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简答题

(10分)质量为2.0kg、长为1.0m、高为0.5m的木箱M放在水平地面上,其上表面是光滑的,下表面与水平地面间的动摩擦因数是0.25。在木箱的上表面的右边沿放一个质量为1.2kg的小金属块m(可以看成质点),如图所示,用一个大小为9.0N的水平恒力F使木箱向右运动,经过3s撤去恒力F,木箱最后停在水平地面上,求木箱停止后,小金属块的落地点距木箱左边沿的水平距离。(g取10米/秒2

正确答案

3.8m

(1)木箱在水平恒力和滑动摩擦力f1的作用下,由静止开始做匀加速直线运动,加速度为a1,金属块在光滑木箱上表面处于静止,直到木箱向前前进1 m后,金属块滑落,做自由落体运动,竖直落到地面。滑动摩擦力f1=μ(M+m)g=" 8" N 

由牛顿运动定律得:a1=(F—f1)/M =0.5m/s2 

木箱滑行1m,历时 t1==2s 

抛出到落地,用时为t,由平抛运动的规律有tan45°=vy/v0金属块滑落后,木箱在水平恒力和滑动摩擦力f2的作用下,做匀加速直线运动1s,加速度为a2,滑动摩擦力f2=μMg=" 5" N  

由牛顿运动定律得:a2=(F—f2)/M =2m/s2 

2s末木箱的速度为v1=a1t1=1m/s  

第3s内的位移s2=v1t2+=2m 

3s末木箱的速度为v2= v1+a2t2 =3m./s 

撤去力F后,木箱做匀减速运动直至停止,减速运动的加速度a3= —μg =—2.5 m/s2

此过程的位移S3=  =1.8m  

因此木箱停止后,小金属块落地点距木箱左边沿的水平距离 S=S2=S3=3.8m

本题考查牛顿第二定律和运动学结合问题,首先分别以两个物体为研究对象进行受力分析,求得两个物体的加速度,判断出物块水平方向不受外力,处于静止状态,求得物体滑行1m时所用时间,当大物体静止时,物块向右做平抛运动,根据平抛运动的规律求得运动时间和水平位移,再由相对运动知识求解

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简答题

如图所示,质量为80 kg的物体放在安装在小车上的水平磅秤上,小车沿斜面无摩擦地向下运动,现观察到物体在磅秤上读数只有600 N,则斜面的倾角θ为多少?物体对磅秤的静摩擦力为多少?(g取10 m/s2)

正确答案

30°  346 N

取小车、物块、磅秤这个整体为研究对象,受总重力M、斜面的支持力FN,由牛顿第二定律得,Mgsinθ=Ma,所以a=gsinθ,取物体为研究对象,受力情况如图所示:

将加速度a沿水平方向和竖直方向分解,则有:

F=macosθ=mgsinθcosθ①

mg-FN=masinθ=mgsin2θ②

由式②得:FN=mg-mgsin2θ=mgcos2θ,则cosθ=代入数据得,θ=30°

由式①得,F=mgsinθcosθ代入数据得F="346" N.

根据牛顿第三定律,物体对磅秤的静摩擦力为346 N.

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简答题

(15分)质量为m的物体,放在倾角为300的斜面上,恰能匀速下滑。在大小为F的水平向右的恒力作用下,沿斜面匀速向上滑行,如图所示。当斜面倾角增大并超过某一值时,不论水平恒力F多大,都不能使物体沿斜面向上滑行,试求这一临界角的大小?

正确答案

(15分)

“恰中能匀速下滑”: ----------(2分) 

(3分)

设斜面倾角为,由匀速直线运动的条件

解得:

即“不论水平恒力F多大,都不能使物体沿斜面向上滑行”

此时

本题考查的是对物体的受力分析,列平衡方程,解题的问题。“恰中能匀速下滑”则可知

解出,列状态方程,即可求出此题。

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简答题

下图是某游乐场的一种过山车的简化图,过山车由倾角为的斜面和半径为R的光滑圆环组成。假设小球从A处由静止释放,沿着动摩擦因数为的斜面运动到B点(B为斜面与圆环的切点),而后沿光滑圆环内侧运动,若小球刚好能通过圆环的最高点C。 (重力加速度为g)  

求: (1)小球沿斜面下滑的加速度的大小

(2)小球经过圆环最低点D时轨道对球的支持力大小

(3)AB之间的距离为多大

正确答案

(1)(2)N=6mg(3)

