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如图所示,在竖直平面内,光滑的曲面AB与水平面BC平滑连接于B点,BC右端连接内...

如图所示,在竖直平面内,光滑的曲面AB与水平面BC平滑连接于B点,BC右端连接内壁光滑、半径r=0.2m的四分之一细圆管CD,管口D端正下方直立一根劲度系数为k=100N/m的轻弹簧,弹簧一端固定,另一端恰好与管口D端平齐。一个质量为1kg的小球从距BC的高度为h=0.6m处由静止释放,小球经过水平面BC过程中,受到的摩擦阻力恒为重力的0.5倍,小球进入管口C端时,它对上管壁的作用力为FN=2.5mg,通过CD后,在压缩弹簧过程中,当小球速度最大时弹簧的弹性势能为Ep=0.5J,取重力加速度g=10m/s2。求:

 

 

1)在压缩弹簧过程中小球的最大动能Ekm

2)小球最终停止的位置。

 

(1) 6J (2) 0.2m 【解析】试题分析:在压缩弹簧过程中速度最大时,合力为零,然后结合机械能守恒即可求出小球的最大动能;由功能关系和C点的向心力的表达式,即可求出。 (1)经过C点时由牛顿第二定律得: 代入数据得: 压缩弹簧过程中速度最大时,合力为零,设此时小球离D端的距离为x0 则有kx0=mg,解得: 由机械能守恒定律得: 代入数据解得: (2)小球第一次从A点运动到C点过程,由动能定理得: ,解得BC间距离s=0.5m 小球与弹簧作用后返回C处动能不变,小球的机械能最终消耗在与BC水平面相互作用的过程中。设小球在BC上的运动路程为s',由动能定理有mgh-nmgs'=0 解得:s'=1.2m 故最终小球距离B为1.2m-2×0.5m=0.2m处停下。 点睛:本题主要考查了机械能守恒定律、动能定理、功能关系以及牛顿第二定律,综合性较强。  
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考点分析:
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面的夹角始终为450。在圆筒内有两个用轻质弹簧连接的相同小球AB(小球的直径略小于圆筒内径),AB质量均为m,弹簧的劲度系数为k。当圆筒静止时AB之间的距离为LL远大于小球直径)。现让圆筒开始转动,其角速度从零开始缓慢增大,当角速度增大到时保持匀速转动,此时小球B对圆筒底部的压力恰好为零。重力加速度大小为g

1)求圆筒的角速度从零增大至的过程中,弹簧弹性势能的变化量;

2)用mgLk表示小球A匀速转动的动能Ek

 

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如图所示,冰雪游乐场滑道O点的左边为水平滑道,右边为高度h=3.2m的曲面滑道,左右两边的滑道在O点平滑连接。小孩乘坐冰车由静止开始从滑道顶端出发,经过O点后与处于静止状态的家长所坐的冰车发生碰撞,碰撞后小孩及其冰车恰好停止运动。已知小孩和冰车的总质量m=30kg,家长和冰车的总质量为M=  60kg,人与冰车均可视为质点,不计一切摩擦阻力,取重力加速度g=10m/s2,求:

1)小孩乘坐冰车经过O点时的速度大小;

2)碰撞后家长和冰车共同运动的速度大小;

3)碰撞过程中小孩和家长(包括各自冰车)组成的系统损失的机械能。

 

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下图为验证动量守恒定律的实验装置,实验中选取两个半径相同、质量不等的小球,按下面步骤进行实验:

 

用天平测出两个小球的质量分别为m1m2

安装实验装置,将斜槽AB固定在桌边,使槽的末端切线水平,再将一斜面BC连接在斜槽末端;

先不放小球m2,让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放,标记小球在斜面上的落点位置P

将小球m2放在斜槽末端B处,仍让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放,两球发生碰撞,分别标记小球m1m2在斜面上的落点位置;

用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端B的距离。图中从MPN点是实验过程中记下的小球在斜面上的三个落点位置,从MPNB点的距离分别为SMSPSN.依据上述实验步骤,请回答下面问题:

(1)两小球的质量m1m2应满足m1_______m2(填写“>”“=”“<”)

(2)小球m1m2发生碰撞后,m1的落点是图中____点,m2的落点是图中____点;

(3)用实验中测得的数据来表示,只要满足关系式________________,就能说明两球碰撞前后动量是守恒的

 

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如图所示,用质量为m的重物通过滑轮牵引小车,使它在长木板上运动,打点计时器在纸带上记录小车的运动情况。利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验。

(1)打点计时器使用的电源是_______(选填选项前的字母)。

A.直流电源                            B.交流电源

(2)实验中,需要平衡摩擦力和其他阻力,正确操作方法是_______(选填选项前的字母)。

A.把长木板右端垫高                    B.改变小车的质量

在不挂重物且_______(选填选项前的字母)的情况下,轻推一下小车,若小车拖着纸带做匀速运动,表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。

A.计时器不打点                        B.计时器打点

(3)接通电源,释放小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,将打下的第一个点标为O。在纸带上依次取ABC……若干个计数点,已知相邻计数点间的时间间隔为T。测得ABC……各点到O点的距离为x1x2x3……,如图2所示。

实验中,重物质量远小于小车质量,可认为小车所受的拉力大小为mg。从打O点到打B点的过程中,拉力对小车做的功W=_________,打B点时小车的速度v=_________

(4)以v2为纵坐标,W为横坐标,利用实验数据作出如图3所示的v2W图象。由此图象可得v2W变化的表达式为_________________。根据功与能的关系,动能的表达式中可能包含v2这个因子;分析实验结果的单位关系,与图线斜率有关的物理量应是_________

(5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响,若重物质量不满足远小于小车质量的条件,则从理论上分析,图4中正确反映v2W关系的是________

 

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学校科技社的同学对一辆自制遥控小车的性能进行研究。他们让这辆小车在水平的直轨道上由静止开始运动,并将小车运动的全过程记录下来,通过处理转化为v-t图象,图象如图所示(除210s时间段图象为曲线外,其余时间段图象均为直线)。已知在小车运动的过程中,214s时间段内小车的输出功率保持不变,在14s末通过遥控使发动机停止工作而让小车自由滑行,小车的质量m=2.0kg,可认为在整个运动过程中小车所受到的阻力大小不变,取g=10m/s2,下列选项正确的是(    )

A. 小车匀速行驶阶段的输出功率P=40.5W

B. 小车在210s内位移的大小s=58.5m

C. 小车行驶时所受的阻力为4.5N

D. 整个过程中小车行驶的距离为110m

 

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试题属性

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