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轻质弹簧原长为2l,将弹簧竖直放置在地面上,在其顶端将一质量为5m的物体由静止释...

轻质弹簧原长为2l,将弹簧竖直放置在地面上,在其顶端将一质量为5m的物体由静止释放,当弹簧被压缩到最短时,弹簧长度为l。现将该弹簧水平放置,一端固定在A点,另一端与物块P接触但不连接。AB是长度为5l的水平轨道,B端与半径为l的光滑半圆轨道BCD相切,半圆的直径BD竖直,如图所示。物块P与AB的动摩擦因数μ=0.5。用外力推动物块P,将弹簧压缩至长度l,然后放,P开始沿轨道运动,重力加速度大小为g。

(1)若P的质量为m,求P到达B点时速度的大小,以及它离开圆轨道后落回到AB上的位置与B点间的距离;

(2)若P能滑上圆轨道,且仍能沿圆轨道滑下,求P质量的取值范围。

 

(1) (2) 【解析】 试题分析:(1)依题意,当弹簧竖直放置,长度被压缩至l时,质量为5m的物体的动能为零,其重力势能转化为弹簧的弹性势能。由机械能守恒定律,弹簧长度为l时的弹性势能为 Ep=5mgl① 设P的质量为M,到达B点时的速度大小为vB,由能量守恒定律得 ② 联立①②式,取M=m并代入题给数据得 ③ 若P能沿圆轨道运动到D点,其到达D点时的向心力不能小于重力,即P此时的速度大小v应满足 ④ 设P滑到D点时的速度为v D,由机械能守恒定律得 ⑤ 联立③⑤式得 ⑥ vD满足④式要求,故P能运动到D点,并从D点以速度vD水平射出。设P落回到轨道AB所需的时间为t,由运动学公式得 ⑦ P落回到AB上的位置与B点之间的距离为 s=vDt⑧ 联立⑥⑦⑧式得 ⑨ (2)为使P能滑上圆轨道,它到达B点时的速度不能小于零。由①②式可知 5mgl>μMg·4l⑩ 要使P仍能沿圆轨道滑回,P在圆轨道的上升高度不能超过半圆轨道的中点C。由机械能守恒定律有 ⑪ 联立①②⑩⑪式得 ⑫ 【学科网考点定位】能量守恒定律、平抛运动、圆周运动 【名师点睛】此题是力学综合题;考查平抛运动、圆周运动以及动能定理的应用;解题时要首先知道平抛运动及圆周运动的处理方法,并分析题目的隐含条件,挖掘“若P能滑上圆轨道,且仍能沿圆轨道滑下”这句话包含的物理意义;此题有一定难度,考查考生综合分析问题、解决问题的能力。  
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考点分析:
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如图,水平面(纸面)内间距为l的平行金属导轨间接一电阻,质量为m、长度为l的金属杆置于导轨上。t=0时,金属杆在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动,t0时刻,金属杆进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域,且在磁场中恰好能保持匀速运动。杆与导轨的电阻均忽略不计,两者始终保持垂直且接触良好,两者之间的动摩擦因数为μ。重力加速度大小为g。求:

(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小;

(2)电阻的阻值。

 

 

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某同学利用图(a)所示电路测量量程为2.5 V的电压表的内阻(内阻为数千欧姆),可供选择的器材有:电阻箱R(最大阻值99 999.9 Ω),滑动变阻器R1(最大阻值50 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值5 kΩ),直流电源E电动势3 V。开关1个,导线若干。

实验步骤如下

①按电路原理图(a)连接线路;

②将电阻箱阻值调节为0,将滑动变阻器的滑片移到与图a中最左端所对应的位置,闭合开关S;

③调节滑动变阻器使电压表满偏;

④保持滑动变阻器滑片位置不变,调节电阻箱阻值,使电压表的示数为2.00 V,记下电阻箱的阻值。

回答下列问题:

(1)试验中应选择滑动变阻器_______(填“”或“”)。

(2)根据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线。

(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0 Ω,若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变,计算可得电压表的内阻为_______Ω(结果保留到个位)。

(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的,可推断该表头的满刻度电流为_____(填正确答案标号)。

A100 μA         B250 μA     

C500 μA        D1 mA

 

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某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究,实验装置如图(a)所示:轻弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一物块接触而不连接,纸带穿过打点计时器并与物块连接。向左推物块使弹簧压缩一段距离,由静止释放物快,通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能。

1)试验中涉及下列操作步骤:

把纸带向左拉直

松手释放物块

接通打点计时器电源

向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量

上述步骤正确的操作顺序是__________(填入代表步骤的序号)。

2)图(b)中ML纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果。打点计时器所用交流电的频率为50 Hz。由M纸带所给的数据,可求出在该纸带对应的试验中物块脱离弹簧时的速度为_______m/s。比较两纸带可知,_________(填“M”“L”)纸带对应的试验中弹簧被压缩后的弹性势能大。

 

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如图,小球套在光滑的竖直杆上,轻弹簧一端固定于O点,另一端与小球相连。现将小球从M点由静止释放,它在下降的过程中经过了N点。已知M、N两点处,弹簧对小球的弹力大小相等,且∠ONM<∠OMN<。在小球从M点运动到N点的过程中

A.弹力对小球先做正功后做负功

B有两个时刻小球的加速度等于重力加速度

C弹簧长度最短时,弹力对小球做功的功率为零

D小球到达N点时的动能等于其在M、N两点的重力势能

 

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法拉第圆盘发电机的示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上,两铜片P、Q分别圆盘的边缘和铜轴接触,关于流过电阻R的电流,下列说法正确的是

A若圆盘转动的角速度恒定,则电流大小恒定

B若从上下看,圆盘顺时针转动,则电流沿a到b的方向流动

C若圆盘转动方向不变,角速度大小发生变化,则电流方向可能发生变化

D若圆盘转动的角速度变为原来的2倍,则电流在R上的热功率也变为原来的2倍

 

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