- 曲线运动
- 共20011题
如图所示,圆形玻璃平板半径为r,离水平地面的高度为h,一质量为m的小木块放置在玻璃板的边缘,随玻璃板一起绕圆心O在水平面内做匀速圆周运动。若匀速圆周运动的周期为T,木块所受摩擦力的大小为 ,缓慢增大玻璃板的转速,最后木块沿玻璃板边缘的切线方向水平飞出,落地点与通过圆心O的竖直线间的距离为s,不计空气阻力,重力加速度为g,木块落地前瞬间的动能为 。
正确答案
,
如图所示,M是水平放置的半径足够大的圆盘,绕过其圆心的竖直轴OO'匀速转动,规定经过O点且水平向右为x轴正方向。在圆心O点正上方距盘面高为h处有一个可间断滴水的容器,从t=0时刻开始容器沿水平轨道向x轴正方向做初速为零的匀加速直线运动。已知t=0时刻滴下第一滴水,以后每当前一滴水刚好落到盘面时再滴下一滴水。则:
(1)每一滴水离开容器后经过多长时间滴落到盘面上?
(2)要使每一滴水在盘面上的落点都位于同一直线上,圆盘的角速度ω应为多大?
(3)当圆盘的角速度为时,第二滴水与第三滴水在盘面上落点间的距离为s,求容器的加速度a。
正确答案
解:(1)∵离开容器后,每一滴水在竖直方向上做自由落体运动
∴每一滴水滴落到盘面上所用时间
(2)∵要使每一滴水在盘面上的落点都位于同一直线,则圆盘在t秒内转过的弧度为,k为不为零的正整数
∴
即,其中k=1,2,3……
(3)∵第二滴水离开O点的距离为 ①
第三滴水离开O点的距离为 ②
上面①②两式中: ③
又∵
即第二滴水和第三滴水分别滴落在圆盘上x轴方向及垂直x轴的方向上
∴ ④
联立①②③④可得:
如图所示,用细线吊着一个小球,使小球在水平面内做半径为的匀速圆周运动;圆周运动的水平面与悬点的距离为,与水平地面的距离为。若细线突在处断裂,求小球在地面上的落点与的水平距离。
正确答案
据报道,最近的太阳系外发现了首颗“宜居”行星,其质量约为地球质量的6.4倍。已知一个在地球表面质量为50kg的人在这个行星表面的重量约为800N,地球表面处的重力加速度为10m/s2。求:
(1)该行星的半径与地球的半径之比约为多少?
(2)若在该行星上距行星表面2m高处,以10m/s的水平初速度抛出一只小球(不计任何阻力),则小球的水平射程是多大?
正确答案
解:(1)在该行星表面处,由
由万有引力定律
故
代入数据解得
(2)由平抛运动运动的规律,有
故
代入数据解得x=5m
某人站在一个星球上以速度v1竖直上抛一物体,经t秒后物体落回手中,已知此星球的半径为R,现将该物体沿星球表面平抛出去,要使其不再落回此星球,则抛出的速度至少为多大?
正确答案
解:在竖直上抛过程中:v1=g′t/2
所以:g′=2v1/t
不再落回就是指物体围绕星球做圆周运动,所以:mg′=
即,解得:
如图所示,在光滑水平面上停着一辆平板车,其质量M = 1kg,长AB = 2m,上表面距地面高h = 0.8m,在平板车上表面中点C放一质量m = 0.2 kg的小木块(视为质点)。已知木块与平板车之间的动摩擦因数为μ= 0.5,现在车的右侧施加一个水平拉力F,认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取g = 10 m/s2。
(1)要使木块与车相对静止,求F的取值范围;
(2)若F = 8 N,求木块落地时与车左端的水平距离。
正确答案
解:(1)当m与M间达到最大静摩擦力时
F = 6 N
所以时木块相对车静止
(2)F > 6 N木块相对车滑动
t = 1s
木块离开小车时:vm = 5 m/s,vM = 7 m/s
木块离开后,木块作平抛运动,车作匀加速运动
宇航员站在某行星表面上一高处,沿水平方向抛出一个小球,经过时间t,小球落到行星表面,测得抛出点与落地点之间的距离为L,若抛出时的初速度增大为原来的2倍,抛出点与落地点之间的距离变为原来的1.5倍。已知两落地点在同一水平面内,该行星的半径为R,引力常量为G,求该行星的质量。
正确答案
