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- 2021-06-01 发布
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新余一中2019--2020年度高一年级下学期物理测试卷
本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分,时间90分钟。
第Ⅰ卷(选择题 共40分)
一、选择题(共10小题,每小题4分,共40分,在每小题给出的四个选项中,第1~6小题只有一个选项符合题目要求,第7~10小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分)
1.(2019·山东省济南一中高一下学期合格考)列车在通过桥梁、隧道的时候,要提前减速。假设列车的减速过程可看作匀减速直线运动,下列与其运动相关的物理量(位移x、加速度a、速度v、动能Ek)随时间t变化的图像,能正确反映其规律的是( )
2.2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。石墨烯是目前世界上已知的强度最高的材料,它的发现使“太空电梯”缆线的制造成为可能,人类将有望通过“太空电梯”进入太空。现假设有一“太空电梯”悬在赤道上空某处,相对地球静止,如图所示,那么关于“太空电梯”,下列说法正确的是( )
A.“太空电梯”各点均处于完全失重状态
B.“太空电梯”各点运行周期随高度增大而增大
C.“太空电梯”上各点线速度与该点离地球球心距离的开方成反比
D.“太空电梯”上各点线速度与该点离地球球心距离成正比
3.(2019·辽宁省沈阳二十中高一下学期期中)如图所示,一铁球用细线悬挂于天花板上,静止垂在桌子的边缘, 细线穿过一光盘的中间孔,手推光盘在桌面上平移, 光盘带动细线紧贴着桌子的边缘以水平速度v匀速运动,当光盘由A位置运动到图中虚线所示的B位置时,细线与竖直方向的夹角为θ,此时铁球( )
A.竖直方向速度大小为vcosθ
B.竖直方向速度大小为vsinθ
C.竖直方向速度大小为vtanθ
D.相对于地面速度大小为v
4.(2018·吉林省实验中学高一下学期期末)如图所示,小球从静止开始沿光滑曲面轨道AB
滑下,从B端水平飞出,撞击到一个与地面呈θ=37°的斜面上,撞击点为C。已知斜面上端与曲面末端B相连。若AB的高度差为h,BC间的高度差为H,则h与H的比值等于(不计空气阻力,sin37°=0.6,cos37°=0.8)( )
A. B.
C. D.
5.(2019·浙江省诸暨中学高一下学期期中)浙江省诸暨陈蔡镇是我省有名的板栗产地。如图为老乡敲打板栗的情形,假设某一次敲打时,离地4 m处的板栗被敲打后以4 m/s的速度水平飞出。已知板栗的质量为20 g,(忽略空气阻力作用,以地面为零势能面) ,则关于该板栗下列说法正确的是( )
A.水平飞出时的重力势能是0.08 J
B.落地时的机械能为0.16 J
C.在离地高1 m处的势能是其机械能的5/24
D.有可能击中离敲出点水平距离为5 m的工人
6.“太空涂鸦”技术就是使低轨运行的攻击卫星在接近高轨侦查卫星时,准确计算轨道向其发射“漆雾”弹,并在临近侦查卫星时,压爆弹囊,让“漆雾”散开并喷向侦查卫星,喷散后强力吸附在侦查卫星的侦察镜头、太阳能板、电子侦察传感器等关键设备上,使之暂时失效。下列说法正确的是( )
A.攻击卫星在轨运行速率大于7.9 km/s
B.攻击卫星进攻前的速度比侦查卫星的速度小
C.攻击卫星完成“太空涂鸦”后应减速才能返回低轨道上
D.若攻击卫星周期已知,结合万有引力常量就可计算出地球质量
7.(2018·河北唐山一中高一下学期期中)如图所示,从水平地面上同一位置先后抛出的两个质量相等的小球P、Q,分别落在地面上的M、N点,两球运动的最大高度相同,不计空气阻力,则下列说法正确的是( )
A.P、Q的飞行时间相等
B.P与Q在空中不可能相遇
