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如图11所示,质量为m的小球,由长为l的细线系住,细线的另一端固定在A点,AB是...

如图11所示,质量为m的小球,由长为l的细线系住,细线的另一端固定在A点,AB是过A的竖直线,EAB上的一点,且AE=0.5lE作水平线EF,在EF上钉铁钉D,若线能承受的最大拉力是9mg,现将小球拉直水平,然后由静止释放,若小球能绕钉子在竖直面内做圆周运动,不计线与钉子碰撞时的能量损失.求钉子位置在水平线上的取值范围.

     

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l≤x≤l 【解析】这是一个圆周运动与机械能两部分知识综合应用的典型问题.题中涉及两个临界条件:一是线承受的最大拉力不大于9mg;另一个是在圆周运动的最高点的瞬时速度必须不小于(r是做圆周运动的半径).设在D点绳刚好承受最大拉力,设DE=x1,则:AD= 悬线碰到钉子后,绕钉做圆周运动的半径为:r1=l-AD= l-……①(1分) 当小球落到D点正下方时,绳受到的最大拉力为F,此时小球的速度v,由牛顿第二定律有: F-mg=…………………………………………②      (1分) 结合F≤9mg可得:≤8mg……………………③     (1分) 由机械能守恒定律得:mg (+r1)=mv12(2分) 即:v2=2g (+r1) ………………………………④        (1分) 由①②③式联立解得:x1≤l…………………⑤      (1分) 随着x的减小,即钉子左移,绕钉子做圆周运动的半径越来越大.转至最高点的临界速度也越来越大,但根据机械能守恒定律,半径r越大,转至最高点的瞬时速度越小,当这个瞬时速度小于临界速度时,小球就不能到达圆的最高点了. 设钉子在G点小球刚能绕钉做圆周运动到达圆的最高点,设EG=x2,如图,则:AG= r2=l-AG= l-…………………………⑥        (1分) 在最高点:mg≤……………………………⑦        (1分) 由机械能守恒定律得:mg (r2)=mv22…………⑧                (1分) 由④⑤⑥联立得:x2≥l…………………………⑨                 (1分) 在水平线上EF上钉子的位置范围是:l≤x≤l          (1分)
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考点分析:
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A是地球的同步卫星,另一卫星B的圆形轨道位于赤道平面内,离地面高度为h,已知地球半径为R,地球自转角速度ω0,地球表面的重力加速度为g,O为地球中心。

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(1)求卫星B的运动周期

(2)如卫星B绕行方向与地球自转方向相同,某时刻A、B两卫星相距最近(O、B、A在同一直线上)则至少经过多长时间,它们再一次相距最近?

 

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有一辆汽车的质量为2×103kg,额定功率为9×104W。汽车在平直路面上由静止开始运动,所受阻力恒为3×103N。在开始起动的一段时间内汽车以1m/s2的加速度匀加速行驶。从开始运动到停止加速所经过的总路程为270m。求:

(1)汽车匀加速运动的时间;

(2)汽车能达到的最大速度;

(3)汽车从开始运动到停止加速所用的时间。

 

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如图,质量m=60kg的高山滑雪运动员,从山上的A点由静止开始沿雪道滑下,从B点水平飞出后又落在与水平面成倾角θ=37°的斜坡上C点.己知AB两点间的高度差为h=25m,B、C两点间的距离为S=75m,(g取l0m/s2   sin37°=0.6,cos37°=0.8),求:

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(1)运动员从B点飞出时的速度vB的大小;

(2)运动员从AB过程中克服摩擦力所做的功.

 

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某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化关系”的实验如图8,图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出,沿木板滑行,这时,橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时,使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致.每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出.

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图8

(1)除了图中已有的实验器材外,还需要导线、开关、刻度尺和________电源(填“交流”或“直流”).

(2)实验中,小车会受到摩擦阻力的作用,可以使木板适当倾斜来平衡掉摩擦阻力,则下面操作正确的是______.

A.放开小车,能够自由下滑即可

B.放开小车,能够匀速下滑即可

C.放开拖着纸带的小车,能够自由下滑即可

D.放开拖着纸带的小车,能够匀速下滑即可

(3)若木板水平放置,小车在两条橡皮筋作用下运动,当小车速度最大时,关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置,下列说法正确的是________.

A.橡皮筋处于原长状态

B.橡皮筋仍处于伸长状态

C.小车在两个铁钉的连线处

D.小车已过两个铁钉的连线

(4)在正确操作情况下,打在纸带上的点并不都是均匀的,为了测量小车获得的速度,应选用纸带的________部分进行测量(根据下面所示的纸带回答).

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电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器,工作电压为4V~6V。当电源的频率是50HZ时,它每隔__________s打一次点。

某同学用打点计时器、重物和纸带做《验证机械能守恒定律》的实验,所用打点计时器接工作电压为4V~6V,频率是50HZ的交流电源。重物的质量为m(kg)。选出的一条纸带如图所示,O为起始点,ABC是三个计数点,三个计数点的选择是,从A开始每隔一个点选一个计数点。用最小刻度为mm(毫米)的刻度尺测得OA=11.13cm,OB=17.75cm,OC=25.9cm。这三个数据中不符合有效数字要求的是___________________,应该写成_____________________。根据以上数据可知,当打点计时器打到B点时重物的重力势能比开始下落时减少了______________J,这时重物的动能是________________J。(g取9.80m/s2,结果保留三位有效数字)

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