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简答题

如图所示的“S”字形玩具轨道,该轨道是用内壁光滑的薄壁细圆管弯成,固定在竖直平面内,轨道弯曲部分是由两个半径相等半圆连接而成,圆半径比细管内径大得多,轨道底端与水平地面相切,弹射装置将一个小球(可视为质点)从a点水平弹射向b点并进入轨道,经过轨道后从p点水平抛出,已知小物体与地面ab段间的动摩擦因数μ=0.2,不计其它机械能损失,ab段长L=1.25m,圆的半径R=0.1m,小物体质量m=0.01kg,轨道总质量为M=0.15kg,g=10m/s2,求:

(1)若v0=5m/s,小物体从p点抛出后的水平射程;

(2)若v0=5m/s,小物体经过轨道的最高点时,管道对小物体作用力的大小和方向。

(3)设小球进入轨道之前,轨道对地面的压力大小等于轨道自身的重力,当v0至少为多少时,轨道对地面的压力为零。

正确答案

解:(1)设小物体运动到点的速度大小为,对小物体由a点运动到p点过程应用动能定理得

小物体自p点做平抛运动,设运动时间为,水平射程为,则

联立代入数据解得

(2)设在轨道最高点时管道对小物体的作用力大小为,取竖直向下为正方向,据牛顿第二定律得

联立代入数据解得,方向竖直向下

(3)分析可知,要使小球以最小速度v0运动,且轨道对地面的压力为零,则小球的位置应该有“S”形道的中间位置

据牛顿第二定律得

据动能定律得:

解得:

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简答题

滑雪者从A点由静止沿斜面滑下,沿一平台后水平飞离B点,地面上紧靠平台有一个水平台阶,空间几何尺度如图所示,斜面、平台与滑雪板之间的动摩擦因数为μ。假设滑雪者由斜面底端进入平台后立即沿水平方向运动,且速度大小不变。求:

(1)滑雪者离开B点时的速度大小;

(2)滑雪者从B点开始做平抛运动的水平距离s。

正确答案

解:(1)设滑雪者质量为m,斜面与水平面夹角为θ,滑雪者滑行过程中克服摩擦力做功    

 ①

由动能定理

离开B点时的速度

(2)设滑雪者离开B点后落在台阶上

 

可解得

此时必须满足

时,滑雪者直接落到地面上 ⑥

可解得

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如图所示,一质量为m=2kg的小球以某一初速度v0=8m/s向壕沟运动,小球开始运动时距离壕沟上边缘L=8m,地面粗糙有摩擦。小球恰好飞过壕沟,已知壕沟长s=1.6m,落差h=0.8m。求:

(1)小球到达壕沟上边缘时的速度v;

(2)小球与地面间的动摩擦因素μ。

正确答案

解:(1)小球飞过壕沟过程做做平抛运动,则:

解得:

(2)小球从开始运动至壕沟上边缘过程由动能定理,得:

解得:

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2007年10月24日,中国首颗探月卫星“嫦娥一号”从西昌卫星发射中心 发射升空,11月26日,中国第一幅月图完美亮相,中国首次月球探测工程取得圆满成功。我国将在2017年前后发射一颗返回式月球软着陆器,进行首次月球样品自动取样并返回地球,假设探月宇航员站在月球表面一斜坡上的M点,并沿水平方向以初速度v0抛出一个质量为m的小球,测得小球经时间t落到斜坡上另一点N,斜面的倾角为α,已知月球半径为R,月球的质量分布均匀,万有引力常量为G,求:

(1)月球表面的重力加速度;

(2)人造卫星绕月球做匀速圆周运动的最大速度;

(3)小球落在斜面上时的动能。

正确答案

解:(1)x=v0t,y=gt2/2,y/x=tanα

得g=2v0tanα/t

(2)由mg=mv2/R,得

(3)mgy=Ek-mv02/2,

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简答题

在水平地面MN上方高度为h=0.45m处有一个粗糙绝缘平台PQ,如图所示,平台上方PR右侧有水平向右的有界匀强电场,场强E=1.1×104N/C。有一质量m=1.0×10-3kg、带电量为q=-1.0×10-6C的滑块放在平台上,距离平台左端P点L=0.5m处,滑块与平台的滑动摩擦因数为μ=0.2。现给滑块水平向左的初速度v0=4m/s,问:

(1)滑块经过P点时的速度多大?

