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题型:简答题
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简答题 · 9 分

一同学要研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系。实验装置如下图甲所示,在离地面高为h的光滑水平桌面上,沿着与桌子右边缘垂直的方向放置一轻质弹簧,其左端固定,右端与质量为m的小刚球接触。将小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,使小球沿水平方向射出桌面,小球在空中飞行落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹。重力加速度为g.

12.若测得某次压缩弹簧释放后小球落点P痕迹到O点的距离为s,则释放小球前弹簧的弹性势能表达式为          ;(用m、g、s、h等四个字母表示)

13.该同学改变弹簧的压缩量进行多次测量得到下表一组数据:

根据表中已有数据,表中缺失的数据可能是s=                cm;

14.完成实验后,该同学对上述装置进行了如下图乙所示的改变:

(I)在木板表面先后钉上白纸和复写纸,并将木板竖直立于靠近桌子右边缘处,使小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,撞到木板并在白纸上留下痕迹O;

(II)将木板向右平移适当的距离固定,再使小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,撞到木板上得到痕迹P;

(III)用刻度尺测量纸上O点到P点的竖直距离为y。若已知木板与桌子右边缘的水平距离为L,则(II)步骤中弹簧的压缩量应该为        。(用L、h、y等三个字母表示)

第(1)小题正确答案及相关解析

正确答案

(1)

解析

(1)由平抛运动规律有 s=vt,h=gt2
得 v==s
由机械能守恒定律得 EP=mv2=释放小球前弹簧的弹性势能表达式为Ep=

考查方向

探究弹力和弹簧伸长的关系.

解题思路

(1)弹簧释放后,小球在弹簧的弹力作用下加速,弹簧与小球系统机械能守恒,小球离开桌面后,做平抛运动,根据平抛运动的知识可以求平抛的初速度,根据以上原理列式即可;

易错点

首先是考察了平抛运动的应用,解决关于平抛运动的问题常用的方法是沿着水平和竖直两个方向进行分解,运用各方向上的运动规律进行解答.利用x与s之间的关系求出弹簧弹性势能与弹簧压缩量x之间的关系式.考察了在现有知识的基础上对实验改装后的情况进行分析求解,还考察了对实验误差的分析,学会试验中某个量发生变化导致结果如何变化的分析

第(2)小题正确答案及相关解析

正确答案

(2)60.00

解析


(2)由表中数据可看出,在误差范围内,s正比于x,即s=20.0x,
s=20.0×3.00=60.00

考查方向

探究弹力和弹簧伸长的关系.

解题思路


(2)根据表达式求解.

易错点

首先是考察了平抛运动的应用,解决关于平抛运动的问题常用的方法是沿着水平和竖直两个方向进行分解,运用各方向上的运动规律进行解答.利用x与s之间的关系求出弹簧弹性势能与弹簧压缩量x之间的关系式.考察了在现有知识的基础上对实验改装后的情况进行分析求解,还考察了对实验误差的分析,学会试验中某个量发生变化导致结果如何变化的分析

第(3)小题正确答案及相关解析

正确答案

(3)

解析

(3)由Ep=,小球释放前压缩弹簧的弹性势能为:Ep=联立得(II)步骤中弹簧的压缩量应该为 

考查方向

探究弹力和弹簧伸长的关系.

解题思路


(3)先从实验数据得出弹簧的压缩量与小球的射程的关系,再结合第一小问中结论得到弹性势能与小球的射程的关系,最后综合出弹簧的弹性势能EP与弹簧长度的压缩量x之间的关系.

易错点

首先是考察了平抛运动的应用,解决关于平抛运动的问题常用的方法是沿着水平和竖直两个方向进行分解,运用各方向上的运动规律进行解答.利用x与s之间的关系求出弹簧弹性势能与弹簧压缩量x之间的关系式.考察了在现有知识的基础上对实验改装后的情况进行分析求解,还考察了对实验误差的分析,学会试验中某个量发生变化导致结果如何变化的分析

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题型:简答题
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简答题 · 18 分

23.如图甲所示,在圆形水池正上方,有一半径为r的圆形储水桶。水桶底部有多个沿半径方向的水平小孔,小孔喷出的水在水池中的落点离水池中心的距离为R,水桶底部与水池水面之间的高度差是h。为了维持水桶水面的高度不变,用水泵通过细水管将洒落的水重新抽回到高度差为H的水桶上方。水泵由效率为η1的太阳能电池板供电,电池板与水平面之间的夹角为α,太阳光竖直向下照射(如图乙所示),太阳光垂直照射时单位时间、单位面积接受的能量为E0。水泵的效率为η2,水泵出水口单位时间流出水的质量为m0 ,流出水流的速度大小为v0(不计水在细水管和空气中运动时所受的阻力)。

求:

(1)水从小孔喷出时的速度大小;

(2)水泵的输出功率;

(3)为了使水泵的工作能维持水面的高度不变,太阳能电池板面积的最小值S。

正确答案

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知识点

平抛运动能量守恒定律与能源
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题型:简答题
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简答题 · 12 分

19. 如图所示,半径R=2.5m的竖直半圆光滑轨道在B点与水平面平滑连接,一个质量m=0.50kg的小滑块(可视为质点)静止在A点。一瞬时冲量使滑块以一定的初速度从A点开始运动, 经B点进入圆轨道,沿圆轨道运动到最高点C,并从C点水平飞出,落在水平面上的D点。经测量,D、B间的距离s1=10m,A、B间的距离s2=15m,滑块与水平面的动摩擦因数µ=0.20, 重力加速度g =10m/s2

