10.如圖所示,固定在豎著平面內(nèi)的光滑絕緣管道ABCDQ的A、Q兩端與傾角θ=37°的傳送帶相切.不計(jì)管道內(nèi)外徑的差值.AB部分為半徑R1=0.4m的圓弧,CDQ部分也是圓。瓺為最高點(diǎn),BC部分水平,且僅有BC段處于場(chǎng)強(qiáng)大小E=4×103N/C,方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,傳送帶長(zhǎng)L=1.8m,傳送輪半徑忽略不計(jì).現(xiàn)將一可視為質(zhì)點(diǎn)的帶正電滑
塊從傳送帶上的Q處由靜止釋放,滑塊能從A處平滑進(jìn)入管道.已知滑塊的質(zhì)量m=lkg、電荷量q=5×10-4C.滑塊與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5,滑塊通過(guò)管道與傳送帶的交接處時(shí)無(wú)速度損失,滑塊電荷量始終保持不變,最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力.g=10m/s2
(1)若傳送帶不動(dòng),求滑塊第一次滑到A處的動(dòng)能Ek;
(2)若傳送帶不動(dòng),求滑塊第一次滑到C處時(shí)所受圓弧軌道的彈力;
(3)改變傳送帶逆時(shí)針的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以及滑塊在Q處滑上傳送帶的初速度,可以使滑塊剛滑上傳送帶就形成一個(gè)穩(wěn)定的逆時(shí)針循環(huán)(即滑塊每次通過(guò)裝置中同一位置的速度相同).在所有可能的循環(huán)中,求傳送帶速度的最小值.(結(jié)果可以用根號(hào)表示)

分析 (1)根據(jù)動(dòng)能定理可求滑塊第一次滑到A處的動(dòng)能;
(2)由動(dòng)能定理和牛頓第二定律結(jié)合幾何關(guān)系可求滑塊第一次滑到C處時(shí)所受圓弧軌道的彈力;
(3)先找到要達(dá)到穩(wěn)定的循環(huán),每一循環(huán)中滑塊需滿足的條件,以及所有可能的循環(huán)中,傳送帶速度最小所對(duì)應(yīng)的情況是物體恰能夠越過(guò)最高點(diǎn)的速度為0,再利用動(dòng)能定理可求傳送帶速度的最小值.

解答 解:(1)滑塊在傳送帶上滑動(dòng)的過(guò)程中,有:EG-W=EK
其中:WG=mgLsinθ,W=μmgLcosθ
代入數(shù)據(jù)解得:EK=3.6J
(2)由幾何關(guān)系可得:hAC=R1+R1cosθ
R2+R2cosθ=R1+R1cosθ+Lsinθ
xBC=Lcosθ-R1sinθ+R2sinθ
代入數(shù)據(jù)可得:hAC=0.72m,R2=1m,xBC=1.8m
滑塊由A到C的過(guò)程中,有mghAC+EqxBC=$\frac{1}{2}$mvC2-EK
滑塊在圓弧C處,有FN-mg=m$\frac{{v}_{c}^{2}}{{R}_{2}}$
聯(lián)立以上各式并帶入數(shù)據(jù)可解得滑塊所受管道的彈力FN=38.8N
(3)要達(dá)到穩(wěn)定的循環(huán),要求每一循環(huán)中,對(duì)滑塊需滿足條件:W=W=EqxBC
在滑塊在傳送帶上時(shí),速度大于傳送帶速度和小于傳送帶速度所對(duì)應(yīng)的位移分別為x1和x2
則:W=μmgx2cosθ-μmgx1cosθ
L=x1+x2
代入數(shù)據(jù)可得:x1=0.45m,x2=1.35m
所有可能的循環(huán)中,傳送帶速度最小所對(duì)應(yīng)的情況是物體恰能夠越過(guò)最高點(diǎn)D,即vD=0
此種情況下,物體從D點(diǎn)滑到與傳送帶等速的過(guò)程中
mgh+μmgx1cosθ=$\frac{1}{2}$mvmin2
又:h=x1sinθ+R2(1-cosθ)
聯(lián)立以上各式解得:vmin=$\sqrt{13}$m/s
答:(1)若傳送帶不動(dòng),滑塊第一次滑到A處的動(dòng)能為3.6J;
(2)若傳送帶不動(dòng),滑塊第一次滑到C處時(shí)所受圓弧軌道的彈力為38.8N;
(3)傳送帶速度的最小值為$\sqrt{13}$m/s.

點(diǎn)評(píng) 此題是力學(xué)綜合題,考查動(dòng)能定理及牛頓第二定律的應(yīng)用;解題時(shí)關(guān)鍵是將復(fù)雜的物理過(guò)程分階段處理,通過(guò)分析受力及運(yùn)動(dòng)情況,選取合適的物理規(guī)律列出方程;解題時(shí)一定要注意臨界態(tài)的挖掘,并注意幾何關(guān)系在解題時(shí)的應(yīng)用.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

