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如图为某种鱼饵自动投放器中的投饵管装置示意图,其下半部AB是一长为2R的竖直细管...

如图为某种鱼饵自动投放器中的投饵管装置示意图,其下半部AB是一长为2R的竖直细管,上半部BC是半径为R的四分之一圆弧弯管,管口沿水平方向,AB管内有一原长为R、下端固定的轻质弹簧.投饵时,每次总将弹簧长度压缩到0.5R后锁定,在弹簧上端放置一粒鱼饵,解除锁定,弹簧可将鱼饵弹射出去.设质量为m的鱼饵到达管口C时,对管壁的作用力恰好为零.不计鱼饵在运动过程中的机械能损失,且锁定和解除锁定时,均不改变弹簧的弹性势能.已知重力加速度为g.求:
(1)质量为m的鱼饵到达管口C时的速度大小v1
(2)弹簧压缩到0.5R时的弹性势能Ep
(3)已知地面与水面相距1.5R,若使该投饵管绕AB管的中轴线OO′.在90°角的范围内来回缓慢转动,每次弹射时只放置一粒鱼饵,鱼饵的质量在manfen5.com 满分网到m之间变化,且均能落到水面.持续投放足够长时间后,鱼饵能够落到水面的最大面积S是多少?

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(1)鱼饵到达管口C时做圆周运动的向心力完全由重力提供,有牛顿第二定律列出向心力的方程,速度可求. (2)不计鱼饵在运动过程中的机械能损失,所以鱼饵增加的机械能都是弹簧做功的结果,由功能关系知道弹簧具有的弹性势能等于鱼饵增加的机械能. (3)分别求出质量是m和的鱼饵离开C时的速度,再利用平抛运动规律求出落到水平面到转轴之间的距离,转轴转过90°时,鱼饵在水平面形成两个圆面积,中间夹的环形面积即为所求. 【解析】 (1)质量为m的鱼饵到达管口C时做圆周运动的向心力,完全由重力提供, 则…① 由①式解得:…② (2)从弹簧释放到最高点C的过程中,弹簧的弹性势能全部转化为鱼饵的机械能,由系统的机械能守恒定律有 …③ 由②③式解得:Ep=3mgR…④ (3)不考虑因缓慢转动装置对鱼饵速度大小的影响,质量为m的鱼饵离开管口C后做平抛运动, 设经过t时间落到水面上,离OO'的水平距离为x1,由平抛运动规律有: …⑤ x1=v1t+R…⑥ 由⑤⑥式解得:x1=4R…⑦ 当鱼饵的质量为时,设其到达管口C时速度大小为v2,由机械能守恒定律得: …⑧ 由④⑧式解得:…⑨ 质量为的鱼饵落到水面上时,设离OO'的水平距离为x2,则 x2=v2t+R…⑩ 由⑤⑨⑩式解得:x2=7R 鱼饵能够落到水面的最大面积 答:(1)鱼饵到达管口C时的速度大小; (2)弹簧压缩到0.5R时的弹性势能Ep=3mgR;     (3)鱼饵能够落到水面的最大面积.
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考点分析:
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A.μmgs
B.2μmgs
C.3μmgs
D.4μmgs
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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