如图所示,红蜡块可以在竖直玻璃管内的水中匀速上升,速度为v,若在红蜡块从A点开始匀速上升的同时,玻璃管从AB位置由静止开始水平向右做匀加速直线运动,加速度大小为a,则红蜡块的实际运动轨迹可能是图中的( )
A.直线P B.曲线Q C.曲线R D.无法确定
关于曲线运动,下列说法中正确的是( )
A. 曲线运动一定是变速运动
B. 变速运动一定是曲线运动
C. 曲线运动一定是变加速运动
D. 匀速运动可能是曲线运动
如图甲所示,一轻质弹簧左端固定在墙壁上,右端与置于水平面上的质量为m的小滑块相连。在以下的讨论中小滑块可视为质点,弹簧始终在弹性限度内,取弹簧原长时弹性势能为0,且空气阻力可忽略不计。
(1)若水平面光滑,以弹簧原长时小滑块的位置O为坐标原点,建立水平向右的坐标轴Ox,如图甲所示。
①已知弹簧的劲度系数为k,请写出弹簧弹力F与小滑块所在位置坐标x的关系式,并借助F-x 图像确定出将小滑块由O点缓慢拉到位置坐标x的过程中,弹簧弹力所做的功。
②小滑块在某轻质弹簧的作用下,沿光滑水平面在O点附近做往复运动,若从小物块向右运动通过O点时开始计时,请在图乙中定性画出小物块所受弹力F随时间t变化的关系图像;
若测得该弹簧的弹性势能Ep与其位置坐标x的关系曲线如图丙所示,其中Ep0和x0皆为已知量,请根据图丙中Ep-x图像提供的信息求解本题中弹簧的劲度系数k′。
(2)若水平面不光滑,小滑块与水平面间的动摩擦因数为μ。如图丁所示,弹簧的劲度系数为k,O为弹簧原长位置,以距O点右侧 的O′为坐标原点,向右为正方向建立坐标轴O′x′。将小滑块沿水平面向右拉到O′右侧的P点,由静止释放小滑块,小滑块可以在水平面上往复运动并最终停下。已知重力加速度为g,并可认为滑动摩擦力与最大静摩擦力大小相等。
①证明小滑块被释放后第一次向左的运动的过程中,其受力特点符合以O′为平衡位置的简谐运动的受力条件。并分析如果小滑块在O点最左方停不住,则O到P点距离应满足什么条件;
② 若小滑块被释放后能第2次经过O点而不能第3次经过O点,试分析说明O′到P点距离又应满足什么条件。
有一颗在赤道平面内绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星,其轨道距地面高为h。已知地球的半径为R,且不考虑地球自转的影响。
(1)若要计算此卫星绕地球做匀速圆周运动的周期,你认为还需要知道哪些物理量?
(2)若已知地球表面处的重力加速度为,求此卫星在轨运动的线速度大小v。
(3)若已知地球质量为M,引力常量为G,求此卫星在轨运动的线速度大小v。
(4)如果从这颗卫星上发射一个小探测器,发射的速度与卫星在轨运动的线速度大小相等、方向相反。根据运动的相对性可知,探测器发射后其相对地心的线速度为零。
①关于这个探测器落至地面所需要的时间,某同学的解答过程如下:
地面的重力加速度为g,所以根据h=gt2可知,下落的时间t=。
老师说该同学的上述解答是不正确的,请指出上述错误的原因,并分析说明探测器下落的时间t应该比该同学所计算的结果大还是小?
②该探测器被发射出来时其在地面的上的投影为赤道上某一点A,当它落至地面上时,是否能落在赤道上的A点。如果能,请说明理由;如果不能,请说明实际落点在A点的东侧还是西侧。
(5)如果卫星在地面的上的投影位于赤道上某一点B时,从这颗卫星上沿其轨道的切线方向发射一个小探测器,这个小探测器发射后相对于B点的速度为零。请分析说明当它落至地面上时,是否能落在赤道上的B点。如果能,请说明理由;如果不能,请说明实际落点在B点的东侧还是西侧。
如图所示为演示“过山车”原理的实验装置,该装置由两段倾斜直轨道与一圆轨道拼接组成,在圆轨道最低点处的两侧稍错开一段距离,并分别与左右两侧的直轨道平滑相连。
某研学小组将这套装置固定在水平桌面上,然后在圆轨道最高点A的内侧安装一个薄片式压力传感器(它不影响小球运动,在图中未画出)。将一个小球从左侧直轨道上的某处由静止释放,并测得释放处距离圆轨道最低点的竖直高度为h,记录小球通过最高点时对轨道(压力传感器)的压力大小为F。此后不断改变小球在左侧直轨道上释放位置,重复实验,经多次测量,得到了多组h和F,把这些数据标在F-h图中,并用一条直线拟合,结果如图所示。
为了方便研究,研学小组把小球简化为质点,取重力加速度g=10m/s2。请根据该研学小组的简化模型和如图所示的F-h图分析并回答下列问题:
(1)若空气及轨道对小球运动的阻力均可忽略不计,
①圆轨道的半径R和小球的质量m;
②若两段倾斜直轨道都足够长,为使小球在运动过程中始终不脱离圆轨道,释放高度h应满足什么条件;
③ 当释放处的竖直高度h=0.40m时,求小球到达圆轨道最低点时所受轨道的支持力的大小N1;
④当释放处的竖直高度h=0.40m时,求小球到达圆轨道圆心等高处时对轨道的压力N2。
(2)在利用此装置进行某次实验时,由于空气及轨道对小球运动的阻力不可忽略,当释放处的竖直高度h=0.50m时,压力传感器测得小球对轨道的压力N=0.32N,求小球从静止运动至圆轨道最高点的过程中克服阻力所做的功W。
如图所示,质量m1=1.0kg 的木板静止在光滑的水平面上,木板长L=1.8 m,现有质量m2=0.20kg可视为质点的物块,以水平向右v0=2.4 m/s的速度从左端滑上木板。已知物块与木板之间的动摩擦因数μ=0.10,取重力加速度g=10m/s2,求:
(1)木板运动过程中的最大速度大小v;
(2)在物块与木板相互作用的过程中,物块损失的机械能E;
(3)请用两种不同的方法,分析求解在物块与木板相互作用的过程中,由于摩擦产生的内能Q。