆周运动,通过最低点,受重力和绳的拉力,根据牛顿第二定律
解得轻绳对小球的拉力
,方向竖直向上
知识点
36.如图18所示,一条带有圆轨道的长轨道水平固定,圆轨道竖直,底端分别与两侧的直轨道相切,半径R=0.5m,物块A以v0=6m/s的速度滑入圆轨道,滑过最高点Q,再沿圆轨道滑出后,与直轨道上P处静止的物块B碰撞,碰后粘在一起运动,P点左侧轨道光滑,右侧轨道呈粗糙段、光滑段交替排列,每段长度都为L=
0.1m,物块与各粗糙段间的动摩擦因数都为μ=0.1,A、B的质量均为m=1kg(重力加速度g取10m/s2;A、B视为质点,碰撞时间极短)。
(1)求A滑过Q点时的速度大小v和受到的弹力大小F;
(2)若碰后AB最终停止在第k个粗糙段上,求k的数值;
(3)求碰后AB滑至第n个(n<k)光滑段上的速度vn与n的关系式。
正确答案
(1)v=4m/s,F=22N;
(2)k=45;vn=m/s(其中n=1、2、3、…、44)
解析
知识点
4.如图,一半径为R的半圆形轨道竖直固定放置,轨道两端登高。质量为m的质点自轨道端点P由静止开始滑下,滑到最低点Q时,对轨道的正压力为2mg,重力加速度大小为g,质点自P滑到Q的过程中,克服摩擦力所做的功为( )
正确答案
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
如图所示,固定的半圆形绝缘光滑轨道置于正交的匀强电场和匀强磁场叠加的区域中。轨道半径为R,磁感应强度为B,方向垂直于纸面向外,电场强度为E,方向水平向左。
(1)一个质量为m的小球(可视为质点)放在轨道上的C点恰好处于静止,圆弧半径OC与水平直径AD的夹角为α(sinα=0.8,cosα=0.6)。求小球所电荷量;试说明小球带何种电荷并陈述理由。
(2)如果将小球从A点由静止释放,小球在圆弧轨道上运动时,对轨道的最大压力是多少?
(3) 若将小球从A点由静止释放,小球沿圆弧轨道运动到最低点时,与另一个质量也为m且静止在O点正下方P点的不带电小球(可视为质点)发生碰撞,设碰撞过程历时可以忽略且无机械能损失也无电荷转移。两小球在运动过程中始终没有脱离圆弧轨道。求第一次碰撞后到第二次碰撞前,两小球在圆弧轨道上上升的最大高度各是多少?
正确答案
见解析。
解析
(1)小球在C点受重力、电场力和轨道的支持力处于平衡,电场力的方向一定是向左的,与电场方向相同,如图所示。因此小球带正电荷。
FNcosα=qE
FNsinα=mg
小球带电荷量
(2)小球从A点释放后,沿圆弧轨道下滑,还受方向指向轨道的洛伦兹力F洛,力F洛随速度增大而增大,小球通过C点时速度(设为v)最大,力F洛最大,且qE和mg的合力方向沿半径OA,因此小球对轨道的压力最大。
由
通过C点的速度v=
小球在重力、电场力、洛伦兹力和轨道对它的支持力作用下沿轨道做圆周运动,有
F-mgsinα-qEcosα-qvB=
最大压力等于支持力F=。
(3)小球1从A点滑下到达P点时速度为vp,由动能定理
可得
小球1与小球2发生无机械能损失的碰撞,碰后速度分别设为v1和v2,由动量守恒和能量关系
解方程可得 v1=0,
碰后小球2仍不带电,向右沿圆轨道上滑,小球2上升的最大高度设为h2,由机械能守恒定律
可得
碰后小球1质量和电量都不变,从P点开始无初速向左沿圆轨道上滑至最高点F,设∠AOF为β,小球1上升的最大高度为h1,由动能定理
由几何关系可得
由以上两式可得
知识点