(1)由牛顿第二定律得

……………………………………………………………(2分)

解得……………………………………………………………(2分)

(2) 小球在最高点时由牛顿第二定律得    ………(2分)

小球在最低点时由牛顿第二定律得     N-………(1分)

小球由D点到最高点C的过程中机械能守恒

…………………………………………………(2分)

由以上各式解得N=6mg……………………………………………(1分)

(3)设设AB间的距离为L,小球沿斜面由A到B过程根据动能定理得

………………………………………………………(2分)

小球由B点到最高点C的过程由机械能守恒

………………………………………………………………(1分)

……………………………………………………………………(1分)

由以上各式解得……………………………………………(1分)

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简答题

如图所示,质量为m=10kg的两个完全相同的物块A、B(之间用轻绳水平相连)放在水平地面上,在与水平方向成θ=37°角斜向上、大小为100N的拉力F作用下,以大小为v0=4.0m/s的速度向右做匀速直线运动,求剪断轻绳后物块A沿水平面滑行的距离。

正确答案

1.4m

将AB看做一个整体,则其受力如图所示

根据平衡条件有

Fsinθ+N=(mA+mB)g       ①

Fcosθ=f                   

又因为f ="μN               " ③

由①②③代入数据解得:μ=4/7

剪断轻绳后,隔离物体A 其受力如图:

根据牛顿第二定律得:

fA= mAa     

又:fA= μmAg       

所以:

根据运动学公式:v2=2ax

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简答题

如图所示质量为M=0.1kg,厚度均匀的长方形木板,其长=40cm,宽为L2=30cm,现将沿其对角线BD锯开,再拼在一起,放在光滑的水平面上,当用大小为F=5.0N,方向沿水平方向垂直推长边时,恰能使整个木板沿水平方向以最大的加速度运动,问:若将此木板放在动摩擦因数为0.1的粗糙水平面上时,水平力垂直作用在上,能使整个木板水平运动的最大加速度的大小为多少?这个水平力的大小又是多少?

正确答案

4m/s2    ;   5N

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简答题

如图所示,质量M=4kg的平板小车停在光滑水平面上,车上表面高h1=1.6m.水平面右边的台阶高h2=0.8m,台阶宽l=0.7m,台阶右端B恰好与半径r=5cm的光滑圆弧轨道连接,B和圆心O的连线与竖直方向夹角θ=53°,在平板小车的A处,质量m1=2kg的甲物体和质量m2=1kg的乙物体紧靠在一起,中间放有少量炸药(甲、乙两物体都可以看作质点).小车上A点左侧表面光滑,右侧粗糙且动摩擦因数为μ=0.2.现点燃炸药,炸药爆炸后两物体瞬间分开,甲物体获得水平初速度5m/s向右运动,离开平板车后恰能从光滑圆弧轨道的左端B点沿切线进入圆弧轨道.已知车与台阶相碰后不再运动(g取10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6).求:

(1)炸药爆炸使两物块增加的机械能E;

(2)物块在圆弧轨道最低点C处对轨道的压力F;

(3)平板车上表面的长度L和平板车运动位移s的大小.

正确答案

(1)75J   (2)46N方向竖直向下  (3)1m

试题分析:(1)甲、乙物体在爆炸瞬间动量守恒:

(2)甲物体平抛到B点时,水平方向速度为,竖直分速度为:

合速度为:

物体从B到C过程中:

由牛顿第三定律可知:,方向竖直向下。

(3)甲物体平抛运动时间:

平抛水平位移:

甲物体在车上运动时的加速度为:

甲物体在车上运动时间为:

甲物体的对地位移:

甲物体在车上运动时,车的加速度为:

甲离开车时,车对地的位移:

车长为:

车的位移为:

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简答题

如图所示,半径为R的光滑圆形轨道在B点与水平轨道AB相切,水平轨道AB在A点与光滑弧形轨道CA相切,轨道CA、AB与圆形轨道都在同一竖直平面内.现让一质量为m的滑块(可视为质点)从弧形轨道上高为h处由静止释放.设滑块与AB轨道的动摩擦因数为μ,AB轨道的长度为x0.为使滑块在进入圆形轨道后能够不脱离轨道而运动,滑块释放的高度h应满足什么条件?(假设B处的缺口不影响滑块进入圆轨道和在圆轨道的上运动)

