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题型:简答题
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简答题 · 15 分

如图所示,质量M=2kg的滑块套在光滑的水平轨道上,质量m=1kg的小球通过长L=0.5m的轻质细杆与滑块上的光滑轴O连接,小球和轻杆可在竖直平面内绕O轴自由转动,开始轻杆处于水平状态,现给小球一个竖直向上的初速度v0=4 m/s,g取10m/s2

(1)若锁定滑块,试求小球通过最高点P时对轻杆的作用力大小和方向;

(2)在满足(1)的条件下,小球在最高点P突然离开轻杆沿水平方向飞出,试求小球落到水平轨道位置到轴O的距离;

(3)若解除对滑块的锁定,小球通过最高点时的速度大小v′=2m/s,试求此时滑块的速度大小。

正确答案

(1)小球对轻杆的作用力大小为2N,方向竖直向上

(2)m

(3)v =1m/s

解析

(1)设小球能通过最高点,且此时的速度为v1。在上升过程中,因只有重力做功,小球的机械能守恒。则

m/s

设小球到达最高点时,轻杆对小球的作用力为F,方向向下,则

得F=2N

由牛顿第三定律可知,小球对轻杆的作用力大小为2N,方向竖直向上

(2)小球飞出后做平抛运动,设运动时间为t

 

到轴O的距离

m

(3)解除锁定后,设小球通过最高点时的速度为v2

在上升过程中,系统的机械能守恒,则

得v =1m/s

知识点

牛顿第二定律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

一质量M=0.8kg的小物块,用长l=0.8m的细绳悬挂在天花板上,处于静止状态。一质量m=0.2kg的粘性小球以速度v0=10m/s水平射向物块,并与物块粘在一起,小球与物块相互作用时间极短可以忽略。不计空气阻力,重力加速度g取10m/s2

求:

(1)小球粘在物块上的瞬间,小球和物块共同速度的大小;

(2)小球和物块摆动过程中,细绳拉力的最大值;

(3)小球和物块摆动过程中所能达到的最大高度。

正确答案

见解析。

解析

(1)因为小球与物块相互作用时间极短,所以小球和物块组成的系统动量守恒。

(2)小球和物块将以v开始运动时,轻绳受到的拉力最大,设最大拉力为F,

F=15N

(3)小球和物块将以v为初速度向右摆动,摆动过程中只有重力做功,所以机械能守恒;设它们所能达到的最大高度为h,根据机械能守恒定律:

h=0.2m

知识点

向心力动量守恒定律动能定理的应用
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题型: 多选题
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多选题 · 6 分

公路急转弯处通常是交通事故多发地带。如图,某公路急转弯处是一圆弧,当汽车行驶的速率为时,汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势,则在该弯道处

A路面外侧高内侧低

B车速只要低于,车辆便会向内侧滑动

C车速虽然高于,但只要不超出某一最高限度,车辆便不会向外侧滑动

D当路面结冰时,与未结冰时相比,的值变小

正确答案

A,C

解析

略。

知识点

向心力生活中的圆周运动
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题型:简答题
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简答题 · 12 分

如图所示,轻线一端系一质量为m的小球,另一端套在图钉A上,此时小球在光滑的水平平台上做半径为a、角速度为ω的匀速圆周运动。现拔掉图钉A让小球飞出,此后细绳又被A正上方距A高为h的图钉B套住,达到稳定后,小球又在平台上做匀速圆周运动。求:

(1)图钉A拔掉前,轻线对小球的拉力大小;

(2)从拔掉图钉A到被图钉B套住前小球做什么运动?所用的时间为多少?

(3)小球最后做圆周运动的角速度。

正确答案

见解析

解析

(1)图钉A拔掉前,轻线的拉力大小为

(2)小球沿切线方向飞出做匀速直线运动直到线环被图钉B套住,小球速度为v=ωa,匀速运动的位移

则时间

(3)v可分解为切向速度v1和法向速度v2,绳被拉紧后v2=0,小球以速度v1做匀速圆周运动,半径r=a+h

知识点

牛顿第二定律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 · 18 分

如图所示,固定的光滑平台上固定有光滑的半圆轨道,轨道半径R=0.6m。平台上静止着两个滑块A、B,mA=0.1Kg,mB=0.2Kg,两滑块间夹有少量炸药,平台右侧有一带挡板的小车,静止在光滑的水平地面上。小车质量为M=0.3Kg,车面与平台的台面等高,车面左侧粗糙部分长度为L=0.8m,动摩擦因数为μ=0.2,右侧拴接一轻质弹簧,弹簧自然长度所在处车面光滑。点燃炸药后,A滑块到达轨道最高点时对轨道的压力大小恰好等于A滑块的重力,滑块B冲上小车。两滑块都可以看作质点,炸药的质量忽略不计,爆炸的时间极短,爆炸后两个物块的速度方向在同一水平直线上,且g=10m/s2。求:


  (1)滑块在半圆轨道最低点对轨道的压力
  (2)炸药爆炸后滑块B的速度大小
  (3)滑块B滑上小车后的运动过程中弹簧的最大弹性势能

正确答案

见解析。

解析

(1)在最高点由牛顿第二定律: ……(2分)

由已知最高点压力

由机械能守恒定律:       …………(3分)

在半圆轨道最低点由牛顿第二定律:  …………(2分)

解得:              …………(1分)

由牛顿第三定律:

滑块在半圆轨道最低点对轨道的压力大小为7N,方向竖直向下 ……(1分)

(2)由动量守恒定律:                     …………(2分)

                     …………(1分)

(3)由动量守恒定律:              …………(2分)

由能量守恒定律:

          …………(3分)

知识点

牛顿第二定律向心力动量守恒定律能量守恒定律与能源
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题型: 单选题
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单选题 · 3 分

如图所示,两个水平摩擦轮A和B传动时不打滑,半径,A为主动轮,当A匀速转动时,在A轮边缘处放置的小木块恰能与A轮相对静止,若将小木块放在B轮上,为让其与轮保持相对静止,则木块离B轮转轴的最大距离为(已知同一物体在两轮上受到的最大静摩擦相等)

A

B

C

DB轮上无木块相对静止的位置

正确答案

B

解析

知识点

向心力
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题型: 单选题
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单选题 · 2 分

荡秋千是儿童喜爱的一项体育运动,当秋千荡到最高点时,小孩的加速度方向是图中的

Aa方向

Bb方向

Cc方向

Dd方向

正确答案

B

解析

知识点

力的合成与分解的运用向心力
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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青之青藤,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)大猴子水平跳离的速度最小值;

(2)猴子抓住青藤荡起时的速度大小;

(3)荡起时,青藤对猴子的拉力大小。

正确答案

见解析。

解析

(1)设猴子从A点水平跳离时速的最小值为,根据平抛运动规律,有

联立①、②式,得

(2)猴子抓住青藤后的运动过程中机械能守恒,设荡起时速为。有

(3)设拉力为,青藤的长度为L,对低位点,由牛顿第二定律得

由几何关系

得:L=10m⑧

综合⑤、⑥、⑧式并代入数据得:

知识点

平抛运动向心力机械能守恒定律
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题型: 单选题
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单选题 · 3 分

如图所示,M能在水平光滑杆上自由滑动,滑杆连架装在转盘上。M用绳跨过在圆心处的光滑滑轮与另一质量为m的物体相连,当转盘以角速度转动时,M离轴距离为r,且恰能保持稳定转动。当转盘转速增至原来的2倍,调整r使之达到新的稳定转动状态,则滑块M

A所受向心力变为原来的4倍

B线速度变为原来的

C半径r变为原来的

DM的角速度变为原来的

正确答案

B

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 · 16 分

在竖直平面内有一个粗糙的圆弧轨道,其半径R=0.4m,轨道的最低点距地面高度h=0.45m.一质量m=0.1kg的小滑块从轨道的最高点A由静止释放,到达最低点B时以一定的水平速度离开轨道,落地点C距轨道最低点的水平距离x=0.6m.空气阻力不计,g取10m/s2

求:

(1)小滑块离开轨道时的速度大小;

(2)小滑块运动到轨道最低点时,对轨道的压力大小;

(3)小滑块在轨道上运动的过程中,克服摩擦力所做的功.

正确答案

见解析。

解析

(1)小滑块离开轨道后做平抛运动,设运动时间为t,初速度为v,则

 

解得:  

(2)小滑块到达轨道最低点时,受重力和轨道对它的弹力为N,根据牛顿第二定律:    

解得:

根据牛顿第三定律,轨道受到的压力大小

(3)在滑块从轨道的最高点到最低点的过程中,根据动能定理:

 

所以小滑块克服摩擦力做功为0.2J。

知识点

牛顿第二定律向心力动能定理的应用
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