(2)滑块落地点距N点多远?

正确答案

解:(1)由动能定理:

得:

(2)由,得

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“S”形玩具轨道如图所示。该轨道是用内壁光滑的溥壁细圆管弯成,同定在竖直平面内,轨道弯曲部分是由两个半径相等的半圆连接而成,圆半径比细管内径大得多,轨道底端与水平地面相切。弹射装嚣将一个直径略小于细管直径的小球(可视为质点)从a点水平射向b点并进入轨道,经过轨道后从P点水平抛出,已知小球与地面曲段问的动摩擦因数μ=0.2,ab段长L=2. 25 m,半圆的半径R=0.1 m,不计其他机械能损失,g取10 m/s2,若v0=5 m/s,求:

(1)小球到达b点时的速度vb

(2)小物体从P点抛出后的水平射程。

正确答案

解:(1)小球由a点运动到b点的过程中,由动能定理得

小球到达b点时的速度

(2)小球由b点运动到P点的过程中,由机械能守恒定律得

小球从P点水平抛出后的水平射程x=vpt

竖直位移

以上各式联立,可得x=0.8 m

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一名同学想把一个质量m=2kg的小球扔到宽x=3m的壕沟对面,已知该同学的将小球水平抛出,小球的出手位置在壕沟左边缘的正上方,距离壕沟右边缘的竖直高度h=1.8m,如图所示,求该同学至少对小球做多少功?(g取10m/s2,空气阻力不计)

正确答案

解:对小球运动分解

水平方向 ①

竖直方向 ②

对抛球过程由动能定理得 ③

由①②③式得

代入数据得

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某滑雪爱好者在离地h=1.8m高的平台上滑行,水平离开A点后落在水平地面的B点,其水平位移s1=3m,着地时由于存在能量的损失,着地后速度为v=4m/s,并以此为初速度沿水平地面滑行,s2=8m后停止,如图所示,已知人与滑板的总质量m=60kg,求:

(1)人与滑板在水平地面滑行时受到的平均阻力大小;

(2)人与滑板离开平台时的水平初速度。(空气阻力忽略不计,g取10m/s2

正确答案

(1)60 N

(2)5 m/s

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如图所示,一位质量m=65kg参加“挑战极限运动”的业余选手,要越过一宽度为s=3m的水沟,跃上高为h=1.8m的平台,采用的方法是:人手握一根长L=3.05m的轻质弹性杆一端。从A点由静止开始匀加速助跑,至B点时,杆另一端抵在O点的阻挡物上,接着杆发生形变,同时人蹬地后被弹起,到达最高点时杆 处于竖直,人的重心恰位于杆的顶端,此刻人放开杆水平飞出,最终趴落到平台上,运动过程中空气阻力可忽略不计。(g取10m/s2

(1)设人到达B点时速度v0=8m/s,人匀加速运动的加速度a=2m/s2,求助跑距离SAB

(2)设人跑动过程中重心离地高度H=1.0m,在(1)、(2)问的条件下,在B点人蹬地弹起瞬间,人至少再做多少功?

正确答案

解:(1)

(2)

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如图所示,让摆球从图中的A位置由静止开始下摆,正好摆到最低点B位置时线被拉断。设摆线长l=1.6 m,悬点到地面的竖直高度为H=6.6 m,不计空气阻力,求:

(1)摆球落地时的速度。

(2)落地点D到C点的距离(g=10 m/s2)。

正确答案

(1)10.8 m/s

(2)4 m

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如图所示,ABDO悬处于竖直平面内的光滑轨道,AB是半径R=15m的四分之一圆周轨道,半径OA处于水平位置,BDO是直径为15 m的半圆轨道,D为BDO轨道的中央,一个小球P从A点的正上方距水平半径OA高H处自由落下,沿竖直平面内的轨道通过D点时对轨道的压力等于其重力的倍。(g=10 m/s2)

(1)求H的大小;

(2)试讨论此球能否到达BDO轨道的O点,并说明理由;

(3)小球沿轨道运动后再次落到轨道上的速度的大小是多少?

