3.0-13.0s内电梯的位移 ⑧
2.(13分)用长为L=1.0m的轻软绳将质量为m的小球悬于O点。然后拿住小球将其自悬点O下方距离为h=0.4m的位置以初速度v0水平抛出,当悬绳刚要伸直时,小球水平射程为S=0.8m,如图所示。设随后小球即做圆周运动,试计算小球运动到最低点时的速度多大(不计空气阻力,取g=10m/s2)
解:软绳刚伸直时与竖直方向的夹角为
小球从抛出至绳伸直的过程中:
下落高度:
飞行时间:
水平速度:
竖直速度:
绳子张紧后沿绳方向(径向)速度为零,垂直绳方向(切向)速度不变(即小球随后以此切向速度开始作圆周运动),此速度为
设圆周运动最低点速度为V′,对小球作圆周运动到达最低点的过程:
3.(14分)如图,在横截面为半圆形、半径为R的光滑柱面上,用一根不可伸长的细线两端分别系着物体A和B,且mA=2mB,让其由静止开始释放,试问:
(1)物体B能否到达半圆顶点?
(2)若要B能过半圆顶点,mA应满足的条件是什么?(此时mA尚为着地)
解:(1)不能 (2)故所求的条件为:
选系统为研究对象,据机械能守恒定律得:m1g=m2gR+(m1+m2)v2 ①
选m2为研究对象在最高点据牛顿第二定律得:m2g-N=m2(N为m2所受支持力)②
欲使m2通过圆柱体最高点,则:N>0 ③
联列①②③得:>m1,且应m1>m2. 故条件为:>m1>m2
4.(13分)一位同学的家住在一座25层的高楼内,他每天乘电梯上楼,经过多次仔细观察和反复测量,他发现电梯启动后的运动速度符合如图所示的规律,他就根据这一特点在电梯内用台秤、重物和停表测量这座楼房的高度. 他将台秤放在电梯内,将重物放在台秤的托盘上,电梯从第一层开始启动,经过不间断地运行,最后停在最高层,在整个过程中,他没有来得及将台秤的示数记录下来,假设在每个时间段内台秤的示数都是稳定的,重力加速度g取10m/s2
时间/s |
台秤示数/kg |
电梯启动前 |
5.0 |
0-3.0 |
|
3.0-13.0 |
5.0 |
13.0-19.0 |
4.6 |
19.0以后 |
5.0 |
(1)电梯在0-3.0s时间段内台秤的示数应该是多少?
(2)根据测量的数据,计算该座楼房每一层的平均高度.
解:(1)由图象可知,电梯在13.0-19.0s内向上做匀减速运动.
由牛顿第二定律: ①
②
匀速运动时的速度 ③
0-3.0s内,电梯向上做匀加速运动,设其加速度为a2.
则 ④
由牛顿第二定律: ⑤
⑥
即0-3.0s内台秤的示数应该为5.8kg
(2)0-3.0s内电梯的位移
⑦
1.(16分)一质量为m的质点,系于长为R的轻绳的一端,绳的另一端固定在空间的O点,假定绳是不可伸长的、柔软且无弹性的。今把质点从O点的正上方离O点的距离为的O1点以水平的速度抛出。试求;
(1)轻绳即将伸直时,绳与竖直方向的夹角为多少?
(2)当质点到达O点的正下方时,绳对质点的拉力为多大?
解:(1)设绳即将伸直时,绳与竖直方向的夹角为,如图所示,则(1分)
(2)绳棚直时,绳刚好水平,如图所示.由于绳不可伸长,故绳绷直时,v0损失,质点仅有速度
设质点到达O点正下方时,速度为v′,
根据机械能守恒守律有:
……(5分)
设此时绳对质点的拉力为T,
则……(6分)
联立解得:……(7分)
5.(22分)如图所示,水平传送带AB长l=8.3m,质量为M=1kg的木块随传送带一起以的速度向左匀速运动(传送带的传送速度恒定),木块与传送带间的动摩擦因数μ=0.5。当木块运动至最左端A点时,一颗质量为m=20g的子弹以水平向右的速度正对射入木块并穿出,穿出速度u=50m/s,以后每隔1s就有一颗子弹射向木块,设子弹射穿木块的时间极短,且每次射入点各不相同,g取。求:
(1)在被第二颗子弹击中前,木块向右运动离A点的最大距离?
