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简答题

(18分)在光滑水平地面上放有一质量为M带光滑弧形槽的小车,一个质量为m的小铁块以速度V0沿水平槽口滑去,如图所示,求:

(1)铁块能滑至弧形槽内的最大高度;(设m不会从左端滑离M)

(2)小车的最大速度;

(3)若M=m,则铁块从右端脱离小车后将作什么运动?

正确答案

(1)   (2)       (3)做自由落体运动

试题分析:(1)铁块滑至最高处时,有共同速度V,由动量守恒定律得: ①

由能量守恒定律得:  ②

由①②解得:

(2)铁块从小车右端滑离小车时,小车的速度最大为,此时铁块速度为

由动量守恒定律得:      ③

由能量守恒定律得:    ④

联立③④解得:

(3)由③④解得:        ⑤

由已知当M=m时,由⑤得:

又因铁块滑离小车后只受重力,所以做自由落体运动.

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简答题

如图所示,在光滑水平面上放着一个质量的木块(可视为质点),在木块正上方1m处有一固定的悬点O,在悬点O和木块之间用一根长2m、不可伸长的轻绳连接。有一颗质量m=0.1kg的子弹以80m/s的速度射入木块并留在其中,之后木块绕O点在竖直平面内做圆周运动。

求:(1)木块以多大速度脱离水平地面?(2)当木块到达最高点时它对轻绳的拉力

正确答案

(1)10m/s     (2)4N

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简答题

(20分) 对于两物体碰撞前后速度在同一直线上,且无机械能损失的碰撞过程,可简化为如下模型:两物体位于光滑水平面上,仅限于沿一直线运动,当它们之间距离大于某一定值d时,相互作用力为零,当它们之间的距离小于d时,存在大小恒为F的斥力

设物体A的质量m1="1.0kg," 开始静止在直线上某点,物体B的质量m2=3.0kg,以速度V0从远处沿直线向A运动,如图所示,若d="0.10m," F="0.60N," V0=0.20m/s,求:

相互作用过程中A、B 的加速度大小

从开始相互作用到A、B间距离最小时,系统(物体组)动能减少量

A、B间的最小距离

正确答案

解:( 1 ) 当两者距离小于d时,有恒力作用,由牛顿第二定律得:

对A:     对B:

(2)两者速度相等时,距离最近,由动量守恒定律:

有:

(3)有能的转换关系:

有:

即:

所以

分析:(1)已知两球受到的力及各自质量,由牛顿第二定律可直接求得两球的加速度;

(2)由运动过程可知,当两球相距最近时,两速的速度相等,由动量守恒可求得此时的共同速度,即可求得动能的变化量;

(3)从开始到相距最近,两球均做匀变速直线运动,由速度关系可求得两球运动的时间,即可分别求得两球的位移,则可得出两球相距的最小值.

解答:解:(1)由F=ma可得:

A的加速度为:a1= F/m1=0.60m/s2

B的加速度为:a2= F/ m2=0.20m/s2

A、B的加速度分别为0.60m/s2,0.20m/s2

(2)两者速度相同时,距离最近,由动量守恒得:m2v0=(m1+m2)v

解得共同速度v= m2v0/(m1+m2) =0.15m/s

则动能的变化量:

即动能的变化量为0.015J;

(3)根据匀变速直线运动规律得

A的速度:v1=a1t

B的速度:v2=v0-a2t

因v1=v2,解得:

t=0.25s

则A的位移s1= a1t2/2

B的位移s2=v0t- a2t2/2

两物体的距离为△s=s1+d-s2

将t=0.25s代入,解得A、B间的最小距离△smin=0.075m

A、B间的最小距离为0.075m.

点评:本题属弹簧连接体模型的变型题,这种模型两物体之间有相互作用,但不受其它外力,满足动量守恒,从能量的观点看,系统的动能与势能相互转化,并且当两物体速度相等时,势能达到最大,动能损耗最多;不过本题简化成了物体做匀变速运动,同时也考查了动力学的相关知识,是道好题.

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简答题

如图所示,平放在水平面上的轻质弹簧的一端固定在竖直墙上,质量为m1的光滑弧形槽静止在光滑水平面上,底部与水平面平滑连接。一个质量为m2的小球从槽h高处由静止开始下滑,要使小球能与弧形槽发生第二次作用,m1、m2应满足怎样的条件

正确答案

设弧形槽与小球第一次分离后的速度大小分别为

弧形槽和小球在水平方向满足动量守恒……………………………………(3分)

小球与弹簧发生作用后以原速率返回,要使小球和弧形槽发生第二次作用

则满足………………………………………………………………………………(2分)

所以弧形槽和小球的质量应满足…………………………………………………(1分)

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简答题

在水平固定的杆(杆足够长)上,套有一个质量为M=2m的环,一根长为L的细绳,一端栓在环上,另一端系住一质量为m的小球,现将环和球拉至细绳刚好被拉直,且与水平方向成30°角的位置,然后将它们由静止同时释放,如图所示.若不计一切摩擦和空气阻力,试求

(1)在以后的运动过程中,环的最大速度值,

(2)当环具有最大速度时横杆对环的作用力.