C.P、Q落地时的重力的瞬时功率相等
D.P落地时的动能大于Q落地时的动能
8.如图甲、乙中是一质量m=6×103kg的公共汽车在t=0和t=4 s末两个时刻的两张照片。当t=0时,汽车刚启动(汽车的运动可看成匀加速直线运动)。图丙是车内横杆上悬挂的手拉环的图像,测得θ=30°。根据题中提供的信息,能估算出的物理量是( )
A.汽车的长度
B.4 s内汽车牵引力所做的功
C.4 s末汽车的速度
D.4 s末汽车合外力的瞬时功率
9.一宇航员到达半径为R、密度均匀的某星球表面,做如下实验:用不可伸长的轻绳拴一质量为m的小球,上端固定在O点,如图甲所示,现在最低点处给小球一初速度,使其绕O点在竖直平面内做圆周运动,通过传感器记录下绳中 拉力大小F随时间t的变化规律如图乙所示,已知F1的大小等于7F2,引力常量为G,各种阻力不计,则( )
A.该星球表面的重力加速度为
B.卫星绕该星球的第一宇宙速度为
C.该星球的质量为
D.小球通过最高点的最小速度为零
10.(2017·河北石家庄一中高一下学期期中)如图所示,半径为R,表面光滑的半圆柱体固定于水平地面上,其圆心在O点。位于竖直面内的光滑曲线轨道AB的底端水平,与半圆柱相切于半圆柱面顶点B。质量为m的小滑块从距B点高为R的A点由静止释放,则小滑块( )
A.将沿半圆柱体表面做圆周运动
B.落地点距离O点的距离为R
C.将从B点开始做平抛运动
D.落地时的速度大小为2
第Ⅱ卷(非选择题 共60分)
二、填空题(共3小题,共18分。把答案直接填在横线上)
11.(5分)“神舟十号”飞船在预定轨道上做匀速圆周运动,在该飞船的密封舱内,如图所示的实验能够进行的是____。
12.(6分)小刚同学用如图实验装置研究“机械能守恒定律”。他进行了如下实验操作并测出如下数值。
①用天平测定小球的质量为0.50 kg;
②用游标卡尺测出小球的直径为10.0 mm;
③用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为82.05 cm;
④电磁铁先通电,让小球吸在开始端;
⑤电磁铁断电后,小球自由下落;
⑥在小球经过光电门时间内,计时装置记下小球经过光电门所用时间为2.50×10-3s,由此可算得小球经过光电门的速度;
⑦计算得出小球重力势能减小量ΔEp=____J,小球的动能变化量ΔEk=____J。(g取9.8 m/s2,结果保留三位有效数字)
从实验结果中发现ΔEp____ΔEk(填“稍大于”“稍小于”或“等于”),试分析可能的原因__ _ _。
13.(7分)(2017·辽宁省庄河市高级中学高一下学期期末)理论分析可得出弹簧的弹性势能公式Ep=kx2(式中k为弹簧的劲度系数, x为弹簧长度的变化量)。为验证这一结论,A、B两位同学设计了以下的实验:
①两位同学首先都进行了如图甲所示的实验:将一根轻质弹簧竖直挂起,在弹簧的另一端挂上一个已知质量为m的小铁球,稳定后测得弹簧的伸长量为d。
②A同学完成步骤①后,接着进行了如图乙所示的实验:将这根弹簧竖直地固定在水平桌面上,并把小铁球放在弹簧上,然后再竖直套上一根带有插销孔的长透明塑料管,利用插销压缩弹簧。拔掉插销时,弹簧对小球做功,使小球弹起,测得弹簧的压缩量x和小铁球上升的最大高度H。
③B同学完成步骤①后,接着进行了如图丙所示的实验:将弹簧放在水平桌面上,一端固定在竖直的墙上,另一端被小铁球压缩,测得压缩量为x,释放弹簧后,小铁球从高为h的桌面上水平抛出,抛出的水平距离为L。
(1)A、B两位同学进行图甲所示的实验目的是为了确定什 么物理量,这个物理量是____;请用m、d、g表示该物理量____。
(2)如果Ep=kx2成立,那么:A同学测出的物理量x与d、H的关系式是x=____;B同学测出的物理量x与d、h、L的关系式是x=____。
三、论述·计算题(共4小题,共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
14.(9分)(2019·湖北武汉华中师范大学第一附属中学高一上学期期末)“抛石机”