解:设第一次抛出后小球水平位移为,则第二次为2
由几何关系可知 ①
②
由①②得
平抛运动竖直方向位移 ③
根据牛顿第二定律 ④
由上式联立解得
宇航员站在一星球表面上的某高处,沿水平方向抛出一小球.经过时间,小球落到星球表面,测得抛出点与落地点之间的距离为。若抛出时的初速度增大到原来的2倍,则抛出点与落地点之间的距离为。已知两落地点在同一水平面上,该星球的半径为,引力常量为求该星球的质量。
正确答案
解:如图所示,设抛出点的高度为,第一次时平抛的水平射程为,则有2+2=2 ①
由平抛运动的规律可知,当抛出的初速度增大到原来的2倍时,其水平射程应增大到2,可得(2)2+2=()2 ②
由①②解得:=设该星球表面的重力加速度为,由平抛规律可得=
2 ③
又因为=④
由③④得=
宇航员站在一星球的表面上,由距地H高处,以初速度沿水平方向抛出一个小球,小球落到星球的表面,测得水平位移为L。该星球的半径为R,万有引力常量为G,求该星球的质量M。
正确答案
一平板车的质量M=100kg,停在水平路面上,车身的平板离地面的高度h=1.25m。一质量m=50kg的物块置于车的平板上,它到车尾端的距离b=1.00m,与平板间的动摩擦因数μ=0.20,如图所示。今对平板车施一水平方向的恒力,使车向右行驶,结果物块从车板上滑落,物块刚离开车板的时刻,车向前行驶的距离s0=2.0m,不计路面与平板车间以及轮轴之间的摩擦,取g=10m/s2,求:
(1)物块没有离开平板车时物块的加速度和物块刚要离开平板车时平板车的速度;
(2)物块落地时,落地点到车尾的水平距离是多少?
正确答案
解:(1)以m为研究对象进行分析,m在车板上的水平方向只受一个摩擦力f′的作用,f=μmg,根据牛顿第二定律知:f=ma1,a1=μg=0.20×10m/s2=2m/s2
如图,m从A点运动到B点,做匀加速直线运动,sAB=s0-b=1.00m,运动到B点的速度υB为:
υBm/s=2m/s
物块在平板车上运动时间为t1=υB/a1=2/2=1s,在相同时间里平板车向前行驶的距离s0=2.0m,则有
s0=,所以平板车的加速度
m/s2
此时平板车的速度为m/s
(2)m从B处滑落时,以υB为初速度做平抛运动,落到C的水平距离为s1,下落时间为t2,如图所示:
则,
s,
m =1.0 m
对平板车M,在m未滑落之前,水平方向受二力作用,即F和物块对平板车的摩擦力f,二者方向相反,平板车加速度为a2,由牛顿第二定律得:F-f=Ma2
则有:F = Ma2+ f =100×4+0.2×50×10N =500N
当m从平板车的B点滑落以后,平板车水平方向只受F作用,而做加速度为a3的匀加速运动,由牛顿第二定律得:F=Ma3,即m/s2
在m从B滑落到C点的时间t=0.5s内,M运动距离s2为m
物块落地时,落地点到车尾的水平距离s为s=s2-s1=2.625-1m=1.625m
如图所示,长,高
,质量
的长方体木箱,在水平面上向右做直线运动。当木箱的速度
时,对木箱施加一个方向水平向左的恒力
,并同时将一个质量
的小球轻放在距木箱右端
的P点(小球可视为质点,放在P点时相对于地面的速度为零),经过一段时间,小球脱离木箱落到地面。木箱与地面的动摩擦因数为0.2,其他摩擦均不计。取
。求:
(1)小球从离开木箱开始至落到地面所用的时间;
(2)小球放上P点后,木箱向右运动的最大位移;
(3)小球离开木箱时木箱的速度。
正确答案
解:(1)小球从离开木箱开始至落到地面所用时间为t
由
得
(2)小球放到木箱后相对地面静止,木箱的加速度为
木箱向右运动的最大位移为
(3)x1小于1m,所以小球不会从木箱的左端掉下木箱
向左运动的加速度为
设木箱向左运动的距离为x2时,小球脱离木箱
设木箱向左运动的时间为t2,由得
小球刚离开木箱瞬间,木箱的速度方向向左,大小为
