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近十年高考物理力学压轴题

力学2003年理综(全国卷)34.(22分)一传送带装置示意如图,其中传送带经过AB区域时是水平的,经过BC区域时变为圆弧形(圆弧由光滑模板形成,未画出),经过CD区域时是倾斜的,AB和CD都与BC相切。

现将大量的质量均为m的小货箱一个一个在A处放到传送带上,放置时初速为零,经传送带运送到D处,D和A的高度差为h。

稳定工作时传送带速度不变,CD段上各箱等距排列,相邻两箱的距离为L。

每个箱子在A处投放后,在到达B之前已经相对于传送带静止,且以后也不再滑动(忽略经BC段时的微小滑动)。

已知在一段相当长的时间T内,共运送小货箱的数目为N。

这装置由电动机带动,传送带与轮子间无相对滑动,不计轮轴处的摩擦。

求电动机的平均抽出功率P。

参考解答:以地面为参考系(下同),设传送带的运动速度为v0,在水平段运输的过程中,小货箱先在滑动摩擦力作用下做匀加速运动,设这段路程为s,所用时间为t,加速度为a,则对小箱有s=1/2at2①v0=at ②在这段时间内,传送带运动的路程为s0=v0t ③由以上可得s0=2s ④用f表示小箱与传送带之间的滑动摩擦力,则传送带对小箱做功为A=fs=1/2mv02⑤传送带克服小箱对它的摩擦力做功A0=fs0=2·1/2mv02⑥两者之差就是克服摩擦力做功发出的热量Q=1/2mv02⑦可见,在小箱加速运动过程中,小箱获得的动能与发热量相等。

T时间内,电动机输出的功为W=P T ⑧此功用于增加小箱的动能、势能以及克服摩擦力发热,即W=1/2Nmv02+Nmgh+NQ ⑨已知相邻两小箱的距离为L,所以v0T=NL ⑩联立⑦⑧⑨⑩,得P =T Nm [222T L N +gh]2004年全国理综25.(20分)柴油打桩机的重锤由气缸、活塞等若干部件组成,气缸与活塞间有柴油与空气的混合物。

在重锤与桩碰撞的过程中,通过压缩使混合物燃烧,产生高温高压气体,从而使桩向下运动,锤向上运动。

现把柴油打桩机和打桩过程简化如下:柴油打桩机重锤的质量为m ,锤在桩帽以上高度为h 处(如图1)从静止开始沿竖直轨道自由落下,打在质量为M (包括桩帽)的钢筋混凝土桩子上。

同时,柴油燃烧,产生猛烈推力,锤和桩分离,这一过程的时间极短。

随后,桩在泥土中向下移动一距离l 。

已知锤反跳后到达最高点时,锤与已停下的桩幅之间的距离也为h (如图2)。

已知m =1.0×103kg ,M =2.0×103kg ,h =2.0m ,l =0.20m ,重力加速度g =10m/s 2,混合物的质量不计。

设桩向下移动的过程中泥土对桩的作用力F 是恒力,求此力的大小。

25.锤自由下落,碰桩前速度v 1向下,gh v 21= ①碰后,已知锤上升高度为(h -l ),故刚碰后向上的速度为)(22l h g v -= ②设碰后桩的速度为V ,方向向下,由动量守恒,21mv MV mv -= ③ 桩下降的过程中,根据功能关系,Fl Mgl MV =+221④ 由①、②、③、④式得])(22)[(l h h l h Mml mg Mg F -+-+= ⑤ 代入数值,得5101.2⨯=F N ⑥2005年理综(四川、贵州、云南、陕西、甘肃)25.(20分)如图所示,一对杂技演员(都视为质点)乘秋千(秋千绳处于水平位置)从A 点由静止出发绕O 点下摆,当摆到最低点B 时,女演员在极短时间内将男演员沿水平方向推出,然后自己刚好能回到高处A 。

求男演员落地点C 与O 点的水平距离s 。

已知男演员质量m 1和女演员质量m 2之比m 1/m 2=2秋千的质量不计,秋千的摆长为R ,C 点低5R 。

解:设分离前男女演员在秋千最低点B 的速度为v 0,由机械能守恒定律,22121)(21)(v m m gR m m +=+ 设刚分离时男演员速度的大小为v 1,方向与v 0相同;女演员速度的大小为v 2,方向与v 0相反,由动量守恒,2211021)(v m v m v m m -=+分离后,男演员做平抛运动,设男演员从被推出到落在C 点所需的时间为t ,根据题给条件,由运动学规律,2214gt R =t v x 1=,根据题给条件,女演员刚好回A 点,由机械能守恒定律,222221v m gR m =,已知m 1=2m 2,由以上各式可得x =8R2006年全国理综(天津卷)25.(22分)神奇的黑洞是近代引力理论所预言的一种特殊天体,探寻黑洞的方案之一是观测双星系统的运动规律。

天文学家观测河外星系麦哲伦云时,发现了LMCX-3双星系统,它由可见星A 和不可见的暗星B 构成,两星视为质点,不考虑其它天体的影响,A 、B 围绕两者连线上的O 点做匀速圆周运动,它们之间的距离保持不变,如图所示。

引力常量为G ,由观测能够得到可见星A 的速率v 和运行周期。

(1)可见得A 所受暗星B 的引力F A 可等效为位于O 点处质量为m /的星体(视为质点)对它的引力,设A 和B 的质量分别为m 1、m 2。

试求m /的(用m 1、m 2表示);(2)求暗星B 的质量m 2与可见星A 的速率v 、运行周期T 和质量m 1之间的关系式; (3)恒星演化到末期,如果其质量大于太阳质量m I 的两倍,它将有可能成为黑洞。