如图所示,一质量M=2.0kg的长木板AB静止在水平面上,木板的左侧固定一半径R=0.60m的四分之一圆弧形轨道,轨道末端的切线水平,轨道与木板靠在一起,且末端高度与木板高度相同。现在将质量m=1.0kg的小铁块(可视为质点)从弧形轨道顶端由静止释放,小铁块到达轨道底端时的速度v0=3.0m/s,最终小铁块和长木板达到共同速度。忽略长木板与地面间的摩擦。取重力加速度g=10m/s2。求
(1)小铁块在弧形轨道末端时所受支持力的大小F;
(2)小铁块在弧形轨道上下滑过程中克服摩擦力所做的功Wf;
(3)小铁块和长木板达到的共同速度v。
正确答案
见解析。
解析
(1)小木块在弧形轨道末端时,满足
解得:
(2)根据动能定理
解得:
(3)根据动量守恒定律
解得:
知识点
如图所示,在离地面H=5.45m的O处用长L=0.45m的不可伸长的细线挂一质量为0.09kg的爆竹(火药质量忽略不计),把爆竹拉起至D点使细线水平伸直,点燃导火线后将爆竹静止释放,爆竹刚好到达最低点B时炸成质量相等的两块,一块朝相反方向水平抛出,落到地面上的A处,抛出的水平距离s=5m。另一块仍系在细线上继续做圆周运动,空气阻力忽略不计,取g=10m/s2,求:
(1)爆竹爆炸前瞬间的速度大小v0;
(2)继续做圆周运动的那一块在B处对细线的拉力T的大小;
(3)火药爆炸释放的能量E。
正确答案
见解析。
解析
(1)设爆竹的总质量为2m,爆竹从D点运动到B点过程中,
根据动能定理,得
(2分)
解得 (2分)
(2)设爆炸后抛出的那一块的水平速度为v1,做圆周运动的那一块的水平速度为v2。
对抛出的那一块,有:
(2分)
(2分)
解得v1=5m/s
对系统,根据动量守恒定律,得
(2分)
在B处,对于做圆周运动的那一块,根据牛顿第二定律,得
(2分)
根据牛顿第三定律,得
做圆周运动的那一块对细线的拉力 (1分)
联立以上各式,解得 (1分)
(3)根据能量守恒定律,得
(2分)
解得E=2.88J (2分)
知识点
14.如图,位于竖直水平面内的光滑轨道由四分之一圆弧ab和抛物线bc组成,圆弧半径Oa水平,b点为抛物线顶点。已知h=2m,,s=。取重力加速度大小
。
(1)一小环套在轨道上从a点由静止滑下,当其在bc段轨道运动时,与轨道之间无相互作用力,求圆弧轨道的半径;
(2)若环从b点由静止因微小扰动而开始滑下,求环到达c点时速度的水平分量的大小。
正确答案
(1)一小环套在bc段轨道运动时,与轨道之间无相互作用力,则说明下落到b点时的速度,使得小环套做平抛运动的轨迹与轨道bc重合,故有①,
②,从ab滑落过程中,根据动能定理可得
③,联立三式可得
(2)下滑过程中,初速度为零,只有重力做功,根据动能定理可得④因为物体滑到c点时与竖直方向的夹角等于(1)问中做平抛运动过程中经过c点时速度与竖直方向的夹角相等,设为
,则根据平抛运动规律可知
⑤,根据运动的合成与分解可得
⑥联立①②④⑤⑥可得
解析
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知识点
4.未来的星际航行中,宇航员长期处于零重力状态,为缓解这种状态带来的不适,有人设想在未来的航天器上加装一段圆柱形“旋转舱”,如图所示,当旋转舱绕其轴线匀速旋转时,宇航员站在旋转舱内圆柱形侧壁上,可以受到与他站在地球表面时相同大小的支持力,为达到目的,下列说法正确的是( )
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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