是古代战争中常用的一种设备。如图所示,某学习小组用自制的抛石机演练抛石过程。已知所用抛石机长臂的长度L=2 m,质量m=1.0 kg的石块装在长臂末端的口袋中,开始时长臂处于静止状态,与水平面间的夹角α=30°,现对短臂施力,当长臂转到竖直位置时立即停止转动,水平抛出前,石块对长臂顶部向上的压力为2.5 N,抛出后垂直打在倾角为45°的斜面上,不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2试求斜面的右端点A距抛出点的水平距离。
15.(10分)在半径R=5 000 km的某星球表面,宇航员做了如下实验,实验装置如图甲所示。竖直平面内的光滑轨道由斜轨道AB和圆弧轨道BC组成,将质量m=0.2 kg的小球,从轨道AB上高H处的某点静止释放,用力传感器测出小球经过C点时对轨道的压力F,改变H的大小,可测出F随H的变化关系如图乙所示,求:
(1)圆轨道的半径;
(2)该星球的第一宇宙速度。
答案
第Ⅰ卷(选择题 共40分)
一、选择题(共10小题,每小题4分,共40分,在每小题给出的四个选项中,第1~6小题只有一个选项符合题目要求,第7~10小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分)
1.(2019·山东省济南一中高一下学期合格考)列车在通过桥梁、隧道的时候,要提前减速。假设列车的减速过程可看作匀减速直线运动,下列与其运动相关的物理量(位移x、加速度a、速度v、动能Ek)随时间t变化的图像,能正确反映其规律的是( C )
解析:由火车减速过程中位移与时间的关系x=v0t-at2可知,位移时间图像为开口向下的二次函数图线,故A错误;由于火车做匀减速运动,故加速度恒定不变,故B错误;火车减速过程速度与时间的关系式v=v0-at,可知速度时间关系为一次函数图线且斜率为负,故C正确;由动能公式Ek=mv2。可得,火车在减速过程中,动能与时间的关系表达式为二次函数关系,故D错误。
2.2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。石墨烯是目前世界上已知的强度最高的材料,它的发现使“太空电梯”缆线的制造成为可能,人类将有望通过“太空电梯”进入太空。现假设有一“太空电梯”悬在赤道上空某处,相对地球静止,如图所示,那么关于“太空电梯”,下列说法正确的是( D )
A.“太空电梯”各点均处于完全失重状态
B.“太空电梯”各点运行周期随高度增大而增大
C.“太空电梯”上各点线速度与该点离地球球心距离的开方成反比
D.“太空电梯”上各点线速度与该点离地球球心距离成正比
解析:“太空电梯”随地球一起自转,其周期相同,B错;根据v=ωr可知C错,D对;“太空电梯”不处于完全失重状态,A错。
3.(2019·辽宁省沈阳二十中高一下学期期中)如图所示,一铁球用细线悬挂于天花板上,静止垂在桌子的边缘, 细线穿过一光盘的中间孔,手推光盘在桌面上平移,
光盘带动细线紧贴着桌子的边缘以水平速度v匀速运动,当光盘由A位置运动到图中虚线所示的B位置时,细线与竖直方向的夹角为θ,此时铁球( B )
A.竖直方向速度大小为vcosθ
B.竖直方向速度大小为vsinθ
C.竖直方向速度大小为vtanθ
D.相对于地面速度大小为v
解析:线与光盘交点参与两个运动,一是沿着线的方向运动,二是垂直线的方向运动,则合运动的速度大小为v,由数学三角函数关系,则有: v球=v线=vsinθ,而沿线的速度的大小,即为小球上升的速度大小,故B正确,AC错误;球相对于地面速度大小为v=,故D错误。
4.(2018·吉林省实验中学高一下学期期末)如图所示,小球从静止开始沿光滑曲面轨道AB滑下,从B端水平飞出,撞击到一个与地面呈θ=37°的斜面上,撞击点为C。已知斜面上端与曲面末端B相连。若AB的高度差为h,BC间的高度差为H,则h与H的比值等于(不计空气阻力,sin37°=0.6,cos37°=0.8)( C )
