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【物理】物理曲线运动练习题含答案及解析

在D点,根据牛顿运动定律有
代入数据解得
由牛顿第三定律知,小物块对轨道作用力大小为
(3)由D点到落地点物块做平抛运动竖直方向有
落地点与B点之间的距离为
代入数据解得
点睛:本题是动能定理、牛顿第二定律和圆周运动以及平抛运动规律的综合应用,关键是确定运动过程,分析运动规律,选择合适的物理规律列方程求解.
8.如图所示,固定的粗糙弧形轨道下端B点水平,上端A与B点的高度差为h1=0.3 m,倾斜传送带与水平方向的夹角为θ=37°,传送带的上端C点到B点的高度差为h2=0.1125m(传送带传动轮的大小可忽略不计).一质量为m=1 kg的滑块(可看作质点)从轨道的A点由静止滑下,然后从B点抛出,恰好以平行于传送带的速度从C点落到传送带上,传送带逆时针传动,速度大小为v=0.5 m/s,滑块与传送带间的动摩擦因数为μ=0.8,且传送带足够长,滑块运动过程中空气阻力忽略不计,g=10 m/s2,试求:
(1)求小球在最低点时的速度大小;
(2)如果在小球通过最低点时,突然在空间产生竖直向下的匀强电场,若使小球在后面的运动中,绳出现松软状态,求电场强度可能的大小。
【答案】(1) (2)
【解析】
【详解】
(1)在最低点,由向心力公式得:
解得:
(2)果在小球通过最低点时,突然在空间产生竖直向下的匀强电场,若使小球在后面的运动中,绳出现松软状态,说明小球能通过与圆心等的水平面,但不能通过最高点。
从O点到P点,变力 做功
根据动能定理有 ,解得
根据速度的合成与分解有 ,得 ,小球到达P点时速度与x轴正方向成
(2)小球离开P点后做平抛运动,根据平抛运动规律有 ,解得t=0.4s
小球位移在水平面内投影
设P点在地面的投影为 ,则
由几何关系可得 ,解得s=1.5m
滑块要与小球相遇,必须沿MN连线运动,由 ,得
(1)某同学给A一个水平瞬时冲量I,A开始在玻璃板上表面做圆周运动且刚好对玻璃板无压力,求I满足的表达式;
(2)A运动半周时刚好与静止的B发生对心弹性正碰,B从玻璃板表面飞出落地,求小球B的落点到O1的距离.
【答案】(1) (2)3H
【解析】
设细绳与竖直方向夹角为θ
(1) ,A圆周运动轨道半径为H
由A的受力分析可知:
解得:
②若小球能通过圆形轨道的最高点
小球能通过最高点有:
由机械能守恒定律得:
代入数值解得:
要使木板不会在竖直方向上跳起,木板对球的压力:
在最高点有:
由机械能守恒定律得:
解得:
综上所述为保证小球不脱离圆形轨道,且木板不会在竖直方向上跳起,子弹速度的范围是 或
2.如图所示,物体A置于静止在光滑水平面上的平板小车B的左端,物体在A的上方O点用细线悬挂一小球C(可视为质点),线长L=0.8m.现将小球C拉至水平无初速度释放,并在最低点与物体A发生水平正碰,碰撞后小球C反弹的速度为2m/s.已知A、B、C的质量分别为mA=4kg、mB=8kg和mC=1kg,A、B间的动摩擦因数μ=0.2,A、C碰撞时间极短,且只碰一次,取重力加速度g=10m/s2.
4.如图所示,半径为 ,质量为m的小球与两根不可伸长的轻绳a,b连接,两轻绳的另一端分别固定在一根竖直光滑杆的A,B两点上.已知A,B两点相距为l,当两轻绳伸直后A、B两点到球心的距离均为l,重力加速度为g.
(1)装置静止时,求小球受到的绳子的拉力大小T;
(2)现以竖直杆为轴转动并达到稳定(轻绳a,b与杆在同一竖直平面内).
①小球恰好离开竖直杆时,竖直杆的角速度 多大?
②轻绳b伸直时,竖直杆的角速度 多大?
【答案】(1) (2)①ω0= ②
【解析】
【详解】
(1)设轻绳a与竖直杆的夹角为α
对小球进行受力分析得
解得:
(2)①小球恰好离开竖直杆时,小球与竖直杆间的作用力为零。可知小球做圆周运动的半径为
r=
解得:
ω0=
②轻绳b刚伸直时,轻绳a与竖直杆的夹角为60°,可知小球做圆周运动的半径为
(1)小球到达P点时的速度大小和方向;
(2)M、N两点间的距离s和滑块速度v的大小;
(3)外力F2最小值的大小(结果可用根式表示)
【答案】(1)5m/s方向与x轴正方向成53°(2)1.5m;3.75m/s(3)
【解析】(1)小球在平台上做曲线运动,可分解为沿x轴方向的匀速直线运动和沿y轴方向的变加速运动,设小球在P点受到 与x轴夹角为
则小球不能通过最高点,
由动能定理得:


也不可以低于O水平面

所以电场强度可能的大小范围为
7.如图所示,粗糙水平地面与半径 的光滑半圆轨道 在 点平滑连接, 点是半圆轨道 的圆心, 三点在同一竖直线上,质量 的小物块(可视为质点)静止在水平地面上的 点.某时刻用一压缩弹簧(未画出)将小物块沿 方向水平弹出,小物块经过 点时速度大小为 (不计空气阻力).已知 ,小物块与水平地面间的动摩擦因数 ,重力加速度大小 .求:
(1)压缩弹簧的弹性势能;
(2)小物块运动到半圆轨道最高点时,小物块对轨道作用力的大小;
(3)小物块离开最高点后落回到地面上的位置与 点之间的距离.
【答案】(1)140J (2)25N (3)4.8m
【解析】
(1)设压缩弹簧的弹性势能为 ,从A到B根据能量守恒,有
代入数据得
(2)从B到D,根据机械能守恒定律有
(3)设外力 的方向与滑块运动方向(水平方向)的夹角为β,根据平衡条件
水平方向有: ,其中 ,竖直方向有
联立解得
由数学知识可得 ,其最小值 。
10.如图所示,A、B两球质量均为m,用一长为l的轻绳相连,A球中间有孔套在光滑的足够长的水平横杆上,两球处于静止状态.现给B球水平向右的初速度v0,经一段时间后B球第一次到达最高点,此时小球位于水平横杆下方l/2处.(忽略轻绳形变)求:
,解得:
(2)C点的水平分速度与B点的速度相等,则
从A到B点的过程中,据动能定理得: ,解得:
(3)滑块在传送带上运动时,根据牛顿第二定律得:
解得:
达到共同速度所需时间
二者间的相对位移
由于 ,此后滑块将做匀速运动。
滑块在传送带上运动时与传送带摩擦产生的热量
9.如图所示,表面光滑的长方体平台固定于水平地面上,以平台外侧的一边为x轴,在平台表面建有平面直角坐标系xoy,其坐标原点O与平台右侧距离为d=1.2m。平台足够宽,高为h=0.8m,长为L=3.3m。一个质量m1=0.2kg的小球以v0=3m/s的速度沿x轴运动,到达O点时,给小球施加一个沿y轴正方向的水平力F1,且F1=5y(N)。经一段时间,小球到达平台上坐标为(1.2m,0.8m)的P点时,撤去外力F1。在小球到达P点的同时,平台与地面相交处最内侧的M点,一个质量m2=0.2kg的滑块以速度v在水平地面上开始做匀速直线运动,滑块与地面间的动摩擦因数μ=0.5,由于摩擦力的作用,要保证滑块做匀速运动需要给滑块一个外力F2,最终小球落在N点时恰好与滑块相遇,小球、滑块均视为质点, , 。求:
(2)B球第一次到达最高点时,A、B速度大小、方向均相同,均为v1
以A、B系统为研究对象,以水平横杆为零势能参考平面,从开始到B球第一次到达最高点,根据机械能守恒定律,
得:
(3)从开始到B球第一次到达最高点的过程,对B球应用动能定理
(1).滑块运动至C点时的速度vC大小;
(2).滑块由A到B运动过程中克服摩擦力做的功Wf;
(3).滑块在传送带上运动时与传送带摩擦产生的热量Q.
【答案】(1)2.5 m/s (2)1 J (3)32 J
【解析】本题考查运动的合成与分解、动能定理及传送带上物体的运动规律等知识。
(1)在C点,竖直分速度:
解得:
ω=
轻绳b伸直时,竖直杆的角速度
5.如图所示,大小相同且质量均为m的A、B两个小球置于光滑的边长为 H的正方形玻璃板上,B静止,A由长为 H的轻质细绳悬挂于O3,静止时细绳刚好拉直,悬点距离玻璃板和玻璃板距离水平地面均为H,玻璃板中心O2位于悬点O3正下方,O3与O2的延长线和水平地面交于点O1.已知重力加速度为g.
对小球,由牛顿第二定律得:F﹣m0g=m0
代入数据解得:F=30N
(2)小球C与A碰撞后向左摆动的过程中机械能守恒,得:
所以: m/s
小球与A碰撞过程系统动量守恒,以小球的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:m0v0=﹣m0vc+mvA
代入数据解得:vA=1.5m/s
(3)物块A与木板B相互作用过程,系统动量守恒,以A的速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mvA=(m+M)v
代入数据解得:v=0.5m/s
由能量守恒定律得:μmgx mvA2 (m+M)v2
代入数据解得:x=0.375m;
3.水平抛出一个物体,当抛出1秒后,它的速度方向与水平方向成45°角,落地时,速度方向与水平方向成60°角,(g取10m/s2)。求:
(1)初速度
(2)水平射程(结果保留两位有效数字)
动量定理:
(2)A与B发生弹性正碰
解得
B球被碰后,在桌面上匀速运动飞出桌面后平抛,设平抛的射程为x
由几何关系得
【点睛】(1)根据圆周运动向心力表达式即可求得;
(2)根据弹性碰撞机械能守恒动量守恒求得B小球的速度,再结合平抛运动的知识求得距离.
6.如图所示,用绝缘细绳系带正电小球在竖直平面内运动,已知绳长为L,重力加速度g,小球半径不计,质量为m,电荷q.不加电场时,小球在最低点绳的拉力是球重的9倍。
(1)B球刚开始运动时,绳子对小球B的拉力大小T;
(2)B球第一次到达最高点时,A球的速度大小v1;
(3)从开始到B球第一次到达最高点的过程中,轻绳对B球做的功W.
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