求:

(1)滑块通过C点时的速度大小;

(2)滑块刚进入圆轨道时,在B点轨道对滑块的弹力;

(3)滑块在A点受到的瞬时冲量大小。

正确答案

解:(1)设滑块从C点飞出时的速度为vc,从C点运动到D点时间为t

滑块从C点飞出后,做平抛运动,竖直方向:2R=gt2

水平方向:s1=vCt

解得:vC=10m/s

(2)设滑块通过B点时的速度为vB,根据机械能守恒定律

mv=mv+2mgR

解得: vB=10 m/s

设在B点滑块受轨道的支持力为N,根据牛顿第二定律

N-mg=m,解得:N= 45N

(3)设滑块从A点开始运动时的速度为vA,根据动能定理

-μmgs2=mvmv

解得: vA=m/s=16.1m/s

设滑块在A点受到的冲量大小为I,根据动量定理I=mvA

解得:I=m/s=8.1kg·m/s

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知识点

牛顿第二定律平抛运动动量定理
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题型:简答题
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简答题 · 12 分

22.如图甲所示为车站使用的水平传送装置的示意图。绷紧的传送带长度L=6.0m,以v=6.0m/s的恒定速率运行,传送带的水平部分AB距离水平地面的高度h=0.45m。现有一行李箱(可视为质点)质量m=10kg,以v0=5.0m/s的水平初速度从A端滑上传送带,被传送到B端时没有被及时取下,行李箱从B端水平抛出,行李箱与传送带间的动摩擦因数=0.20,不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2

试分析求解:

(1)行李箱从传送带上A端运动到B端过程中摩擦力对行李箱冲量的大小;

(2)为运送该行李箱电动机多消耗的电能;

(3)若传送带的速度v可在0~8.0m/s之间调节,仍以v0的水平初速度从A端滑上传送带,且行李箱滑到B端均能水平抛出。请你在图乙中作出行李箱从B端水平抛出到落地点的水平距离x与传送带速度v的关系图象。(要求写出作图数据的分析过程)

正确答案

解:(1)行李箱刚滑上传送带时做匀加速直线运动,设行李箱受到的摩擦力为Ff

根据牛顿第二定律有   Ff=mmg=ma

解得 a=mg=2.0 m/s2

设行李箱速度达到v=6.0 m/s时的位移为s1

v2-v02=2as1

s1=3.75m

即行李箱在传动带上刚好能加速达到传送带的速度3.0 m/s

设摩擦力的冲量为If,依据动量定理If=mv-mv0

解得If=10N·s

(2)在行李箱匀加速运动的过程中,传送带上任意一点移动的长度s=vt=3 m

行李箱与传送带摩擦产生的内能Q=mmg(s-s1)

行李箱增加的动能ΔEkm(v2-v02)

设电动机多消耗的电能为E,根据能量转化与守恒定律得

E=ΔEk+Q

解得 E=60J

(3)若行李箱一直做匀减速直线运动,到达右端的速度:

v1=1.0m/s

若行李箱一直做匀减速直线运动,到达右端的速度:

v2=7.0m/s

若传送带的速度v < v1,行李箱将一直做匀减速运动,到达右端后滑出,之后做平抛运动,时间,水平位移x=v1t = 0.3m

若传送带的速度v1< v < v0,行李箱将先做匀减速运动,达到与传速带共速后匀速滑出,行李箱的水平位移,式中为恒量,即水平位移x与传送带速度v成正比。

若传送带的速度v0< v < v2,行李箱将先做匀加速运动,达到与传速带共速后匀速滑出,行李箱的水平位移,式中为恒量,即水平位移x与传送带速度v成正比。

若传送带的速度v³7.0m/s时,行李箱一直做匀加速运动,到达右端后滑出,水平位移x=v2t=2.1 m

行李箱从传送带水平抛出后的x-v图象如答图所示。

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知识点

平抛运动动量定理动能定理的应用
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题型:简答题
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简答题 · 20 分

26.如图所示,三个质量均为的滑块置于光滑水平面上.水平面右端与水平传送带之间无缝隙连接,传送带长度,皮带轮沿顺时针方向转动,带动皮带以恒定速率匀速传动.传送带右下方有一光滑圆弧固定轨道,其半径,直径竖直,.开始时滑块之间连接有(注:弹簧与滑块无栓接)一被压缩得不能再压缩的轻弹簧,弹簧被锁定并处于静止状态. 滑块以初速度沿连线方向向运动,与碰撞后粘合在一起,碰撞时间极短,此时连接的弹簧突然解除锁定,弹簧伸展,从而使分离. 滑块脱离弹簧后以速度滑上传送带,并从右端水平飞出后,由点沿圆弧切线落入圆轨道,已知滑块与传送带之间的动摩擦因数,重力加速度.(滑块视为质点)求:

(1)滑块从传送带右端滑出时的速度大小.

(2)判断滑块能否沿光滑圆轨道到达最高点,若能,求出滑块对圆轨道点的压力大小.若不能,请说明理由?

(3)弹簧最初的弹性势能.

正确答案

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知识点

匀变速直线运动规律的综合运用牛顿第二定律平抛运动动量守恒定律弹性势能
下一知识点 : 运动的合成和分解
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