A. B.
C. D.
解析:小球下滑过程中机械能守恒,则有:mgh=mv,解得:vB=,到达B点后小球做平抛运动,在竖直方向有H=gt2,水平方向x=vBt,根据几何关系有:tan37°=,解得:=,故C正确,ABD错误。
5.(2019·浙江省诸暨中学高一下学期期中)浙江省诸暨陈蔡镇是我省有名的板栗产地。如图为老乡敲打板栗的情形,假设某一次敲打时,离地4 m处的板栗被敲打后以4 m/s的速度水平飞出。已知板栗的质量为20 g,(忽略空气阻力作用,以地面为零势能面) ,则关于该板栗下列说法正确的是( C )
A.水平飞出时的重力势能是0.08 J
B.落地时的机械能为0.16 J
C.在离地高1 m处的势能是其机械能的5/24
D.有可能击中离敲出点水平距离为5 m的工人
解析:以地面为零势能面,板栗相对参考平面的高度为h=4 m,所以重力势能为Ep=mgh=20×10-3×10×4 J=0.8 J, 故A错误;由于板栗做平抛运动过程中机械能守恒,所以落地时的机械能等于抛出时的机械能,即为E=Ep+Ek=Ep+mv=(0.8+×20×10-3×42) J=0.96 J,故B错误;在离地高为1 m处的重力势能为Ep=mgh1=20×10-3×10×1 J=0.2 J,所以在离地高1 m处的势能是其机械能的=,故C正确;板栗竖直方向做自由落体运动,由公式h=gt2得t== s,板栗水平方向的位移为:x=v0t=4×m≈3.6 m,所以不可能击中离敲出点水平距离为5 m的工人,故D错误。
6.“太空涂鸦”技术就是使低轨运行的攻击卫星在接近高轨侦查卫星时,准确计算轨道向其发射“漆雾”弹,并在临近侦查卫星时,压爆弹囊,让“漆雾”散开并喷向侦查卫星,喷散后强力吸附在侦查卫星的侦察镜头、太阳能板、电子侦察传感器等关键设备上,使之暂时失效。下列说法正确的是( C )
A.攻击卫星在轨运行速率大于7.9 km/s
B.攻击卫星进攻前的速度比侦查卫星的速度小
C.攻击卫星完成“太空涂鸦”后应减速才能返回低轨道上
D.若攻击卫星周期已知,结合万有引力常量就可计算出地球质量
解析:7.9 km/s是地球卫星的最大环绕速度,选项A错误;攻击卫星进攻前在低轨运行,轨道半径小于高轨侦查卫星,根据G=m可知攻击卫星进攻前的速度比侦查卫星的速度大,选项B错误;攻击卫星完成“太空涂鸦”后减速做向心运动能返回低轨道上,选项C正确;根据G=mr可知,计算地球质量,除了知道攻击卫星周期、万有引力常量,还需知道攻击卫星的轨道半径,选项D错误。
7.(2018·河北唐山一中高一下学期期中)如图所示,从水平地面上同一位置先后抛出的两个质量相等的小球P、Q,分别落在地面上的M、N点,两球运动的最大高度相同,不计空气阻力,则下列说法正确的是( AC )
A.P、Q的飞行时间相等
B.P与Q在空中不可能相遇
C.P、Q落地时的重力的瞬时功率相等
D.P落地时的动能大于Q落地时的动能
解析:因两球上升的高度相同,所以在空中飞行的时间相等,落地时竖直方向的速度相等,故选项A、C正确;P、Q有可能相遇,B错;Q球的水平初速度大,故落地动能大,D错。
8.如图甲、乙中是一质量m=6×103kg的公共汽车在t=0和t=4 s末两个时刻的两张照片。当t=0时,汽车刚启动(汽车的运动可看成匀加速直线运动)。图丙是车内横杆上悬挂的手拉环的图像,测得θ=30°。根据题中提供的信息,能估算出的物理量是( ACD )
A.汽车的长度
B.4 s内汽车牵引力所做的功
C.4 s末汽车的速度
D.4 s末汽车合外力的瞬时功率
解析:根据题图丙,通过对手拉环受力分析,结合牛顿第二定律可知,汽车的加速度为a=gtanθ= m/s2,所以,t=4 s末汽车的速度v=at= m/s ,选项C可估算;根据图甲、乙可知,汽车的长度等于4 s内汽车的位移,即l=at2= m,选项A可估算;因为4 s末汽车的瞬时速度可求出,汽车的合外力F=ma也可求出,所以汽车在4 s末的瞬时功率为P=Fv也可估算,即选项D可估算;因为不知汽车与地面间的摩擦力,所以无法估算4 s内汽车牵引力所做的功。
