- 平抛运动
- 共223题
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
(1)
(2) (k>2)
(3)见解析
解析
(1)设细线中的张力为T,根据牛顿第二定律,
且
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
匀变速直线运动
解得: (k>2)
(3)平抛运动
解得
因为,所以,得证。
知识点
如图,置于圆形水平转台边缘的小物块随转台加速转动,当转速达到莫一数值时,物块恰好滑离转台开始做平抛运动。现测得转台半径R=0.5 m,离水平地面的高度H=0.8m,物块平抛落地过程水平位移的大小s=0.4m。设物块所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取重力加速度g=10m/s2 求:
(1)物块做平抛运动的初速度大小V0;
(2)物块与转台间的动摩擦因数。
正确答案
见解析。
解析
(1)物块做平抛运动,在竖直方向上有 ①
在水平方向上有 ②
① ②式解得
(2)物块离开转台时,最大静摩擦力提供向心力,有 ③
④
由③④式解得
知识点
(1)某物理兴趣小组采用如图所示的装置深入研究平抛运动,质量分别为mA和mB的A、B小球处于同一高度,M为A球中心初始时在水平地面上的垂直投影,用小锤打击弹性金属片,使A球沿水平方向飞出,同时松开B球,B球自由下落。A球落到地面N点处,B球落到地面P点处,测得mA=0.04 kg,mB=0.05 kg,B球距地面的高度是1.225 m,M、N点间的距离为1.500 m,则B球落到P点的时间是______ s,A球落地时的动能是______J,(忽略空气阻力,g取9.8 m/s2)
(2)某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线,可供选用的器材如下:
小灯泡L,规格“4.0 V 0.7 A”;
电流表A1,量程3 A,内阻约为0.1 Ω;
电流表A2,量程0.6 A,内阻r2=0.2 Ω;
电压表V,量程3V,内阻rV=9 kΩ;
标准电阻R1,阻值1 Ω;
标准电阻R2,阻值3 kΩ;
滑动变阻器R,阻值范围0~10 Ω;
学生电源E,电动势6 V,内阻不计;
开关S及导线若干。
①甲同学设计了如图1所示的电路来进行测量,当通过L的电流为0.46 A时,电压表的示数如图2所示,此时L的电阻为______Ω。
②乙同学又设计了如图3所示的电路来进行测量,电压表指针指在最大刻度时,加在L上的电压值是______V。
③学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线,需要重新设计电路,请你在乙同学的基础上利用所供器材,在图4所示的虚线框内补画出实验电路图,并在图上标明所选器材代号。
正确答案
见解析。
解析
(1)B球落到P点的时间为,A、B两球同时落地,所以A落地时的水平速度,竖直速度vy=gt=4.9 m/s,所以A落地时的动能为。
(2)①电压表示数为U=2.30V,电阻为。
②由部分电路欧姆定律和串并联知识,加在L上的电压值为U=(3+×3×103)V=4 V。③图3中电流表选用A1,量程过大,读数不准确,由于小灯泡的额定电流为0.7 A,通过电流表A2,标准电阻R1并联,作为电流表,答图1为电流表外接片,答题2为电流表外接法。
知识点
如图,一不可伸长的轻绳上端悬挂于O点,T端系一质量m=1.0kg的小球。现将小球拉到A点(保持绳绷直)由静止释放,当它经过B点时绳恰好被拉断,小球平抛后落在水平地面上的C点。地面上的D点与OB在同一竖直线上,已知绳长L=1.0 m,B点离地高度H=1.0 m,A、B两点的高度差h=0.5 m,重力加速度g取10m/s2,不计空气影响,
(1)地面上DC两点间的距离s;
(2)轻绳所受的最大拉力大小。
正确答案
见解析。
解析
(1)小球从A到B过程机械能守恒,有 ①
小球/日到C做平抛运动,在竖直方向上有 ②
在水平方向上有s=vBt ③
由①②③式解得s=1.41m ④
(2)小球下摆到达B点时,绳的拉力和重力的合力提供向心力,有⑤
由①⑤式解得F=20N⑥
根据牛顿第三定律F’=-F⑦
轻绳所受的最大拉力为20 N。
知识点
如图,质量为M、长为L、高为h的矩形滑块置于水平地面上,滑块与地面间动摩擦因数为μ;滑块上表面光滑,其右端放置一个质量为m的小球。用水平外力击打滑块左端,使其在极短时间内获得向右的速度v0,经过一段时间后小球落地。求小球落地时距滑块左端的水平距离。
正确答案
见解析。
解析
在m从右边缘至左边缘时M的加速度
设此时M的速度为v1,所以可得
在m离开M做自由落体运动时,M的加速度
讨论
(1)当m落地使M已停止,那么
带入v1即可
(2)当m落地使M未停止,那么
,,代入即可
知识点
一探险队员在探险时遇到一山沟,山沟的一侧竖直,另一侧的坡面呈抛物线形状,此队员从山沟的竖直一侧,以速度v0沿水平方向跳向另一侧坡面,如图所示,以沟底的O点为原点建立坐标系Oxy,已知,山沟竖直一侧的高度为2h,坡面的抛物线方程为,探险队员的质量为m,人视为质点,忽略空气阻力,重力加速度为g。
(1)求此人落到坡面时的动能;
(2)此人水平跳出的速度为多大时,他落在坡面时的动能最小?动能的最小值为多少?
