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消防队员为缩短下楼的时间,往往抱着竖直的杆直接滑下.假设一名质量为60 kg、训...

消防队员为缩短下楼的时间,往往抱着竖直的杆直接滑下.假设一名质量为60 kg、训练有素的消防队员从七楼(即离地面18 m的高度)抱着竖直的杆以最短的时间滑下.已知杆的质量为200 kg,消防队员着地的速度不能大于6 m/s,手和腿对杆的最大压力为1 800 N,手和腿与杆之间的动摩擦因数为0.5,设当地的重力加速度g=10 m/s2.假设杆是固定在地面上的,杆在水平方向不移动.试求:

(1)消防队员下滑过程中的最大速度;

(2)消防队员下滑过程中杆对地面的最大压力;

(3)消防队员下滑的最短的时间.

 

(1) vm=12 m/s(2) 2.4 s 【解析】(1)消防队员开始阶段自由下落的末速度即为下滑过程的最大速度vm,有2gh1=v 消防队员受到的滑动摩擦力 Ff=μFN=0.5×1 800 N=900 N. 减速阶段的加速度大小: a2==5 m/s2 减速过程的位移为h2,由v-v2=2a2h2 又h=h1+h2 以上各式联立可得:vm=12 m/s. (2)以杆为研究对象得: FN=Mg+Ff=2 900 N. 根据牛顿第三定律得,杆对地面的最大压力为2 900 N. (3)最短时间为 tmin=+=2.4 s. 本题考查的是牛顿运动定律,解决本题的关键是弄清楚人的运动过程,人先沿着杆做自由落体运动,即人和杆之间没有作用力,然后沿杆减速下降,即在杆给的摩擦力与重力的作用下做减速运动,而且还要保证人落地速度不能大于6 m/s,要求下落过程中的最大速度,即消防队员开始阶段自由下落的末速度即为下滑过程的最大速度,列出自由落体过程的等式,和减速下降过程的等式,联立即可求出。杆给人一向上的摩擦力,根据牛顿第三定律,人给杆一个下的摩擦力,地对杆的支持力的大小为杆的重力与杆受到的摩擦力之和,整个下落过程时间最短,那么就是落地时速度正好是6m/s的情况,即时间为自由落体时间与减速时间之和
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考点分析:
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某航空母舰上的战斗机起飞过程中最大加速度是a=4.5 m/s2,飞机速度要达到v0=60 m/s才能起飞,航空母舰甲板长为L=289 m,为使飞机安全起飞,航空母舰应以一定速度航行以保证起飞安全,求航空母舰最小速度v是多少?(设飞机起飞对航母的状态没有影响.飞机的运动可以看作匀加速运动).

某同学求解过程如下:

由运动知识有v6ec8aac122bd4f6e-v2=2aL,解得v=6ec8aac122bd4f6e.

代入数据后得到v=6ec8aac122bd4f6e m/s

6ec8aac122bd4f6e m/s=31.6 m/s.

经检查,计算无误.该同学所得结论是否有错误或不完善之处?若有,请予以改正或补充.

 

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图1为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源,打点的时间间隔用Δt表示。在小车质量未知的情况下,某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件下,物体的加速度与其质量间的关系”。

6ec8aac122bd4f6e

(1)完成下列实验步骤中的填空:

①平衡小车所受的阻力:小吊盘中不放物块,调整木板右端的高度,用手轻拨小车,直到打点计时器打出一系列          的点。

②按住小车,在小吊盘中放入适当质量的物块,在小车中放入砝码。

③打开打点计时器电源,释放小车,获得一条有一系列点的纸带,在纸带上标出小车中砝码的质量m。

④按住小车,改变小车中砝码的质量,重复步骤③。

⑤在每条纸带上清晰的部分,每5个间隔标注一个计数点。测量相邻计数点的间距s1,s2,…。求出与不同m相对应的加速度a。

⑥以砝码的质量m为横坐标,6ec8aac122bd4f6e为纵坐标,在坐标纸上做出6ec8aac122bd4f6e关系图线。若加速度与小车和砝码的总质量成反比,则6ec8aac122bd4f6e与m处应成       关系(填“线性”或“非线性”)。

(2)完成下列填空:

(ⅰ)本实验中,为了保证在改变小车中砝码的质量时,小车所受的拉力近似不变,小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是        

(ⅱ)设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2、s3。a可用s1、s3和Δt表示为a=       

 

图2为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况,由图可读出s1=          mm,

 

s3=           。由此求得加速度的大小a=         _m/s2

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(ⅲ)图3为所得实验图线的示意图。设图中直线的斜率为k,在纵轴上的截距为b,若牛顿定律成立,则小车受到的拉力为           ,小车的质量为          

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图甲为“探究求合力的方法”的实验装置.

①下列说法中正确的是        (在所给的四个选项中,有一个或多个选项正确)

A.在测量同一组数据F1、F2和合力F的过程中,橡皮条结点O的位置不能变化

B.弹簧测力计拉细线时,拉力方向必须竖直向下

C.F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程

D.为减小测量误差,F1、F2方向间夹角应为90°

②弹簧测力计的指针如图乙所示,由图可知拉力的大小为____      _N。

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如图所示,水平面上复印机纸盒里放一叠共计10张复印纸,每一张纸的质量均为m.用一摩擦轮以竖直向下的力F压第1张纸,并以一定的角速度逆时针转动摩擦轮,确保摩擦轮与第1张纸之间、第1张纸与第2张纸之间均有相对滑动.设最大静摩擦力与滑动摩擦力相同,摩擦轮与第1张纸之间的动摩擦因数为μ1,纸张间的动摩擦因数均为μ2,且有μ1>μ2.则下列说法正确的是    (     )

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A.第2张纸到第9张纸之间可能发生相对滑动

B.第2张纸到第9张纸之间不可能发生相对滑动

C.第1张纸受到摩擦轮的摩擦力方向向左

D.第6张纸受到的合力为零

 

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如图所示,放在水平地面上的斜面体质量A为M,一质量为m的物块B恰能沿斜面匀速下滑,若对物块施以水平向右的拉力F,物块B仍能沿斜面运动。则以下判断正确的是 (       )  

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A.物块B仍将沿斜面匀速下滑     B.物块B将沿斜面加速下滑

C.地面对斜面A有向左的摩擦力   D.地面对斜面A的支持力等于(M+m)g

 

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