19.如圖所示,AB與CD為兩個(gè)對(duì)稱(chēng)斜面,其上部都足夠長(zhǎng),下部分別與一個(gè)光滑的圓弧面的兩端相切,圓弧圓心角為120°,半徑R=2.0m.一個(gè)質(zhì)量為2kg的物體在離弧底E高度為h=3.0m處,以初速度v0=4m/s沿斜面運(yùn)動(dòng),物體與兩斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ=0.2.求:

(1)物體第一次通過(guò)最低點(diǎn)時(shí),物體對(duì)圓弧軌道的壓力多大?
(2)物體在兩斜面上(不包括圓弧部分)一共能運(yùn)動(dòng)多少路程?(g=10m/s2

分析 (1)物體第一次通過(guò)最低點(diǎn)時(shí),根據(jù)動(dòng)能定理求得在最低點(diǎn)的速度,再根據(jù)合力提供圓周運(yùn)動(dòng)向心力求得物體受到軌道的支持力,根據(jù)牛頓第三定律求得對(duì)圓弧軌道的壓力;
(2)因?yàn)槲矬w在斜面上運(yùn)動(dòng),阻力始終做負(fù)功,根據(jù)動(dòng)能定理求得物體運(yùn)動(dòng)的最終速度,由動(dòng)能定理求得在兩斜面上運(yùn)動(dòng)和路程.

解答 解:(1)從A到第一次通過(guò)最低點(diǎn)E的過(guò)程中,由幾何關(guān)系和動(dòng)能定理得:

$mgh-μmgcos60°\frac{h-(R-Rcos60°)}{sin60°}=\frac{1}{2}m{v}^{2}-\frac{1}{2}m{v}_{0}^{2}$…①
在最低點(diǎn),根據(jù)牛頓第二定律:${F_N}-mg=m\frac{v^2}{R}$…②
由①②式可解得:${F}_{N}=(96-\frac{8\sqrt{3}}{3})N$
根據(jù)牛頓第三定律:物體對(duì)圓弧軌道的壓力為$(96-\frac{8\sqrt{3}}{3})N$
(2)斜面的傾角為60°,因?yàn)閙gsin60°>μmgcos60°,所以物體不會(huì)靜止在斜面上,最終在BC間做往復(fù)運(yùn)動(dòng).
最終做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí),在B、C的速度為零,對(duì)A到C的整個(gè)過(guò)程運(yùn)用動(dòng)能定理得,
$mg[h-(R-Rcos{60^0})]-μmgcos{60^0}S=0-\frac{1}{2}m{v_0}^2$
代入數(shù)據(jù)解得:S=28m
答:(1)物體第一次通過(guò)最低點(diǎn)時(shí),物體對(duì)圓弧軌道的壓力為$(96-\frac{8\sqrt{3}}{3})N$;
(2)物體在兩斜面上(不包括圓弧部分)一共能運(yùn)動(dòng)28m的路程.

點(diǎn)評(píng) 本題屬于多過(guò)程問(wèn)題,由于機(jī)械能損失,物體最終在B、C之間做往復(fù)運(yùn)動(dòng),要知道摩擦生熱與總路程有關(guān).

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:多選題

9.物體甲的xt圖象和物體乙的vt圖象分別如圖所示,則這兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)情況是( 。
A.甲在整個(gè)t=6 s時(shí)間內(nèi)有來(lái)回運(yùn)動(dòng),它通過(guò)的總位移為零
B.甲在整個(gè)t=6 s時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)方向一直不變,它通過(guò)的總位移大小為4 m
C.乙在整個(gè)t=6 s時(shí)間內(nèi)有來(lái)回運(yùn)動(dòng)
D.乙在整個(gè)t=6 s時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)方向一直不變