正确答案
(1)
(2)
解析
(1)设该队员在空中运动的时间为t,在坡面上落点的横坐标为x,纵坐标为y,由运动学公式和已知条件得
x=v0t①
2h-y=gt2②
根据题意有
③
由机械能守恒,落到坡面时的动能为
mv2=mv02+mg(2h-y)④
联立①②③④式得
⑤
(2)⑤式可以改写为
⑥
v2极小的条件为⑥式中的平方项等于0,由此得
⑦
此时v2=3gh,则最小动能为
(mv2)min=mgh⑧
知识点
如图所示,四分之一圆轨道OA与水平轨道AB相切,它们与另一水平轨道CD在同一竖直面内,圆轨道OA的半径R=0.45m,水平轨道AB长S1=3m, OA与AB均光滑。一滑块从O点由静止释放,当滑块经过A点时,静止在CD上的小车在F=1.6N的水平恒力作用下启动,运动一段时间后撤去力F。当小车在CD上运动了S2=3.28m时速度υ=2.4m/s,此时滑块恰好落入小车中。已知小车质量M=0.2kg,与CD间的动摩擦因数μ=0.4。(取g=10m/s2)求
(1)恒力F的作用时间t。
(2)AB与CD的高度差h。
正确答案
(1)1s (2)0.8m
解析
(1)设小车在恒力F作用下的位移为l,由动能定理得
F l − μMg s2 =Mυ2
由牛顿第二定律得
F − μMg = Ma
由运动学公式得
l = a t2
联立以上三式,带入数据得
a = 4m/s2 t = = 1 s
(2)滑块由O滑至A的过程中机械能守恒,即
mgR = mυA2
AB段运动时间为
t == 1s
故滑块离开B后平抛时间与小车撤掉恒力F后运动时间相同。
由牛顿第二定律得:
μMg = Ma′
由运动学公式得
υ = a t − a′t′
由平抛规律得
h =g t′ 2
带入数据得:h = 0.8m
知识点
如图,水平地面上有一个坑,其竖直截面为半圆。ab为沿水平方向的直径。若在a点以初速度v0沿ab方向抛出一小球,小球会击中坑壁上的c点。已知c点与水平地面的距离为圆半径的一半,求圆的半径。
正确答案
解析:设圆半径为r,质点做平抛运动,则:
①
②
过c点做cd⊥ab与d点,Rt△acd∽Rt△cbd可得即为:
③
由①②③得:r=v02
解析
略。
知识点
以初速为,射程为的平抛运动轨迹制成一光滑轨道。一物体由静止开始从轨道顶端滑下,当其到达轨道底部时,物体的速率为________,其水平方向的速度大小为________。
正确答案
解析
由题意知: ,则物体滑倒底端的速率由动能定理: 解得: ;而平抛运动到底端,合速度为: ,则在底端将速度进行正交分解,作出矢量图,根据三角形有: 解得:。
知识点
如图所示,装甲车在水平地面上以速度v0=20m/s沿直线前进,车上机枪的枪管水平,距地面高为h=1.8m。在车正前方竖直一块高为两米的长方形靶,其底边与地面接触。枪口与靶距离为L时,机枪手正对靶射出第一发子弹,子弹相对于枪口的初速度为v=800m/s。在子弹射出的同时,装甲车开始匀减速运动,行进s=90m后停下。装甲车停下后,机枪手以相同方式射出第二发子弹。(不计空气阻力,子弹看成质点,重力加速度g=10m/s2)
(1)求装甲车匀减速运动时的加速度大小;
(2)当L=410m时,求第一发子弹的弹孔离地的高度,并计算靶上两个弹孔之间的距离;
(3)若靶上只有一个弹孔,求L的范围。
正确答案
见解析
解析
解析:(1)由v20=2ax得
a=m/s2
(2)由平抛公式
L=vt
y1=gt2
解得y1≈1.31m
∴弹孔离地高度为H=1.8-y1=0.49m
同理发射第二发子弹时y2=0.8m
∴ d= y1-y2=0.51m
(3)因为水平距离不等,两发子弹不可能打到一个弹孔上。
即只有一发子弹打到靶上
由平抛公式
L=vt
y=gt2
L=480m
当只有一发子弹打到靶上时,480m<L≤570m
知识点
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