正确答案

解:(1)设小球通过D点的速度为v,通过D点时轨道对小球的支持力为F。则有

 

小球从P点落下直到沿光滑轨道运动到D的过程中,由机械能守恒,有

由上二式可得

(2)设小球能够沿竖直半圆轨道运动到O点的最小速度为vc,则有

设小球至少应从Hc高处落下,且满足

由上二式可得,故可知小球可以通过O点

(3)小球由H落下通过O点的速度为:

小球通过O点后做平抛运动,设小球经时间t落到AB圆弧轨道上,建立如图所示的坐标系,有:

 

x=v0t,

且x2+y2=R2由上三式可解得:t=1 s

落到轨道上速度的大小为

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简答题

如图所示为火车站装载货物的原理示意图。设AB段是距水平传送带装置高为H=5m的光滑斜面,水平段BC使用水平传送带装置,BC长L=8m,与货物的动摩擦因数为μ=0.6,皮带轮的半径为R=0.2m,上部距车厢底水平面的高度h=0.45m设货物由静止开始从A点下滑,经过B点的拐角处无机械能损失,通过调整皮带轮(不打滑)的转动角速度ω可使货物经C点抛出后落在车厢上的不同位置,取g=10m/s2,求:

(1)当皮带轮静止时,货物在车厢内的落地点到C点的水平距离;

(2)当皮带轮以角速度ω=20rad/s顺时针方向匀速转动时,货物在车厢内的落地点到C点的水平距离;

(3)试写出货物在车厢内的落地点到C点的水平距离s随皮带轮角速度ω变化关系,并画出s-ω图象。(设皮带轮顺时针方向转动时,角速度ω取正值,水平距离向右取正值)

   

正确答案

解:设货物在B点的速度为v0,由机械能守恒定律可得:

得:

(1)货物从B到C做匀减速运动,由动能定理得:

落地点到C点的水平距离:

(2)皮带速度:v=ω·R=20×0.2m/s=4m/s

结合(1)可知,货物先减速运动,当速度减小为4m/s时开始做匀速运动,最后从C点抛出,落地点到C点的水平距离:

(3)①皮带轮逆时针方向转动:

无论角速度为多大,货物从B到C均做匀减速运动,在C点的速度为vC=2 m/s,落地点到C点的水平距离s=0.6m

②皮带轮顺时针方向转动时:

I.当0≤ω≤10 rad/s时:s=0.6 m

Ⅱ.当10<ω≤50 rad/s时:

Ⅲ.当50<ω<70 rad/s时:

Ⅳ.当ω≥70 rad/s时:

 s-ω图象如图所示:

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如图为某种鱼饵自动投放器中的投饵管装置示意图,其下半部长为2的竖直细管,上半部是半径为的四分之一圆弧弯管,管口沿水平方向,管内有一原长为、下端固定的轻质弹簧。投饵时,每次总将弹簧长度压缩到0.5后锁定, 在弹簧上端放置一粒鱼饵,解除锁定,弹簧可将鱼饵弹射出去。设质量为的鱼饵到达管口时,对管壁的作用力恰好为零。不计鱼饵在运动过程中的机械能损失,且锁定和解除锁定时,均不改变弹簧的弹性势能。已知重力加速度为 。求:

(1)质量为的鱼饵到达管口时的速度大小1

(2)弹簧压缩到0.5时的弹性势能p

(3)已知地面与水面相距1.5,若使该投饵管绕管的中轴线′在90°角的范围内来回缓慢转动,每次弹射时只放置一粒鱼饵,鱼饵的质量在之间变化,且均能落到水面。持续投放足够长时间后,鱼饵能够落到水面的最大面积是多少?