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

10.如圖所示,一傾角θ=30°的斜面放置于粗糙水平地面上,現(xiàn)將一質(zhì)量m=1kg的物體放于斜面上,并對(duì)物體施加一水平向左、大小F=2N的恒力,物體與斜面繼續(xù)保持靜止?fàn)顟B(tài),則地面施加給斜面的摩擦力為( 。
A.0B.1N,水平向左C.2N,水平向左D.2N,水平向右

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:填空題

7.某同學(xué)在探究勻加速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中,用接在50Hz交流電源上的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,研究小車(chē)的勻加速運(yùn)動(dòng),實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶如圖所示.從比較清晰的點(diǎn)起,每五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),分別標(biāo)明0、1、2、3、4.量得點(diǎn)2、3之間的距離s3=30.0mm,點(diǎn)3、4兩點(diǎn)間的距離s4=48.0mm.則2,3兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.1s,小車(chē)在2、3兩點(diǎn)間的平均速度為0.3m/s,小車(chē)的加速度大小為1.8m/s2

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

14.雨滴從高空由靜止下落,由于受到空氣阻力作用,其加速度逐漸減小,直到變?yōu)榱,在此過(guò)程中雨滴的運(yùn)動(dòng)情況是( 。
A.速度也減小,加速度為零時(shí),速度最小
B.速度繼續(xù)增大,加速度為零時(shí),速度最大
C.速度的變化率越來(lái)越大
D.速度與加速度的方向相反

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

4.某同學(xué)在做“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度”的實(shí)驗(yàn)時(shí),得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖1所示,在紙帶上依次選出7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),分別標(biāo)以O(shè)、A、B、C、D、E和F,每相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出,每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間時(shí)間間隔為T(mén),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率是50Hz.

(1)測(cè)得C、D兩點(diǎn)間距x4=2.70cm,D、E兩點(diǎn)間距x5=2.90cm,則根據(jù)此數(shù)據(jù)計(jì)算在打D點(diǎn)時(shí)的速度公式為$\frac{{{x}_{4}+x}_{5}}{2T}$(用x4、x5、T表示),小車(chē)的速度值vD=0.280 m/s(保留三位有效數(shù)字)
(2)該同學(xué)分別算出其他點(diǎn)的速度:vA=0.220m/s,vB=0.241m/s,vC=0.258m/s,vE=0.300m/s,請(qǐng)根據(jù)以上數(shù)據(jù)在如圖2所示的坐標(biāo)紙上作出小車(chē)運(yùn)動(dòng)的v-t圖象.
(3)由v-t圖象知小車(chē)在做勻加速直線運(yùn)動(dòng).

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:填空題

11.某物體作直線運(yùn)動(dòng)的速度-時(shí)間圖象如圖所示,根據(jù)圖象回答:
(1)物體在前4s的加速度為1m/s2,后2s的加速度為-2 m/s2
(2)前4s與后2s,物體的運(yùn)動(dòng)方向相同(填“相同”或“相反”)
(3)6s時(shí)間內(nèi),物體的總位移為12m.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

5.如圖所示,興趣小組的同學(xué)為了研究豎直運(yùn)動(dòng)的電梯中物體的受力情況,在電梯地板上放置了一個(gè)壓力傳感器,將質(zhì)量為4kg的物體放在傳感器上.在電梯運(yùn)動(dòng)的某段過(guò)程中,傳感器的示數(shù)為44N.g取10m/s2.對(duì)此過(guò)程的分析不正確的是( 。
A.電梯可能正在減速下降B.電梯可能正在加速上升
C.物體的加速度大小為1m/s2D.電梯的加速度大小為4m/s2

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

6.自行車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的示意圖如圖所示,小齒輪、大齒輪和車(chē)輪的半徑分別為r1、r2、r3,它們的邊緣上有三個(gè)點(diǎn)甲、乙、丙,其中哪些點(diǎn)的向心加速度之間的關(guān)系適用于“向心加速度跟半徑成反比”( 。
A.甲、乙B.乙、丙C.甲、丙D.甲、乙、丙

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