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如图所示,AB是一个固定在竖直面内的弧形轨道,与竖直圆形轨道BCD在最低点B平滑...

如图所示,AB是一个固定在竖直面内的弧形轨道,与竖直圆形轨道BCD在最低点B平滑连接,且B点的切线是水平的;BCD圆轨道的另一端D与水平直轨道DE平滑连接。BD两点在同一水平面上,且BD两点间沿垂直圆轨道平面方向错开了一段很小的距离,可使运动物体从圆轨道转移到水平直轨道上。现有一无动力小车从弧形轨道某一高度处由静止释放,滑至B点进入竖直圆轨道,沿圆轨道做完整的圆运动后转移到水平直轨道DE上,并从E点水平飞出,落到一个面积足够大的软垫上。已知圆形轨道的半径R=0.40m,小车质量m=2.5kg,软垫的上表面到E点的竖直距离h=1.25m、软垫左边缘F点到E点的水平距离s=1.0m。不计一切摩擦和空气阻力,弧形轨道AB、圆形轨道BCD和水平直轨道DE可视为在同一竖直平面内,小车可视为质点,取重力加速度g =10m/s2

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(1)要使小车能在竖直圆形轨道BCD内做完整的圆周运动,则小车通过竖直圆轨道最高点时的速度至少多大;

(2)若小车恰能在竖直圆形轨道BCD内做完整的圆周运动,则小车运动到B点时轨道对它的支持力多大;

(3)通过计算说明要使小车完成上述运动,其在弧形轨道的释放点到B点的竖直距离应满足什么条件。

 

(1)2.0m/s(2)FN=150N(3)H≥1.0m 【解析】 试题分析:(1)设小车能在竖直圆形轨道BCD内做完整的圆周运动,小车通过圆轨道最高点时的最小速度为vC, 根据牛顿第二定律有 mg=m 1分 解得vC== m/s =2.0m/s 1分 (2)小车恰能在圆轨道内做完整的圆周运动,此情况下小车通过B点的速度为vB,轨道对小车的支持力为FN。 根据机械能守恒定律有 mv=mvC2+2mgR 2分 根据牛顿第二定律有FN-mg=m 1分 解得 FN=150N 1分 (3)设小车从E点水平飞出落到软垫上的时间为,则h=gt2, 解得t=0.50s 1分 设小车以vE的速度从E点水平飞出落到软垫F点右侧,则vEt>s,解得vE2.0m/s 要使小车完成题目中所述运动过程,应当满足两个条件: ①小车通过轨道B点的速度m/s; ②小车通过E点的速度vE2.0 m/s。 因vE= vB,综合以上两点,小车通过B点的速度应不小于m/s 1分 设释放点到B点的竖直距离为H,根据机械能守恒定律有mgH= mvB2,解得H=1.0m 释放点到B点的竖直距离H≥1.0m 1分 考点:考查了牛顿第二定律,圆周运动,机械能守恒定律的应用  
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考点分析:
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民航客机一般都有紧急出口,发生意外情况的飞机紧急着陆后,打开紧急出口,狭长的气囊会自动充气,形成一个连接出口与地面的斜面,人员可沿斜面滑行到地上,如图甲所示,图11乙是其简化模型。若紧急出口下沿距地面的高度h=3.0m,气囊所构成的斜面长度L=5.0m。质量m=60kg的某旅客从斜面顶端由静止开始滑到斜面底端。已知旅客与斜面间的动摩擦因数μ=0.55,不计空气阻力及斜面的形变,旅客下滑过程中可视为质点,取重力加速度g=10m/s2。求:

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(1)旅客沿斜面下滑时的加速度大小;

(2)旅客滑到斜面底端时的速度大小;

(3)旅客从斜面顶端滑到斜面底端的过程中,斜面对旅客所施加的支持力的冲量大小。

 

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用F=135N的水平力拉质量m=30kg的箱子,使箱子在水平地面上由静止开始做匀加速直线运动,当箱子的速度达到v=10m/s时撤去力F。已知箱子运动过程中所受滑动摩擦力的大小f=75N,取重力加速度g =10m/s2。求:

(1)箱子与地面间的动摩擦因数;

(2)水平力F的作用时间;

(3)在撤去力F后,箱子在水平地面上滑行的最大距离。

 

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一位同学做用单摆测定重力加速度的实验。

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(1)下列是供学生自主选择的器材。你认为应选用的器材是         。(填写器材的字母代号)

A.约1m长的细线

B.约0.3m长的铜丝

C.约0.8m长的橡皮筋

D.直径约1cm的实心木球

E.直径约1cm的实心钢球

F.直径约1cm的空心铝球

(2)该同学在安装好如图所示的实验装置后,测得单摆的摆长为L,然后让小球在竖直平面内小角度摆动。当小球某次经过最低点时开始计时,在完成N次全振动时停止计时,测得时间为t。请写出测量当地重力加速度的表达式g=_________。(用以上测量的物理量和已知量的字母表示)

(3)为减小实验误差,该同学又多次改变摆长L,测量多组对应的单摆周期T,准备利用T2-L的关系图线求出当地重力加速度值。相关测量数据如下表:

次数

1

2

3

4

5

L/m

0.800

0.900

1.000

1.100

1.200

T/s

1.79

1.90

2.01

2.11

2.20

T2/s2

3.22

3.61

4.04

4.45

4.84

 

该同学在图中已标出第1、2、3、5次实验数据对应的坐标,请你在该图中用符号+标出与第4次实验数据对应的坐标点,并画出T2-L关系图线

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(4)根据绘制出的T2-L关系图线,可求得g的测量值为      m/s2。(计算结果保留2位有效数字)

 

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研究匀变速直线运动的实验中,打点计时器使用交流电源的频率是50Hz,打点计时器在小车拖动的纸带上打下一系列点迹,以此记录小车的运动情况。

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(1)打点计时器的打点周期是       s。

(2)图为某次实验打出的一条纸带,其中1、2、3、4为依次选中的计数点(各相邻计数点之间有四个点迹)。根据图中标出的数据可知,打点计时器在打出计数点2时小车的速度大小为        m/s,小车做匀加速直线运动的加速度大小为         m/s2。(计算结果均保留2位有效数字)

 

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如图所示,一根轻质弹簧上端固定在天花板上,下端挂一重物(可视为质点),重物静止时处于B位置。现用手托重物使之缓慢上升至A位置,此时弹簧长度恢复至原长。之后放手,使重物从静止开始下落,沿竖直方向在A位置和C位置(图中未画出)之间做往复运动。重物运动过程中弹簧始终处于弹性限度内。关于上述过程(不计空气阻力),下列说法中正确的是

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A.重物在C位置时,其加速度的大小等于当地重力加速度的值

B.在重物从A位置下落到C位置的过程中,重力的冲量大于弹簧弹力的冲量

C.在手托重物从B位置缓慢上升到A位置的过程中,手对重物所做的功等于重物往复运动过程中所具有的最大动能

D.在重物从A位置到B位置和从B位置到C位置的两个过程中,弹簧弹力对重物所做功之比是14

 

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