15.用如圖所示的裝置來(lái)探究小球做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系.兩個(gè)變速輪塔通過(guò)皮帶連接,轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使長(zhǎng)槽和短槽分別隨變速輪塔勻速轉(zhuǎn)動(dòng),槽內(nèi)的鋼球就做勻速圓周運(yùn)動(dòng).橫臂的擋板對(duì)鋼球的壓力提供向心力,鋼球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^(guò)橫臂的杠桿作用使彈簧測(cè)力筒下降,從而露出標(biāo)尺,標(biāo)尺上的紅白相間的等分格顯示出兩個(gè)鋼球所受向心力的比值.如圖是探究過(guò)程中某次實(shí)驗(yàn)時(shí)裝置的狀態(tài).
(1)在研究向心力的大小F與質(zhì)量m關(guān)系時(shí),要保持A相同.
A.ω和r  B.ω和m  C.m和r  D.m和F
(2)圖中所示是在研究向心力的大小F與C的關(guān)系.
A.質(zhì)量m  B.半徑r  C.角速度ω
(3)若圖中標(biāo)尺上紅白相間的等分格顯示出兩個(gè)小球所受向心力的比值為1:9,與皮帶連接的兩個(gè)變速輪塔的半徑之比為B.
A.1:3  B.3:1  C.1:9  D.9:1
(4)實(shí)驗(yàn)得到的“向心力大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r”之間的關(guān)系表達(dá)式:F=mω2r.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:填空題

16.一物體在水平面內(nèi)沿半徑0.2m的圓形軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng),線速度為0.4m/s,那么,它的轉(zhuǎn)速為$\frac{1}{π}$r/s; 它的向心加速度為0.8 m/s2

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題

13.如圖所示,光滑水平面上有一質(zhì)量為m=1kg的小車,小車右端固定一水平輕質(zhì)彈簧,彈簧左端連接一質(zhì)量為m0=1kg的物塊,物塊與上表面光滑的小車一起以v0=5m/s的速度向右勻速運(yùn)動(dòng),與靜止在光滑水平面上、質(zhì)量為M=4kg的小球發(fā)生彈性正碰,若碰撞時(shí)間極短,彈簧始終在彈性限度內(nèi).求:
(Ⅰ)碰撞結(jié)束時(shí),小車與小球的速度;
(Ⅱ)從碰后瞬間到彈簧最短的過(guò)程,彈簧彈力對(duì)小車的沖量大。

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

5.如圖為一列橫波某時(shí)刻的圖象,a、b、c、d為介質(zhì)中的幾個(gè)質(zhì)點(diǎn),則( 。
A.a、c兩質(zhì)點(diǎn)有相同的振幅
B.a質(zhì)點(diǎn)此時(shí)的加速度為正方向最大
C.若波向右傳播,b質(zhì)點(diǎn)此時(shí)向y軸正方向振動(dòng)
D.b質(zhì)點(diǎn)此時(shí)速度為零,b、d的距離為一個(gè)波長(zhǎng)

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

15.如圖,兩根長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)和2L的光滑桿AC和BC在C點(diǎn)垂直焊接,按圖示方式固定在豎直平面內(nèi),將兩個(gè)相同的小滑環(huán)分別從A點(diǎn)和B點(diǎn)由靜止釋放,小滑環(huán)沿桿AC和桿BC滑到C點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間相同,則這段時(shí)間為(  )
A.$\sqrt{\frac{2L}{g}}$B.$\sqrt{\frac{L}{g}}$C.$\sqrt{\frac{4L}{g}}$D.$\sqrt{\frac{2\sqrt{5L}}{g}}$

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

2.如圖為兩個(gè)不等量異種點(diǎn)電荷電場(chǎng)的電場(chǎng)線,O點(diǎn)為兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn),P點(diǎn)為兩點(diǎn)電荷連線中垂線上的一點(diǎn),下列判斷正確的是( 。
A.P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大于O點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)
B.P點(diǎn)電勢(shì)等于O點(diǎn)電勢(shì)
C.將一正試探電荷從極靠近負(fù)點(diǎn)電荷處向右移動(dòng)到無(wú)限遠(yuǎn)處,其電勢(shì)能逐漸增大
D.將一正試探電荷從P點(diǎn)移動(dòng)到O點(diǎn),其電勢(shì)能逐漸增大

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

19.如圖所示,兩質(zhì)量相同的小球A、B,分別用細(xì)線懸掛于等高的兩點(diǎn),A球的懸線比B球的長(zhǎng),把兩球均拉到懸線水平后將小球由靜止釋放,以懸點(diǎn)所在平面為參考平面,則兩球經(jīng)最低點(diǎn)時(shí)( 。
A.A球的速率等于B球的速率
B.A球的機(jī)械能等于B球的機(jī)械能
C.A球的動(dòng)能等于B球的動(dòng)能
D.A球的對(duì)繩的拉力大于B球?qū)K的拉力

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

20.交流發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理是矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng).一小型發(fā)電機(jī)的線圈共220匝,線圈面積S=0.05m2,線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率為50Hz,線圈內(nèi)阻不計(jì),磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=$\frac{\sqrt{2}}{10π}$ T.為用此發(fā)電機(jī)所發(fā)出交變電流帶動(dòng)兩個(gè)標(biāo)有“220V,440W”的電機(jī)正常工作,需在發(fā)電機(jī)的輸出端a、b與電機(jī)之間接一個(gè)理想變壓器,電路如圖所示,求:
(1)發(fā)電機(jī)的輸出電壓有效值為多少?變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為多少?
(2)與變壓器原線圈串聯(lián)的交流電流表的示數(shù)為多大?
(3)若在a,b兩點(diǎn)之間去掉變壓器,并直接接一個(gè)阻值為R=55Ω的電阻,從圖示位置開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)90°過(guò)程中流過(guò)電阻的電量多大?

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