正确答案

滑块不脱离轨道的条件是:或者

试题分析:滑块不脱离轨道有两种情况,第一是滑块进入圆形轨道后上升的最大高度不超过圆形轨道的半径R;第二种是滑块能通过轨道的轨道的最高点,由功能原理可得:

① 

若滑块恰能通过圆形轨道的最高点,则:③,由①式解得:④;联立②③可得:⑤;即滑块不脱离轨道的条件是:或者

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简答题

质量为10 kg的物体A原来静止在水平面上,当受到水平拉力F作用后,开始沿直线做匀加速运动.设物体在时刻t的位移为x,且x=2t2,求:

(1)物体所受的合外力;

(2)第4秒末物体的瞬时速度;

(3)若第4秒末撤去力F,物体再经过10 s停止运动,物体与水平面间的动摩擦因数μ.

正确答案

(1)40 N  (2)16  m/s  (3)0.16 m/s2

(1)由x=yat2,x=2t2可推出a="4" m/s2.

F="ma=10×4=40" N.

(2)vt="at=4×4=16" m/s.

(3)撤去F后,物体仅在摩擦力作用下做匀减速运动,其加速度大小为a′=1.6 m/s2.

由ma′=mμg得μ=0.16.

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简答题

如图所示是长度为L=8.0m水平传送带,其皮带轮的直径为d=0.40m,传送带上部距地面的高度为h=0.80m。一个旅行包(视为质点)以v0=10m/s的初速度从左端滑上传送带。旅行包与皮带间的动摩擦因数μ=0.60。g取10m/s2。求:

(1)若传送带静止,旅行包滑到B端时,若没有人取包,旅行包将从B端滑落到地面上,则包的落地点距B端的水平距离为多少?

(2)当皮带轮顺时针匀速转动,其角速度为ω0="20" rad/s时,求旅行包在皮带上运动的时间与旅行包落地时的速度;

(3)设皮带轮以不同的角速度顺时针匀速转动,画出旅行包落地点距B端的水平距离s随角速度ω变化的图象(ω的取值范围从0到100 rad/s)。

正确答案

(1) 10rad/s(2) (3)见解析

(1)当传送带静止时,物体滑上传送带后一直匀减速运动,由vt2-v02=2aL可得:

物体滑到B端时速度:v1==m/s=2m/s

这种情况下物体平抛的距离为:s1= v1t= v1=2×m=0.8m

这种情况对应的传送带的角速度为ω1==rad/s=10rad/s

(2)

     

(3) ①当传送带顺时针转动角速度比较小时,物体滑上传送带后可能一直匀减速运动,这种情况对应的传送带的角速度为ω1==rad/s=10rad/s

,s1= v1t= v1=2×m=0.8m

②若传送带角速度大到一定程度时,在AB间物体有可能一直匀加速运动,

此时到B端的速度v2==m/s=14m/s,

这种情况下物体平抛的距离为:s2= v2t=14×0.4m=5.6m   ω2==rad/s=70rad/s

,s2= v2t=14×0.4m=5.6m

③当传送带的角速度大于ω1但小于ω2时,物体滑上传送带后相对传送带滑动一段距离后

在AB中间某位置与传送带保持相对静止。

当传送带速度为10m/s时,ω3==rad/s=50rad/s

(a)即,物体先匀减速直线运动再匀速运动

(b)时,物体一直匀速运动

(c)即,物体先匀加速直线运动再匀速运动

这种情况下物体到B端的速度为:v4=ωR,此时从B端平抛的距离为s4= v4t=ωRt=0.2ω×0.4

=0.08ω    s4与角速度成正比。

综上可得:S-ω图线如图所示  

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简答题

(14分)如图歼-15舰载机成功着陆“辽宁号”航母。若歼-15飞机以v0=50m/s的水平速度着陆甲板所受其它水平阻力(包括空气和摩擦阻力)恒为1×105N,歼-15飞机总质量m=2.0×104kg。设歼-15在起、降训练中航母始终静止,取g=10m/s2

(1)飞机着舰后,若仅受水平阻力作用,航母甲板至少多长才能保证飞机不滑到海里?

(2)在阻拦索的作用下,飞机匀减速滑行50m停下,求阻拦索的作用力大小。

(3)“辽宁号”航母飞行甲板水平,但前端上翘,水平部分与上翘部分平滑连接,连接处D点可看作圆弧上的一点,圆弧半径为R=100m,飞机起飞时速度大容易升空,但也并非越大越好。已知飞机起落架能承受的最大作用力为飞机自重的11倍,求飞机安全起飞经过圆弧处D点的最大速度?

