1、计算题 (15分)如图所示,一粗糙斜面AB与光滑圆弧轨道BCD相切,C为圆弧轨道的最低点,圆弧BC所对圆心角θ=37°。已知圆弧轨道半径为R=0.5m,斜面AB的长度为L=2.875m。质量为m=1kg的小物块(可视为质点)从斜面顶端A点处由静止开始沿斜面下滑,从B点进入圆弧轨道运动恰能通过最高点D。sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g=10m/s2。求:
(1)物块经C点时对圆弧轨道的压力Fc;
(2)物块与斜面间的动摩擦因数μ。
参考答案:(1) (2)
本题解析:(1)由题意知小物体沿光滑轨道从C到D且恰能通过最高点,由牛顿运动定律和动能定理有:
① (3分)
② (3分)
③ (2分)
④ (2分)
联解①②③④并代入数据得: ⑤ (1分)
(2)对小物块从A经B到C过程,由动能定理有:
⑥ (3分)
联解①②⑥并代入数据得: ⑦ (1分) ;若有其他合理解法且答案正确,可同样给分。
考点:本题考查了动能定理、牛顿第二定律、牛顿第三定律。
本题难度:一般
2、计算题 (16分)水平地面上有一质量为的木块,放在与墙的距离为的位置。现用大小为的水平推力推木块,使木块由静止开始运动,经过的时间到达墙边。
(1)求木块与水平地面间的动摩擦因数;
(2)若仍用大小为的水平力推,为使木块能到达墙边,推力作用的最短时间为多少?
(3)若仍用大小为的力作用,使木块用最短时间到达墙边,则所用时间又为多少?
参考答案:见解析。
本题解析:(1)木块匀加速运动,有
根据牛顿第二定律,有
所以木块与地面间的动摩擦因数为
(2)撤力时木块的速度为
撤力后木块的加速度为
运动的整个过程有
推力作用的最短时间为
(3)假设力与水平面成角时加速度最大,根据牛顿第二定律有
带入数据整理得
加速度最大值为
所以由 ,解得
本题难度:困难
3、计算题 (18分)如图所示,一质量为M=5.0kg,长度L=4m的平板车静止在水平地面上,距离平板车右侧S=16.5m处有一固定障碍物.障碍物上固定有一电动机A。另一质量为m=2.0kg可视为质点的滑块,以v0=8m/s的水平初速度从左端滑上平板车,同时电动机A对平板车施加一水平向右、大小为22.5N的恒力F.1s后电动机A突然将功率变为P=52.5w并保持不变,直到平板车碰到障碍物停止运动时,电动机A也同时关闭。滑块沿水平飞离平板车后,恰能无碰撞地沿圆弧切线从B点滑入光滑竖直圆弧轨道,并沿轨道下滑.已知平板车间与滑块的动摩擦因数μ1=0.5,平板车与地面的动摩擦因数μ2=0.25,圆弧半径为R=1.0m,圆弧所对的圆心角∠BOD=θ=1060,g取10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6,不计空气阻力,求:
(1)0 1s时间内,滑块相对小车运动的位移x;
(2)电动机A做功W;
(3)滑块运动到圆弧轨道最低点C时对轨道压力的大小FN.
参考答案:(1)4m(2)296.25J(3)86N
本题解析:(1)对滑块,由牛顿第二定律得: (1分)
解得:a1= =μ1g=5m/s2
对平板车,由牛顿第二定律得:
(1分)
解得: a2=3m/s2
设经过时间t1=1s,对滑块有:
(1分)
(1分)
对小车有: (1分)
(1分)
0 1s时间内,小滑块相对小车运动的位移:
(1分)
即小滑块刚好滑动到小车右端时两者共速。
(2)此时电动机A突然将功率变为P=52.5w并保持不变,设拉力为,由功率得:
(2分)
(1分)
所以小滑块和小车两者共速后一起以3m/s的速度向右做匀速直线运动,其位移为:
(1分)
时间为: (1分)
由功能关系得,电动机A做功:=296.25J (1分)
(3)由题意得,小滑块在B点速度vB有: (1分)
小滑块从B点到C点,由功能关系得:
(1分)
在C点,由牛顿运动定律得: (1分)
解得:FN=86N (1分)
由牛顿第三定律可知,滑块在C时对轨道压力的大小. (1分)
考点:匀变速直线运动规律 牛顿第二定律 功和能的关系 牛顿第三定律
本题难度:困难
4、实验题 要测量两个质量不等的沙袋的质量,由于没有直接的测量工具,某实验小组选用下列器材:轻质定滑轮(质量和摩擦可忽略)、砝码一套(总质量m=0.5 kg)、细线、刻度尺、秒表.他们根据已学过的物理学知识,改变实验条件进行多次测量,选择合适的变量得到线性关系,作出图线并根据图线的斜率和截距求出沙袋的质量.请完成下列步骤.
(1)实验装置如图所示,设右边沙袋A质量为m1,左边沙袋B的质量为m2
(2)取出质量为m′的砝码放在右边沙袋中,剩余砝码都放在左边沙袋中,发现A下降,B上升;(左右两侧砝码的总质量始终不变)
(3)用刻度尺测出A从静止下降的距离h,用秒表测出A下降所用的时间t,则可知A的加速度大小a=________;
(4)改变m′,测量相应的加速度a,得到多组m′及a的数据,作出________(选填“am′” 或“a”)图线;
(5)若求得图线的斜率k=4 m/(kg·s2),截距b=2 m/s2,则沙袋的质量m1=________ kg,m2=________ kg.
参考答案:(3)
(4) a~m′
(5) m1=3kg, m2=1.5kg.
本题解析:(3)由题,质量为m1的沙袋从静止开始下降做匀加速直线运动,由,解得
(5)根据牛顿第二定律得:
对m1及砝码:(m1+△m)g-T=(m1+△m)a
对m2及砝码:T-(m2+m-△m)g=(m2+m-△m)a
联立解得:
根据数学知识得知:“a~△m”成线性关系,图线斜率,截距
将m=0.5kg,g=10m/s2,k=4m/kg?s2,b=2m/s2,代入解得:m1=3kg,m2=1.5kg.
故答案为:(3);(5)3,1.5.
考点:利用牛顿第二定律测量两个质量不等的沙袋的质量
本题难度:一般
5、计算题 如图所示,一质量为m=100kg的箱子静止在水平面上,与水平面间的动摩擦因素为μ=0.5。现对箱子施加一个与水平方向成θ=37°角的拉力,经t1=10s后撤去拉力,又经t2=1s箱子停下来。sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2。求:
(1)拉力F大小;(2)箱子在水平面上滑行的位移x。
参考答案:500N 27.5m
本题解析:(1)开始时物体做加速运动,由牛顿定律:
10s后的速度:v=a1t1, 位移:
撤去外力后:
且,v=a2t2
解得:F=500N x1=25m x2=2.5m
(2)箱子在水平面上滑行的位移
考点:牛顿第二定律的应用.
本题难度:一般
A brave man risks his life, but not his conscience. 勇敢的人可用生命冒险,但不以良心冒险。