正确答案

解:

(1)质量为的鱼饵到达管口时做圆周运动的向心力完全由重力提供,则

                                    ①

由①式解得1。              ②

(2)弹簧的弹性势能全部转化为鱼饵的机械能,由机械能守恒定律有

p ③

由②③式解得p=3            ④

(3)不考虑因缓慢转动装置对鱼饵速度大小的影响,质量为的鱼饵离开管口后做平抛运动,设经过时间落到水面上,离′的水平距离为1,由平抛运动规律有

                                 ⑤

由⑤⑥式解得1=4                 ⑦

当鱼饵的质量为时,设其到达管口时速度大小为2,由机械能守恒定律有

p

由④⑧式解得2          ⑨

质量为的鱼饵落到水面上时,设离′的水平距离为2,则

22 ⑩

由⑤⑨⑩式解得

2=7鱼饵能够落到水面的最大面积为

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简答题

如图所示,传送带以一定速度沿水平匀速运动,将质量m=1.0 kg的小物块轻轻放在传送带上的P点,物块运动到A点后被水平抛出,小物块恰好无碰撞地沿圆弧切线从B点进入竖直光滑圆弧轨道下滑。B,C为圆弧的两端点,其连线水平,轨道最低点为O,已知圆弧对应圆心角θ=106°,圆弧半径R=1.0 m,A点距水平面的高度h=0.80 m。小物块离开C点后恰好能无碰撞地沿固定斜面向上滑动,0.8 s时小物块第二次经过D点,已知小物块与斜面间的动摩擦因数μ=,取sin53°=0.8,g=10 m/s2,求:

(1)小物块离开A点时的水平速度大小;

(2)小物块经过O点时,轨道对它的支持力大小;

(3)斜面上C,D点间的距离。

正确答案

解:(1)对小物块,由A到B做平抛运动,在竖直方向上有

在B点

vA=3 m/s ③

(2)对小物块,由B到O由机械能守恒定律得

 ⑤

在O点

FN=43 N ⑦

(3)物块沿斜面上滑时mgsin53°+μ1mgcos53°=ma1

vC=vB=5 m/s

小物块由C上升到最高点历时

则小物块由斜面最高点回到D点历时t2=0.8 s-0.5 s=0.3 s

小物块沿斜面下滑时mgsin53°-μmgcos53°=ma2

故CD距离

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简答题

如图为某种鱼饵自动投放器中的投饵管装置示意图,其下半部AB 是一长为2R 的竖直细管,上半部BC 是半径为R 的四分之一圆弧弯管,管口沿水平方向,AB 管内有一原长为R 、下端固定的轻质弹簧。投饵时,每次总将弹簧长度压缩到0.5R 后锁定,在弹簧上端放置一粒鱼饵,解除锁定,弹簧可将鱼饵弹射出去。设质量为m 的鱼饵到达管口C 时,对管壁的作用力恰好为零。不计鱼饵在运动过程中的机械能损失,且锁定和解除锁定时,均不改变弹簧的弹性势能。已知重力加速度为g 。求:

(1 )质量为m 的鱼饵到达管口C 时的速度大小V1

(2) 弹簧压缩到0.5R时的弹性势能EP

(3) 已知地面与水面相距1.5R,若使该投饵管绕AB管的中轴线OO′在90°角的范围内来回缓慢转动,每次弹射时只放置一粒鱼饵,鱼饵的质量在到m之间变化,且均能落到水面。持续投放足够长时间后,鱼饵能够落到水面的最大面积S是多少?

正确答案

(1 )质量为的鱼饵到达管口C时做圆周运动的向心力完全由重力提供,

则由

(2)弹簧的弹性势能全部转化为鱼饵的机械能,由机械能守恒定律有

联立方程解得E=3(3)鱼饵离开管口C作平抛运动,

则有    

联立方程解得

当鱼饵质量为时,设其到达管口的速度为,由机械能守恒定律有

解得

同理有    

联立方程解得

鱼饵能够落到水面的最大面积S    

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