若可见星A 的速率v =2.7m/s ,运行周期T =4.7π×104s ,质量m 1=6m I ,试通过估算来判断暗星B 有可能是黑洞吗?(G =6.67×1011-N ·m/kg 2,m I =2.0×1030kg )解析(1)设A 、B 的圆轨道半径分别为r 1、r 2,由题意知,A 、B 做匀速圆周运动的角速相同,其为ω。

由牛顿运动运动定律,有F A =m 1ω2r 1 F B =m 2ω2r 2 F A =F B设A 、B 之间的距离为r ,又r =r 1+r 2,由上述各式得 r =1212m m r m ① 由万有引力定律,有F A =G122m m r将①代入得F A =G 3122212()m m m m r+ 令F A =G 121/m m r比较可得3212()/=m m m m + ②(2)由牛顿第二定律,有/211211m m v G m r r = ③又可见星A 的轨道半径r 1=2vTπ④ 由②③④式可得332212()2m v Tm m Gπ=+ (3)将m 1=6m I 代入⑤式,得33222(6)2I m v Tm m Gπ=+ ⑤ 代入数据得3222 3.5(6)I I m m m m =+ ⑥设m 2=nm I ,(n >0),将其代入⑥式,得32222 3.56(6)(1)I I I m nm m m m n==++ ⑦可见,3222(6)I m m m +的值随n 的增大而增大,试令n =2,得20.125 3.56(1)I I I n m m m n=<+ ⑧若使⑦式成立,则n 必须大于2,即暗星B 的质量m 2必须大于2m I ,由此得出结论:暗星B 有可能是黑洞。

2006年全国理综(重庆卷)25.(20分)(请在答题卡上作答)如题25图,半径为R 的光滑圆形轨道固定在竖直面内。

小球A 、B 质量分别为m 、βm (β为待定系数)。

A 球从工边与圆心等高处由静止开始沿轨道下滑,与静止于轨道最低点的B 球相撞,碰撞后A 、B 球能达到的最大高度均为R 41,碰撞中无机械能损失。

重力加速度为g 。

试求: (1)待定系数β;(2)第一次碰撞刚结束时小球A 、B 各自的速度和B 球对轨道的压力; (3)小球A 、B 在轨道最低处第二次碰撞刚结束时各自的速度,并讨论小球A 、B 在轨道最低处第n 次碰撞刚结束时各自的速度。

解析:(1)由mgR =4mgR +4mgRβ得β=3(2)设A 、B 碰撞后的速度分别为v 1、v 2,则2112mv =4mgR 2212mv β=4mgR β 设向右为正、向左为负,解得 v 1=12gR ,方向向左 v 2=12gR ,方向向右 设轨道对B 球的支持力为N ,B 球对轨道的压力为N /,方向竖直向上为正、向下为负。

则N -βmg =22v m Rβ题25图N /=-N =-4.5mg ,方向竖直向下(3)设A 、B 球第二次碰撞刚结束时的速度分别为V 1、V 2,则121222121122mv mv mV mV mgR mV mV βββ--=+⎧⎪⎨=+⎪⎩ 解得:V 1=-2gR ,V 2=0(另一组:V 1=-v 1,V 2=-v 2,不合题意,舍去) 由此可得:当n 为奇数时,小球A 、B 在第n 次碰撞刚结束时的速度分别与第一次碰撞刚结束时相同当n 为偶数时,小球A 、B 在第n 次碰撞刚结束时的速度分别与第二次碰撞刚结束时相同2008年(四川卷)25.(20分)一倾角为θ=45°的斜血固定于地面,斜面顶端离地面的高度h 0=1m ,斜面底端有一垂直于斜而的固定挡板。

在斜面顶端自由释放一质量m =0.09kg 的小物块(视为质点)。

小物块与斜面之间的动摩擦因数μ=0.2。

当小物块与挡板碰撞后,将以原速返回。

重力加速度g =10 m/s 2。

在小物块与挡板的前4次碰撞过程中,挡板给予小物块的总冲量是多少?25.(20分)解法一:设小物块从高为h 处由静止开始沿斜面向下运动,到达斜面底端时速度为v 。

由功能关系得θθμsin cos 212h mg mv mgh +=① 以沿斜面向上为动量的正方向。

按动量定理,碰撞过程中挡板给小物块的冲量)(v m mv I --= ② 设碰撞后小物块所能达到的最大高度为h ’,则θθμsin cos 212h mg h mg mv '+'= ③ 同理,有θθμsin cos 212h mg v m h mg '+'=' ④ )(v m v m I '--'=' ⑤式中,v ’为小物块再次到达斜面底端时的速度,I ’为再次碰撞过程中挡板给小物块的冲量。

由①②③④⑤式得kI I =' ⑥式中 μθμθ+-=tan tan k ⑦由此可知,小物块前4次与挡板碰撞所获得的冲量成等比级数,首项为 )cot 1(2201θμ-=gh m I ⑧ 总冲量为)1(3214321k k k I I I I I I +++=+++= ⑨ 由 )11112kk k k k nn --=⋯+++- ⑩ 得 )cot 1(221104θμ---=gh m kk I ⑾代入数据得 )63(43.0+=I N ·s ⑿解法二:设小物块从高为h 处由静止开始沿斜面向下运动,小物块受到重力,斜面对它的摩擦力和支持力,小物块向下运动的加速度为a ,依牛顿第二定律得ma mg mg =-θμθcos sin ①设小物块与挡板碰撞前的速度为v ,则 θsin 22hav = ② 以沿斜面向上为动量的正方向。

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