9.一宇航员到达半径为R、密度均匀的某星球表面,做如下实验:用不可伸长的轻绳拴一质量为m的小球,上端固定在O点,如图甲所示,现在最低点处给小球一初速度,使其绕O点在竖直平面内做圆周运动,通过传感器记录下绳中 拉力大小F随时间t的变化规律如图乙所示,已知F1的大小等于7F2,引力常量为G,各种阻力不计,则( AC )
A.该星球表面的重力加速度为
B.卫星绕该星球的第一宇宙速度为
C.该星球的质量为
D.小球通过最高点的最小速度为零
解析:设砝码在最低点时细线的拉力为F1,速度为v1,则F1-mg=m ①
设砝码在最高点细线的拉力为F2,速度为v2,则
F2+mg=m ②
由机械能守恒定律得mg2R+mv=mv ③
由①②③解得g= ④
又:F1=7F2,所以该星球表面的重力加速度为g=,故A正确。
根据万有引力提供向心力得:m=mg卫星绕该星球的第一宇宙速度为v==,故B错误,在星球表面万有引力近似等于重力G=m′g ⑤
由④、⑤解得M==,故C正确。小球在最高点的速度不能为零,D错。
10.(2017·河北石家庄一中高一下学期期中)如图所示,半径为R,表面光滑的半圆柱体固定于水平地面上,其圆心在O点。位于竖直面内的光滑曲线轨道AB的底端水平,与半圆柱相切于半圆柱面顶点B。质量为m的小滑块从距B点高为R的A点由静止释放,则小滑块( CD )
A.将沿半圆柱体表面做圆周运动
B.落地点距离O点的距离为R
C.将从B点开始做平抛运动
D.落地时的速度大小为2
解析:由机械能守恒得:mgR=mv得vB=>,故滑块从B点开始做平抛运动,A错,C正确;x=vBt=2R,B错;设落地速度为v,则mv2=mg2R,得v=
2,故D正确。
第Ⅱ卷(非选择题 共60分)
二、填空题(共3小题,共18分。把答案直接填在横线上)
11.(5分)“神舟十号”飞船在预定轨道上做匀速圆周运动,在该飞船的密封舱内,如图所示的实验能够进行的是__C__。
解析:飞船在预定轨道上做匀速圆周运动,飞船内的一切物体都处于完全失重状态,与重力相关的现象都消失了,故正确选项为C。
12.(6分)小刚同学用如图实验装置研究“机械能守恒定律”。他进行了如下实验操作并测出如下数值。
①用天平测定小球的质量为0.50 kg;
②用游标卡尺测出小球的直径为10.0 mm;
③用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为82.05 cm;
④电磁铁先通电,让小球吸在开始端;
⑤电磁铁断电后,小球自由下落;
⑥在小球经过光电门时间内,计时装置记下小球经过光电门所用时间为2.50×10-3s,由此可算得小球经过光电门的速度;
⑦计算得出小球重力势能减小量ΔEp=__4.02__J,小球的动能变化量ΔEk=__4.00__J。(g取9.8 m/s2,结果保留三位有效数字)
从实验结果中发现ΔEp__稍大于__ΔEk(填“稍大于”“稍小于”或“等于”),试分析可能的原因__空气阻力的影响,高度测量中忽略了小球的尺度等__。
解析:v== m/s=4 m/s
ΔEp=mgh=0.5×9.8×0.820 5 J=4.02 J
ΔEk=mv2=×0.5×42 J=4 J
13.(7分)(2017·辽宁省庄河市高级中学高一下学期期末)理论分析可得出弹簧的弹性势能公式Ep=kx2(式中k为弹簧的劲度系数, x为弹簧长度的变化量)。为验证这一结论,A、B两位同学设计了以下的实验:
①两位同学首先都进行了如图甲所示的实验:将一根轻质弹簧竖直挂起,在弹簧的另一端挂上一个已知质量为m的小铁球,稳定后测得弹簧的伸长量为d。
②A同学完成步骤①后,接着进行了如图乙所示的实验:将这根弹簧竖直地固定在水平桌面上,并把小铁球放在弹簧上,然后再竖直套上一根带有插销孔的长透明塑料管,利用插销压缩弹簧。拔掉插销时,弹簧对小球做功,使小球弹起,测得弹簧的压缩量x和小铁球上升的最大高度H。
