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简答题

选做题

A、2009年入冬以来我市多次降雪,雪后两位同学在雪地做拉雪橇的游戏.如图所示,在水平雪地上,质量为M=35kg的小红,坐在质量为m=5kg的雪橇上,小莉用与水平方向成37°斜向上的拉力拉雪橇,拉力大小为F=100N,雪橇与地面间的动摩擦因数为μ=0.2,(sin37°=0.6,cos37°=0.8)求:

(1)雪橇对地面的压力大小;

(2)雪橇运动的加速度大小;

B、风洞实验室中可以产生水平方向的、大小可调节的风力,现将一套有小球的细直杆放入风洞实验室,小球孔径略大于细杆直径.如图所示.

①当杆在水平方向上固定时,调节风力的大小,使小球在杆上匀速运动.这时小球所受风力为小球重力的0.5倍,试求小球与杆间的滑动摩擦因数;

②保持小球所受风力不变,使杆与水平方向间夹角为37°并固定,则小球从静止出发在细杆上滑下距离s所需的时间为多少?(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2

正确答案

A:选小红和雪橇整体为研究对象,其受力如图所示.

(1)在y轴上由物体平衡条件得:

  FN+Fsinθ=(M+m)g       

解得:FN=(M+m)g-Fsinθ=340N,

由牛顿第三定律知雪橇对地面压力大小为:

  FN′=FN=340N,

(2)在x轴上由牛顿第二定律得:

  Fcosθ-Ff=(M+m)a    

又由:Ff=μFN

解得:a=0.3m/s2

答:(1)雪橇对地面的压力大小为340N;

    (2)雪橇运动的加速度大小为0.3m/s2

B:①设小球受的风力为F,小球的质量为m,因小球做匀速运动,

则F=μmg,F=0.5mg,所以μ=0.5.

②对小球受力分析如图所示,

由牛顿第二定律,得

N+Fsinθ=mgcosθ   

Fcosθ+mgsinθ-f=ma   

又f=μN  

联立以上三式可得a=0.75g

由s=at2,并代入数值,得  t=

答:①小球与杆间的滑动摩擦因数为0.5;

    ②小球从静止出发在细杆上滑下距离s所需的时间为

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如图所示,质量为0.2kg的物体带正电,其电量为4×10-4C,从半径为0.3m光滑的圆弧滑轨上端A点由静止下滑到底端B点,然后继续沿水平面滑动.物体与水平面间的滑动摩擦系数为0.4,整个装置处于E=103N/C的竖直向下的匀强电场中.(g取10m/s2)求:

(1)物体运动到圆弧滑轨底端B点时对轨道的压力;

(2)物体在水平面上滑行的最大距离.

正确答案

(1)对物体从A运动到B由动能定理有:mgR+qER=m

物体运动到B点由牛顿第二定律有:N-mg-qE=

由牛顿第三定律有:N′=N

代入数据得N′=7.2N

故物体运动到圆弧滑轨底端B点时对轨道的压力为7.2N.

(2)对全程同样由动能定理有:mgR+qER-μ(mg+qE)L=0

代入数据得:L=0.75m

故物体在水平面上滑行的最大距离为0.75m.

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如图所示,AB是一倾角为θ=37°的绝缘粗糙直轨道,滑块与斜面间的动摩擦因数μ=0.30,BCD是半径为R=0.2m的光滑圆弧轨道,它们相切于B点,C为圆弧轨道的最低点,整个空间存在着竖直向上的匀强电场,场强E=4.0×103N/C,质量m=0.20kg的带电滑块从斜面顶端由静止开始滑下.已知斜面AB对应的高度h=0.24m,滑块带电荷q=-5.0×10-4C,取重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.60,cos37°=0.80.求:

(1)滑块从斜面最高点滑到斜面底端B点时的速度大小;

(2)滑块滑到圆弧轨道最低点C时对轨道的压力.

正确答案

(1)滑块沿斜面滑下的过程中,受到的滑动摩擦力

       f=μ(mg+qE)cos37°=0.96N  

设到达斜面底端时的速度为v,根据动能定理得

(mg+qE)h-f=m

解得      v 1=2.4m/s. 

(2)滑块从B 到C 点,由动能定理可得:

(mg+qE)R(1-cos37°)=m-m

当滑块经过最低点时,有

 FN-(mg+qE)=

由牛顿第三定律:FN,=FN

解得:FN,=11.36N

答:(1)滑块从斜面最高点滑到斜面底端B点时的速度大小是2.4m/s;

(2)滑块滑到圆弧轨道最低点C时对轨道的压力是11.36N.

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如图,有一半径为R=0.3m的光滑半圆形细管AB,将其固定在竖直墙面并使B端切线水平.一个可视为质点的质量为0.5Kg的小物体m由细管上端沿A点切线方向进入细管,从B点以速度VB=4.0m/s飞出后,恰好能从一倾角为θ=37°的倾斜传送带顶端C无碰撞的滑上传送带.已知传送带长度为L=2.75m(图中只画出了传送带的部分示意图),物体与传送带之间的动摩擦因数为u=0.50,(取sin37°=0.60,cos37°=0.80,g=10m/s2,不计空气阻力,不考虑半圆形管AB的内径).

(1)求物体在A点时的速度大小及对轨道的压力大小和方向;

(2)若传送带以V1=2.5m/s顺时针匀速转动,求物体从C到底端的过程中,由于摩擦而产生的热量Q.

正确答案

(1)物体从A到B过程,根据机械能守恒定律得

   mg•2R=m-m 

得:vA=2m/s

设物体在A点所受轨道作用力为FA

则由mg+FA=m,可得:FA=N=1.67N;

由牛顿第三定律得:物体在A点时对轨道的压力大小为1.67N,方向为:竖直向上   

(2)物体落到传送带顶端C时的速度大小为:

     vC==5m/s

传送带顺时针匀速转动时,对物体施加的摩擦力沿传送带表面向上

则由牛顿第二定律得

    mg(sinθ-μcosθ)=ma,

可得物体匀加速运动的加速度大小为:a=2m/s2

由L=vCt+a1t2,得物体从C到底端的时间:t=0.5s

在此过程中,传送带相对地位移大小为s=v1t

由于摩擦而产生的热量为Q=f•(L+s)=μmgcosθ•(L+v1t)=8J

答:(1)物体在A点时的速度大小是2m/s,对轨道的压力大小为1.67N,方向为竖直向上;   

    (2)若传送带以V1=2.5m/s顺时针匀速转动,求物体从C到底端的过程中,由于摩擦而产生的热量Q=8J.

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如图用放在水平面上的质量为M=50kg的电动机提升重物,重物质量m=40kg,提升时重物以a=1.0m/S2的加速度上升,已知g=10m/S2,则:

(1)电动机对地面的压力为多少?

(2)若要使电动机不离开地面,重物上升的加速度不能超过多少?

正确答案

(1)对重物受力,由牛顿第二定律可知:

  FT-mg=ma

对电动机受力可知:FN+FT=Mg

联立可得:FN=60N

由牛顿第三定律可知,电动机对地面的压力为60N.

(2)当电动机恰好不离开地面时,对电动机受力可知:FT=Mg

对重物可知:FT-mg=ma

联立可得:a=2.5m/s2

所以,重物上升的加速度不能超过a=2.5m/s2

答:

(1)电动机对地面的压力为60N.

(2)若要使电动机不离开地面,重物上升的加速度不能超过2.5m/s2

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