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题型:简答题
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简答题

如图所示,一对杂技演员(都视为质点)乘秋千(秋千绳处于水平位置)从A点由静止出发绕O点下摆,当摆到最低点B时,女演员在极短时间内将男演员沿水平方向推出,然后自己刚好能回到高处A。求男演员落地点C与O点的水平距离x。已知男演员质量m1和女演员质量m2之比,秋千的质量不计,秋千的摆长为R,C点比O点低5R。

正确答案

解:设分离前男女演员在秋千最低点B的速度为v0,由机械能守恒定律有

 

设刚分离时男演员速度的大小为v1,方向与v0相同;女演员速度的大小为v2,方向与v0相反,由动量守恒定律有

(m1+m2)v0=m1v1-m2v2分离后,男演员做平抛运动,设男演员从被推出到落在C点所需的时间为t,根据题给条件,由运动学规律得4R=

根据题给条件,女演员刚好回到以A点,由机械能守恒定律得

已知m1=2m2,由以上各式可得x=8R

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简答题

如图所示,以A、B和C、D为端点的两半圆形光滑轨道固定于竖直平面内,一滑板静止在光滑水平面上,左端紧靠B点,上表面所在平面与两半圆分别相切于B、C。一物块被轻放在水平匀速运动的传送带上E点,运动到A时刚好与传送带速度相同,然后经A沿半圆轨道滑下,再经B滑上滑板.滑板运动到C时被牢固粘连。物块可视为质点,质量为m,滑板质量M=2m,两半圆半径均为R,板长ι=6.5R,板右端到C的距离L在R

(1) 求物块滑到B点的速度大小;

(2) 试讨论物块从滑上滑板到离开滑板右端的过程中,克服摩擦力做的功Wf与L的关系,并判断物块能否滑到CD轨道的中点。

正确答案

解:(1)物块从E 点运动到B 点的过程中,只有皮带对物块的摩擦力和重力两个力做功,对该过程应用动能定理得:

(2)物块m和木板M在相互作用的过程中动量守恒,设两者可以达到共同速度,设为V1,该过程中木板运动的位移为X1,两者的相对位移为x。

由动量守恒定律得:

所以

由能量守恒定律得:

对木板应用动能定理得:

时,到达C点的整个过程中始终存在滑动摩擦力,所以克服摩擦力做功为:

时,物块和木板可以达到相同的速度,此后直到木板碰到C点这一过程中,物块和木板之间是没有摩擦力的,该阶段摩擦力不做功。故这种情况下克服摩擦力做功为:,与L无关。

综合两种情况可知,当L=R时,物块克服摩擦力做功最小,这个过程中物块到达C点的速度最大,对这个过程有:滑上CD轨道后,

设上升的最大高度为h,由机械能守恒定律得:

可见物块滑不到CD轨道的中点。

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简答题

水平放置的轻弹簧左端固定,小物块P(可视为质点)置于水平桌面的A点并与弹簧的右端接触但不相连,此时弹簧处于原长,现用力缓慢地向左水平推P至B点(弹簧仍在弹性限度内),推力做的功是6 J,撤去推力后,P沿桌面滑到一辆停在光滑水面地面、紧靠水平桌边缘的平板小车Q上,小车的上表面与桌面在同一水平面上,已知P的质量为m=1 kg,Q的质量为M=4 kg,A、B间距L1=20 cm,A离桌边沿C的距离L2=60 cm,P与桌面间的动摩擦因数为μ1=0.4,g=10 m/s2,物块P滑出小车Q时的速度v1=0.8 m/s,小车Q长L3=50 cm。求:

(1)小物块P在桌边沿C的速度大小vC=?

(2)小物块P与小车Q上表面间的动摩擦因数μ2=?

(3)小物块P在小车上表面上运动的过程中,小车通过的距离?