③B同学完成步骤①后,接着进行了如图丙所示的实验:将弹簧放在水平桌面上,一端固定在竖直的墙上,另一端被小铁球压缩,测得压缩量为x,释放弹簧后,小铁球从高为h的桌面上水平抛出,抛出的水平距离为L。
(1)A、B两位同学进行图甲所示的实验目的是为了确定什 么物理量,这个物理量是__弹簧的劲度系数k__;请用m、d、g表示该物理量__k=__。
(2)如果Ep=kx2成立,那么:A同学测出的物理量x与d、H的关系式是x=____;B同学测出的物理量x与d、h、L的关系式是x=__L__。
解析:(1)A、B两位同学进行图甲所示的实验,目的是为了确定弹簧的劲度系数;根据胡克定律k=,则有:k=;
(2)A同学实验中,根据弹簧的弹性势能转化为重力势能,则有:kx2=mgH,k=,由上解得:x=;B同学实验中,弹簧的弹性势能转化为动能,而动能则借助于平抛运动来测得初速度,v0==L,
所以:kx2=m(L)2,解得:x=L。
三、论述·计算题(共4小题,共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
14.(9分)(2019·湖北武汉华中师范大学第一附属中学高一上学期期末)“抛石机”是古代战争中常用的一种设备。如图所示,某学习小组用自制的抛石机演练抛石过程。已知所用抛石机长臂的长度L=2 m,质量m=1.0 kg的石块装在长臂末端的口袋中,开始时长臂处于静止状态,与水平面间的夹角α=30°,现对短臂施力,当长臂转到竖直位置时立即停止转动,水平抛出前,石块对长臂顶部向上的压力为2.5 N,抛出后垂直打在倾角为45°的斜面上,不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2试求斜面的右端点A距抛出点的水平距离。
答案:0.75 m
解析:石块在长臂顶部时,根据牛顿第二定律可得:
mg+FN=m
解得v0=5 m/s
石块被抛出后做平抛运动,垂直打在45°角的斜面上,则vy=v0=5 m/s
则vy=gt可得t=0.5 s,则水平方向:x=v0t=2.5 m
竖直方向:L+Lsin30°-h=gt2,h=1.75 m
斜面的右端点A距抛出点的水平距离:s=x-htan45°=0.75 m
15.(10分)在半径R=5 000 km的某星球表面,宇航员做了如下实验,实验装置如图甲所示。竖直平面内的光滑轨道由斜轨道AB和圆弧轨道BC组成,将质量m=0.2 kg的小球,从轨道AB上高H处的某点静止释放,用力传感器测出小球经过C点时对轨道的压力F,改变H的大小,可测出F随H的变化关系如图乙所示,求:
(1)圆轨道的半径;
(2)该星球的第一宇宙速度。
答案:(1)0.2 m (2)5×103 m/s
解析:(1)小球过C点时满足F+mg=m①
又根据mg(H-2r)=mv②
由①②得:F=H-5mg③
由图可知:H1=0.5 m时F1=0;代入③可得r=0.2 m
H2=1.0 m时F2=5 N;代入③可得g=5 m/s2
(2)据m=mg
可得v==5×103 m/s
16.(11分)如图所示,半径R=0.8 m的光滑圆弧轨道固定在水平地面上,O为该圆弧的圆心,轨道上方的A处有一个可视为质点的质量m=1kg的小物块,小物块由静止开始下落后恰好沿切线进入圆弧轨道.此后小物
块将沿圆弧轨道下滑,已知AO连线与水平方向的夹角θ=45°,在轨道末端C点紧靠一质量M=3kg的长木板,木板上表面与圆弧轨道末端的切线相平,木板下表面与水平地面之间光滑,小物块与长木板间的动摩擦因数μ=0.3,g取10 m/s2。求:
(1)小物块刚到达C点时的速度大小;
(2)小物块刚要到达圆弧轨道末端C点时对轨道的压力;
(3)要使小物块不滑出长木板,木板长度L至少为多少?