正确答案

(1)  ,方向向右   (2)

小球和小环无初速释放后,由于没有任何阻力,只受重力和弹力作用,故小球和小环组成的系统机械能守恒.又由于横杆光滑,当小球运动至最低点时,系统水平方向动量守恒,且小环具有最大速度值.

(1)设向右为正方向,小球的速度为,向左,环的速度为,向右.

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简答题

如图,长为 L 的光滑平台固定在水平地面上,平台中央有两小物体 A 和 B,彼此紧靠在一起,A 的上表面有一半径为 R、顶端距台面高 h 的光滑半圆 槽(R<<L),槽顶有一小物体 C,A、B、C 三者质量均为 m.现使物体 C 由静止沿槽下滑,运动过程中 C 始终与圆槽接触.

求: (1) A 和 B 刚分离时 B 的速度有多大?

(2) A 和 B 分离后,C 能达到距平台的最大高度?

正确答案

(1)      (2)

(1) C 滑至槽底时,C 对 A 的作用力的水平分力为零(此时就是 A、B 即将分离的时刻)此时A、B有共同的水平向右的速度(V)C有向左的水平速度(

(2)设C上滑到最高点距平台高H,此时A、C的共同速度为u,由A、B、C组成的系统的动量守恒和机械能守恒,得到:

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如图所示,质量M=0.99kg的木块静止在光滑水平面上,质量m=10g的子弹以水平速度=800m/s射入木块后留在木块中,当木块与前方距离较远的竖直墙碰后,以4m/s的速度反弹回,木块与墙的作用时间为0.1s

求:(1)木块对墙的平均冲力的大小

(2)整个过程中损失的机械能

正确答案

(1)120N        (2)3192J

(1)以的方向为正方向,设子弹射入木块后的速度为,子弹与木块系统在相互作用过程中动量守恒。

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简答题

(10分)如图所示,在光滑水平面上有一块长为L的木板B,其上表面粗糙.在其左端有一个光滑的圆弧槽C与长木板接触但不连接,圆弧槽的下端与木板的上表面相平,B、C静止在水平面上.现有可视为质点的滑块A以初速度v0从右端滑上B并以的速度滑离B,恰好能到达C的最高点.A、B、C的质量均为m,

试求:① 木板B上表面的动摩擦因数μ. 

②1/4圆弧槽C的半径R. 

正确答案

①   ②

试题分析: 由于水平面光滑,A与B、C组成的系统动量守恒和能量守恒,有:

联立①②解得:

②当A滑上C,B与C分离,A、C间发生相互作用.A到达最高点时两者的速度相等.A、C组成的系统水平方向动量守恒和系统机械能守恒:

  

 ④  

联立①③④解得:.

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简答题

在如图所示的光滑水平面上,小明站在静止的小车上用力向右推静止的木箱,木箱最终以速度v向右匀速运动.已知木箱的质量为m,人与车的质量为2m,木箱运动一段时间后与竖直墙壁发生弹性碰撞,反弹回来后被小明接住.

求:

①推出木箱后小明和小车一起运动的速度v1的大小;

②小明接住木箱后三者一起运动的速度v2的大小.

正确答案

试题分析:①取向左为正方向,由动量守恒定律有

0=2mv1- mv(2分)

(1分)

②小明接木箱的过程中动量守恒,有(2分)

解得(1分)

点评:本题难度较小,首先应确定正方向,明确初末位置和研究对象,判断动量是否守恒

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简答题

如图所示,质量为M=10kg的小车静止在光滑的水平地面上,其AB部分为半径R=0.5m的光滑圆孤,BC部分水平粗糙,BC长为L=2m。一可看做质点的小物块从A点由静止释放,滑到C点刚好停止。已知小物块质量m=6kg,g取10m/s2

求:①小物块与小车BC部分间的动摩擦因数;

②小物块从A滑到C的过程中,小车获得的最大速度.

正确答案

①0.25 ②1.5m/s

试题分析:①m滑至C,m、M均静止

mgR=mgL

②滑至B位置车速最大

由水平方向动量守恒:Mv=mv            (1)

由动能关系:           (2)

解得:

点评:动量守恒的题一般都与机械能有关,解题时也经常列出动量守恒表达式和机械能守恒表达式。

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