正确答案

(1)250m(2)4×105 N (3)100m/s

试题分析:(1)根据牛顿第二定律,f=ma,可得a=105N/2.0×104 kg ="5" m/s2

故s= v2/ 2a=250m  -

由匀减速可知

  

F + f = ma,F=4×105 N   

由牛顿第二定律的方程得

 

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简答题

真空中存在空间范围足够大的水平向右的匀强电场。在电场中,若将一个质量为m=0.1kg、带正电的小球由静止释放,运动中小球速度与竖直方向夹角为37°。现将该小球从电场中某点以初速度v0=10m/s竖直向上抛出,(取sin37°=0.6,cos37°="0.8" ,g=10m/s2)求运动过程中:

(1)小球受到的电场力的大小及方向;

(2)小球从抛出点至最高点的过程中水平位移为多大?

(3)小球从抛出点至最高点的过程中电势能的变化量。

正确答案

(1)0.75N; 方向:水平向右;(2)3.75m;(3)2.81J

试题分析: (1)由题意,电场力:大小qE=mgtan37°=0.75(N)

方向:水平向右

(2)小球沿竖直方向做匀减速运动,速度为vy

vy=v0-gt 小球上升到最高点的时间t==1s 

小球沿水平方向做初速度为0的匀加速运动,加速度为a,则有:

=7.5m/s2

此过程小球沿电场方向位移为:x==3.75m 

(3)电场力做功 W=qEx=2.81J

故小球上升到最高点的过程中,电势能减少2.81J.

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简答题

(14分)光滑水平桌面上有一轻弹簧,用质量m=0.4 kg的小物块将弹簧缓慢压缩,释放后物块从A点水平抛出, 恰好由P点沿切线进入光滑圆弧轨道MNP,已知其圆弧轨道为半径R=0.8 m的圆环剪去了左上角135°的圆弧,P点到桌面的竖直距离也是R,MN为竖直直径,g=10 m/s2,不计空气阻力。求:

(1)物块离开弹簧时的速度大小;

(2)物块在N点对圆弧轨道的压力.(结果可用根式表示)

正确答案

(1)4m/s   (2)28+4N

试题分析:(1)物块由A点以初速度vA做平抛运动,

落到P点时其竖直速度为vy, 由几何知识可知vA=Vy    解得vA=4 m/s

(2)A到N点,由动能定理有 mg[R+(R-Rcos45°)]=-

在N点有:F-mg =

解得F=28+4N

由牛顿第三定律可知,物体对轨道的压力大小等于F,方向竖直向下。

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简答题

如图,质量m=2.5kg的物体A,在水平推力F的作用下,恰能沿倾角为θ=37°的斜面匀速上滑,g取10m/s2。(sin37°=0.6,cos37°=0.8)

(1)若A与斜面间动摩擦数为μ=0.5,求F。

(2)若斜面是光滑的,推力F=15N,方向为平行斜面向上,为使A在斜面上运动的加速度大小小于1m/s2,求倾角的正弦值sinθ的范围。

正确答案

(1)50N;  (2)0.5

试题分析:(1) 物体m受力如图,把F,mg沿斜面和垂直斜面进行分解.

沿斜面方向受力平衡得:f+mgsinθ=Fcosθ

在垂直斜面方向受力平衡得:FN=mgcosθ+Fsinθ

由滑动摩擦力公式:f=μFN

综合上述,代入数值得:F=50N

(2)沿斜面方向合力F="F-" mgsinθ=ma

A在斜面上运动的加速度大小小于1m/s2故 -1m/s22

代入数值得:0.5

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简答题

如图,车厢内壁挂着一个光滑小球,球的质量为2kg,悬线与厢壁成30°(g取10m/s2)。

(1)当小车以m/s2的加速度沿水平方向向左加速运动时,绳子对小球的拉力T与小球对厢壁的压力N各等于多少?

(2)要使小球对厢壁的压力为零,小车的加速度至少要多大?方向如何?

正确答案

FT=N  FN= N   (2)a2=  m/s2向左

试题分析: 1)对小球受力分析:

竖直方向:FTcos30°=mg     ①

水平方向:Tsin30°-FN=ma1   ②

由①②联立解得:FT=N; FN= N

(2)当N=0时;由②式得:Tsin30°=ma2     

由①③联立解: a2= m/s2  方向向左。

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