答案:(1)4 m/s (2)50 N方向竖直向下 (3)4 m
解析:(1)小物块从A到C,根据机械能守恒有
mg2R=mv,解得vC=4 m/s。
(2)小物块刚要到C点,由牛顿第二定律有
FN-mg=mv/R,解得FN=50 N。
由牛顿第三定律,小物块对C点的压力FN′=50 N,方向竖直向下。
(3)设小物块刚滑到木板右端时达到共同速度,大小为v,小物块在长木板上滑行过程中,小物块与长木板的加速度分别为
am=μmg/m
aM=μmg/M
v=vC-amt
v=aMt
将数据代入上面各式解得v= m/s
由能量守恒得mv=μmgL+(M+m)v2
将数据代入解得L=4 m。
17.(12分)(2019·福建省宁德市“同心联盟”高一下学期联考)如图所示,在距地面高h1=2 m的光滑水平台面上,一个质量m=1 kg的小物块压缩弹簧后被锁扣K锁住,储存的弹性势能Ep=4.5 J。现打开锁扣K,物块与弹簧分离后将以一定的水平速度向右滑离平台,并恰好从B点沿切线方向进入光滑的BC斜面,已知B点距水平地面的高h2=1.2 m,小物块过C点无机械能损失,并与水平地面上长为L=10 m的粗糙直轨道CD平滑连接,小物块沿轨道BCD运动并与右边的竖直墙壁发生碰撞,重力加速度g=10 m/s2,空气阻力忽略不计。试求:
(1)小物块运动到平台末端A的瞬时速度vA大小;
(2)小物块从A到B的时间、水平位移大小以及斜面倾角θ的正切(tanθ)大小;
(3)若小物块与墙壁碰撞后速度等大反向,只会发生一次碰撞,且不能再次经过C点,那么小物块与轨道CD之间的动摩擦因数μ应该满足怎样的条件。
答案:(1)3 m/s (2)0.4 s 1.2 m (3)0.122 5≤μ≤0.245
解析:(1)小物块与弹簧分离过程中,机械能守恒
EP=mv,vA=3 m/s
(2)从A到B点过程,根据平抛运动规律可知,
h1-h2=gt2
t=0.4 s
水平位移:x=vAt
x=1.2 m
vy=gt=4 m/s
tanθ==
(3)依据题意有①μ的最大值对应的是物块撞墙瞬间的速度趋近于零,根据功能关系有:
mgh1+EP>μmgL
带入数据解得:μ<0.245
②对于μ的最小值求解,物体第一次碰撞后反弹,恰好不能过C点,根据功能关系有:
mgh1+Ep≤2μmgL
解得μ≥0.122 5
综上可知满足题目条件的动摩擦因数μ值:0.122 5≤μ<0.245
16.(11分)如图所示,半径R=0.8 m的光滑圆弧轨道固定在水平地面上,O为该圆弧的圆心,轨道上方的A处有一个可视为质点的质量m=1kg的小物块,小物块由静止开始下落后恰好沿切线进入圆弧轨道.此后小物块将沿圆弧轨道下滑,已知AO连线与水平方向的夹角θ=45°,在轨道末端C点紧靠一质量M=3kg的长木板,木板上表面与圆弧轨道末端的切线相平,木板下表面与水平地面之间光滑,小物块与长木板间的动摩擦因数μ=0.3,g取10 m/s2。求:
(1)小物块刚到达C点时的速度大小;
(2)小物块刚要到达圆弧轨道末端C点时对轨道的压力;
(3)要使小物块不滑出长木板,木板长度L至少为多少?
17.(12分)(2019·福建省宁德市“同心联盟”高一下学期联考)如图所示,在距地面高h1=2 m的光滑水平台面上,一个质量m=1 kg的小物块压缩弹簧后被锁扣K锁住,储存的弹性势能Ep=4.5 J。现打开锁扣K,物块与弹簧分离后将以一定的水平速度向右滑离平台,并恰好从B点沿切线方向进入光滑的BC斜面,已知B点距水平地面的高h2=1.2 m,小物块过C点无机械能损失,并与水平地面上长为L=10 m的粗糙直轨道CD平滑连接,小物块沿轨道BCD运动并与右边的竖直墙壁发生碰撞,重力加速度g=10 m/s2,空气阻力忽略不计。试求:
(1)小物块运动到平台末端A的瞬时速度vA大小;
(2)小物块从A到B的时间、水平位移大小以及斜面倾角θ的正切(tanθ)大小;
(3)若小物块与墙壁碰撞后速度等大反向,只会发生一次碰撞,且不能再次经过C点,那么小物块与轨道CD之间的动摩擦因数μ应该满足怎样的条件。