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在广场游玩时,一个小孩将一个充有氢气的气球用细绳系于一个小石块上,并将小石块放置...

在广场游玩时,一个小孩将一个充有氢气的气球用细绳系于一个小石块上,并将小石块放置于水平地面上.已知小石块的质量为m1,气球(含球内氢气)的质量为m2,气球体积为V,空气密度为ρ(V和ρ均视作不变量),风沿水平方向吹,风速为v,已知空气对气球作用力F1=ku(式中k为一已知系数,u为气球相对空气的速度).开始时,小石块静止在地面上,如图所示.
(1)若风速v在逐渐增大,小孩担心气球会连同小石块一起被吹离地面,试判断是否会出现这一情况,并说明理由.
(2)若细绳突然断开,已知气球飞上天空后,在气球所经过的空间中风速v为不变量,气球能达到的最大速度是多少?

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(1)对气球和小石块组成的系统分析,在竖直方向上所受的力不变,水平方向上的力不影响竖直方向,从而确定整体的运动状态. (2)将气球的运动分解为水平方向和竖直方向,当水平方向和竖直方向都做匀速直线运动时,速度最大,求出水平方向和竖直方向上的最大速度,根据平行四边形定则求出合速度的最大值. 【解析】 (1)小石块不会被风吹离地面.以气球和小石块组成的系统为研究对象:地面对小石块支持力的大小为N=(m1+m2)g-ρgV恒定,跟风速v无关. (2)气球的最大水平速度等于风速,即vxm=v 当竖直方向的合力为零时,竖直分速度最大,即ρgV-m2g-kvym=0,则. 气球能达到的最大速度的大小为. 故气球能达到的最大速度是.
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考点分析:
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某同学分析过程如下:
将拉力F沿斜面和垂直于斜面方向进行分解.沿斜面方向:Fcosβ=mgsinα
(1)沿垂直于斜面方向:Fsinβ+FN=mgcosα
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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