正确答案

解:(1)滑块在从A到B、B到A、A到C的整个过程中,设弹簧做功为W1,外力做功为W2,摩擦力做功为W3,则

W1=0

W2=6J

W3= -μ1mg(L1+L1+L2)= -4 J

根据功能关系有:W1+W2+W3=mv-0

解得vC=2 m/s

(2)设物块滑出小车后小车的速度为v2,根据动量守恒定律mvC=mv1+Mv2

解得v2=0.3m/s

由能量守恒得

解得μ2=0.3

(3)设小车的加速度为a,通过的距离为l,则m/s2

=2aL,得m

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简答题

冰壶比赛是在水平冰面上进行的体育项目,由于它的形状像水壶而得名,如图所示。冰壶比赛自1998年被列入冬奥会之后,就成为了越来越普遍的运动项目之一。2010年2月27日在第21届冬奥会上,中国女子冰壶队首次参加冬奥会,获得了铜牌,取得了这个项目的零的突破,令世人瞩目。

冰壶比赛的场地如图甲所示。冰道的左端有一个发球区,运动员在发球区边沿的投掷线MN将冰壶以一定的初速度掷出,使冰壶沿着冰道的中心线PO滑行,冰道的右端有一圆形的营垒。以场地上冰壶最终静止时距离营垒圆心O的远近决定胜负。比赛时,为使冰壶滑行得更远,运动员可以用毛刷擦冰壶运行前方的冰面,使冰壶与冰面间的动摩擦因数减小。当对手的冰壶停止在营垒内时,可以用掷出的冰壶与对手的冰壶撞击,使对手的冰壶滑出营垒区。已知冰壶的质量为20kg,营垒的半径为1.8m。设冰壶与冰面间的动摩擦因数μ1=0.008,用毛刷擦冰面后动摩擦因数减小至μ2=0.004。在某次比赛中,若冰壶在发球区受到运动员沿中心线方向推力作用的时间t=10s,使冰壶A在投掷线中点处以v0=2.0m/s的速度沿中心线PO滑出。设冰壶之间的碰撞时间极短,且无机械能损失,不计冰壶自身的大小,g取10m/s2

(1)冰壶在发球区受到运动员沿中心线方向作用的冲量大小为多少?

(2)若不用毛刷擦冰面,则冰壶停止的位置距离营垒圆心O点多远?

(3)如果在中心线PO上已经静止着一个冰壶B,如图乙所示,冰壶B距圆心O的距离为0.9m,若要使冰壶A能够沿中心线PO将B撞出营垒区,则运动员用毛刷擦冰面的长度至少为多少?

    

正确答案

解:(1)设推力对冰壶的冲量大小为I,则根据动量定理

 

代入数值解得I=56 N·s

(2)根据动能定理=μ1mgs

s==25m

冰壶停止的位置距离营垒圆心的距离x=30m-25m=5.0m

(3)冰壶A与冰壶B碰撞的过程中,设冰壶A碰撞前的速度为vA,碰撞后的速度为vA′,冰壶B碰撞后的速度为vB′,根据动量守恒定律和动能的关系,有

mvA=mvA′+mvB

+

解得=0,=vA 即冰壶A与冰壶B碰撞后二者的速度相互交换。因此可以将整个过程看成为冰壶A一直沿直线PO运动到营垒区外的过程,运动的总位移为s'=31.8m

根据动能定理,设将冰壶B恰好撞出营垒区外,运动员用毛刷擦冰面的长度为L,则

代入数值解得L=13.6 m

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简答题

如图所示,粗糙斜面与光滑水平面通过半径可忽略的光滑小圆弧平滑连接,斜面倾角,A是质量为m=1kg的小滑块(可看作质点),B的质量为M=2kg,C为左端附有胶泥的质量不计的薄板,D为两端分别连接B和C的轻质弹簧。当滑块A置于斜面上且受到大小F=4N,方向垂直斜面向下的恒力作用时,恰能向下匀速运动。现撤去F,让滑块A从斜面上距斜面底端L=1m处由静止下滑;求:(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)

(1)求滑块A到达斜面底端时速度大小。

(2)滑块A与C接触后粘连在一起,求此后两滑块和弹簧构成的系统在相互作用过程中,弹簧的最大弹性势能。 

(3)从滑块A与C接触后粘连在一起开始计时,当弹簧再次出现原长时A和B的速度的大小和方向。

正确答案

解:(1)施加恒力F时,

未施加力F时,

代入数据,得

(2)滑块A与C接触后,A、B、C、D组成系统动量守恒,能量守恒,所以当A、B具有共同速度时,系统动能最小,弹簧弹性势能最大,设为Ep

代入数据,得Ep=J

(3)设再次出现原长时A、B的速度分别为v3、v4,根据动量守恒和能量守恒得:

代入数据,得,即A的速度与原方向相反,B的速度方向与A的原方向相同

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