(2)木块在传送带上最多能被多少颗子弹击中?
(3)从第一颗子弹射中木块到木块最终离开传送带的过程中,子弹、木块和传送带这一系统所产生的热能是多少?( g取)
解:(1)第一颗子弹射入木块过程中动量守恒 (1)
解得: (2)
木块向右作减速运动 加速度 (3)
木块速度减小为零所用时间为 (4)
解得 (5)
所以木块在被第二颗子弹击中前向右运动离A点最远时,速度为零,移动距离为解得。(6)
(2)在第二颗子弹射中木块前,木块再向左作加速运动,时间 (7)
速度增大为(恰与传递带同速) (8)
向左移动的位移为 (9)
所以两颗子弹射中木块的时间间隔内,木块总位移方向向右 (10)
第16颗子弹击中前,木块向右移动的位移为 (11)
第16颗子弹击中后,木块将会再向右先移动0.9m,总位移为0.9m+7.5=8.4m>8.3m木块将从B端落下。
所以木块在传送带上最多能被16颗子弹击中。
(3)第一颗子弹击穿木块过程中产生的热量为 (12)
木块向右减速运动过程中板对传送带的位移为 (13)
产生的热量为 (14)
木块向左加速运动过程中相对传送带的位移为 (15)
产生的热量为 (16)
第16颗子弹射入后木块滑行时间为有 (17)
解得 (18)
木块与传送带的相对位移为 (19)
产生的热量为 (20)
全过程中产生的热量为
解得Q=14155.5J (21)
4.(13分)如图所示,AB是一段位于竖直平面内的光滑轨道,高度为h,末端B处的切线方向水平.一个质量为m的小物体P从轨道顶端A处由静止释放,滑到B端后飞出,落到地面上的C点,轨迹如图中虚线BC所示.已知它落地时相对于B点的水平位移OC=l.
现在轨道下方紧贴B点安装一水平传送带,传送带的右端与B的距离为l/2.当传送带静止时,让P再次从A点由静止释放,它离开轨道并在传送带上滑行后从右端水平飞出,仍然落在地面的C点.当驱动轮转动从而带动传送带以速度v匀速向右运动时(其他条件不变),P的落地点为D.(不计空气阻力)
(1)求P滑至B点时的速度大小;
(2)求P与传送带之间的动摩擦因数 ;
(3)求出O、D间的距离s随速度v变化的函数关系式.
解:(1)物体P在AB轨道上滑动时,物体的机械能守恒,根据机械能守恒定律得物体P滑到B点时的速度为(3分)
(2)当没有传送带时,物体离开B点后作平抛运动,运动时间为t,当B点下方的传送带静止时,物体从传送带右端水平抛出,在空中运动的时间也为t,水平位移为,因此物体从传送带右端抛出的速度(2分).
根据动能定理,物体在传送带上滑动时,有(1分).
解出物体与传送带之间的动摩擦因数为(1分).
(3)当传送带向右运动时,若传送带的速度,即时,物体在传送带上一直做匀减速运动,离开传送带的速度仍为,落地的水平位移为,即s=l (2分).
当传送带的速度时,物体将会在传送带上做一段匀变速运动.如果尚未到达传送带右端,速度即与传送带速度相同,此后物体将做匀速运动,而后以速度v离开传送带.v的最大值为物体在传送带上一直加速而达到的速度,即.由此解得(1分).
当,物体将以速度离开传送带,因此得O、D之间的距离为(1分).
当,即时,物体从传送带右端飞出时的速度为v,O、D之间的距离为(1分). 综合以上的结果,得出O、D间的距离s随速度v变化的函数关系式为:(1分)
3.(18分)质量为m的小滑块自圆弧形轨道上端由静止滑下,如图所示,圆弧形轨道半径为R,高度为h. A点为弧形轨道与水平桌面的平滑连接点.滑块离开桌面后恰好落入静止在水平地面上的装满沙的总质量为M的小车中,桌面到小车上沙平面的高度也是h. 木块落入车内与沙面接触直到相对静止经过的较短时间为t. 试回答下列问题. 所有接触面的摩擦不计,重力加速度g已知,小车高度不计.