如图所示,长为、内壁光滑的直管与水平地面成30°角固定位置.将一质量为的小球固定在管底,用一轻质光滑细线将小球与质量为=的小物块相连,小物块悬挂于管口.现将小球释放,一段时间后,小物块落地静止不动,小球继续向上运动,通过管口的转向装置后做平抛运动,小球在转向过程中速率不变(重力加速度为)。求:
(1)小物块下落过程中的加速度大小;
(2)小球从管口抛出时的速度大小;
(3)小球在做平抛过程中的水平位移。
正确答案
解:(1)设细线中的张力为T,根据牛顿第二定律:
-=①-sin30°=②
且=解得=③
(2)设落地时的速度大小为,射出管口时速度大小为0,落地后的加速度为0。根据牛顿第二定律有:-sin30°=0 ④
又由匀变速直线运动,2=2sin30° ⑤
-2=20(1-sin30°) ⑥
解得0=⑦
(3)平抛运动
=0⑧
30°=2 ⑨
解得水平位移=⑩
如图所示,在水平方向的匀强电场中有一表面光滑、与水平面成45°角的绝缘直杆,其下端(端)距地面高度=0.8m。有一质量为500g的带电小环套在直杆上,正以某一速度沿杆匀速下滑。小环离杆后正好通过端的正下方点处。(取10m/s2)求:
(1)小环离开直杆后运动的加速度大小和方向。
(2)小环从运动到过程中的动能增量。
(3)小环在直杆上匀速运动速度的大小0。
正确答案
解:(1)小环沿杆匀速下滑,受力分析如图所示
小环共受3个力,由图可知=小环离开直杆后,只受重力和电场力,合===
=10m/s2,方向垂直于杆向下
(2)设小环从运动到的过程中动能的增量为
△k=重+电其中重==4J,电=0,所以△k=4J
(3)环离开杆做类平抛运动:
平行杆方向匀速运动:=0垂直杆方向匀加速运动:
=
2
解得0=2m/s
如图所示,一质量为m=1kg的小滑块从半径为R=0.8m的光滑圆弧轨道顶端静止释放。到达圆弧轨道底端时恰好滑上上表面与圆弧轨道底端相切的木板,木板的质量M=1kg。开始静置在水平地面上,小滑块滑上木板后,木板开始向右滑动,最终小滑块以vm=2m/s的水平速度飞离木板。己知木板高h=0.8m,小滑块与木板间的动摩擦因数为μ1=0.4,木板与水平地面间的动摩擦因数为μ2=0.1,g取10m/s2。求:
(1)小滑块滑至圆弧轨道最底端时,圆弧轨道对小滑块的弹力大小;
(2)小滑块飞离木板时木板的速度大小;
(3)小滑块从滑上木板到落至水平地面的过程中,小滑块在水平方向上移动的距离。
正确答案
解:(1)小滑块在圆弧轨道运动过程中,由机械能守恒可知:
①
得:v0=4m/s ②
当小滑块滑至圆弧轨道底端瞬间,由牛顿第二定律可知:
③
得:FN=30N ④
(2)小滑块滑上木板后,由牛顿第二定律可知:
=4m/s2 ⑤
=2m/s2 ⑥
又:vm=v0-amt ⑦
vM=aMt ⑧
由⑤⑥⑦⑧得:t=0.5s ⑨,vM=1m/s ⑩
(3)小滑块水平飞离木板后:
=0.4s
又:sm=
小滑块从滑上木板到落地的过程中,小滑块在水平方向移动的距离
=2.3m
如图所示,长为L、内壁光滑的直管与水平地面成30°角固定放置,将一质量为m的小球固定在管底,用一轻质光滑细线将小球与质量为M=km的小物块相连,小物块悬挂于管口,现将小球释放,一段时间后,小物块落地静止不动,小球继续向上运动,通过管口的转向装置后做平抛运动,小球在转向过程中速率不变。(重力加速度为g)
(1)求小物块下落过程中的加速度大小;
(2)求小球从管口抛出时的速度大小;
(3)试证明小球平抛运动的水平位移总小于
正确答案
解:
(1)设细线中的张力为T,根据牛顿第二定律,有:
Mg-T=Ma,T-mgsin30°=ma
且M=km
解得:
(2)设M落地时的速度大小为v,m射出管口时速度大小为v0,M 落地后m的加速度为a0。根据牛顿第二定律有:-mgsin30°=ma0匀变速直线运动,有:v2=2aLsin30°,
解得:
(3)平抛运动x=v0t,
解得
则,得证
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