(1)滑块经过A点前后对轨道和桌面
的压力F1、F2各多大?
(2)小车最终的速度是多大?
(3)滑块落入车中直到相对车静止的过
程中小车对地面的平均压力多大?
解:(1)滑块沿弧形轨道下滑的过程中
①
经过A点前的瞬间: ②
③
经过A点后,滑块沿桌面匀速直线运动∴经过A点的瞬间: ④
(2)滑块离开桌面做平抛运动
落入车内时,竖直方向分速度 ⑤
水平方向分速度
滑块与小车水平方向动量守恒. ⑥
⑦
(3)由动量定理: ⑧
⑨
小车对地的压力是 ⑩
评分标准:③⑦各1分,①②④⑤⑥⑧⑨⑩各2分,共18分
2.(10分)如图所示,在工厂的流水线上安装有水平传送带,用水平传送带传送工件,可以大大提高工作效率,水平传送带以恒定的速率运送质量为的工件,工件都是以的初速度从A位置滑上传送带,工件与传送带之间的动摩擦因数,每当前一个工件在传送带上停止相对滑动时,后一个工件立即滑上传送带,取,求:
(1)工件滑上传送带后多长时间停止相对滑动
(2)在正常运行状态下传送带上相邻工件间的距离
(3)在传送带上摩擦力对每个工件做的功
(4)每个工件与传送带之间由于摩擦产生的内能
解:(1)工作停止相对滑动前的加速度 ①
由可知: ②
(2)正常运行状态下传送带上相邻工件间的距离 ③
(3) ④
(4)工件停止相对滑动前相对于传送带滑行的距离
⑤
⑥
评分标准:①③④⑤式各2分 ②⑥式各1分,共10分
1.(14分)如图所示,水平传送带水平段长=6米,两皮带轮直径均为D=0.2米,距地面高度H=5米,与传送带等高的光滑平台上有一个小物体以v0=5m/s的初速度滑上传送带,物块与传送带间的动摩擦因数为0.2,g=10m/s2,求:
(1)若传送带静止,物块滑到B端作平抛运动的水平距离S0。
(2)当皮带轮匀速转动,角速度为ω,物体平抛运动水平位移s;以不同的角速度ω值重复上述过程,得到一组对应的ω,s值,设皮带轮顺时针转动时ω>0,逆时针转动时ω<0,并画出s-ω关系图象。
解:(1)
(2)综上s-ω关系为:
15、如图所示,两个质量均为m的重物A、B用劲度系数为k的轻弹簧连结后,竖直放到水平地面上,B与地面接触,开始A、B均静止。今用竖直向上拉力F作用在A上,且F = mg,下列说法正确的是
A.A上升最大高度为 B.A上升时间为
C.A上升过程中,该系统机械能守恒
D.A上升过程中,弹簧对A弹力冲量为
解:AB。
本题主要考查能量转换关系、机械能守恒的条件、简谐振动的周期及冲量的计算等。开始时,受F力作用时,弹性势能转变成弹簧恢复原长时物体的动能,物体再上升时,物体的动能又转变成弹性势能,物体增加的重力势能由外力F做功提供,上升时机械能不守恒。开始弹簧被压缩,设压缩量为x,则kx = mg,x = mg/k,物体再上升的高度仍为x,故物体上升的最大高度为2x,则2x=2mg/k。物体做简谐振动的周期,而物体从受F力作用开始,上升到最大高度这段时间为。在上升过程中,弹簧对A的作用力在前内方向向上,后内对A的作用力方向向下,其大小不断变化,但总冲量为零。
14.(10分)如图所示,A、B是两相同的小物块,C是轻弹簧,用一根细线连接A、B使弹簧C处于压缩状态,然后放置在光滑的水平桌面上。提供的测量器材有天平和刻度尺。试设计一个测定弹簧此时弹性势能Ep的实验方案,写出实验中应测定的物理量(同时用相应的字母表示),并写出计算弹簧弹性势能Ep的表达式(用测得物理量的字母表示)。
解:应测量的数据有 :
①小物块的质量m
②两小物块的落地点之间的距离s
③桌面的高度h
④桌面的宽度d(5分,其他做法可行的也给5分)
(5分,其他做法可行的也给5分)
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