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如图所示,在距水平地面高h1=1.2m的光滑水平台面上,一个质量m=1kg的小物...

如图所示,在距水平地面高h1=1.2m的光滑水平台面上,一个质量m=1kg的小物块压缩弹簧后被锁扣K锁住,储存了一定量的弹性势能Ep.现打开锁扣K,物块与弹簧分离后将以一定的水平速度v1向右滑离平台,并恰好从B点沿切线方向进入光滑竖直的圆弧轨道BC.已知B点距水平地面的高h2=0.6m,圆弧轨道BC的圆心O与水平台面等高,C点的切线水平,并与水平地面上长为L=2.8m的粗糙直轨道CD平滑连接,小物块沿轨道BCD运动并与右边的竖直墙壁会发生碰撞,重力加速度g=10m/s2,空气阻力忽略不计.试求:

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(1)压缩的弹簧在被锁扣K锁住时所储存的弹性势能Ep

(2)若小物块与墙壁碰撞后速度反向、大小变为碰前的一半,且只会发生一次碰撞,那么小物块与轨道CD之间的动摩擦因数μ应该满足怎样的条件.

 

(1)压缩的弹簧在被锁扣K锁住时所储存的弹性势能Ep是2J. (2)μ的取值范围:≤μ<. 【解析】【解析】 (1)小物块由A运动到B的过程中做平抛运动,在竖直方向上根据自由落体运动规律可知, 小物块由A运动到B的时间为:t==s=s≈0.346s 根据图中几何关系可知:h2=h1(1﹣cos∠BOC), 解得:∠BOC=60° 根据平抛运动规律有:tan60°=, 解得:v1===2m/s 根据能的转化与守恒可知,原来压缩的弹簧储存的弹性势能为: Ep=mv12==2J (2)依据题意知,①μ的最大值对应的是物块撞墙前瞬间的速度趋于零,根据能量关系有: mgh1+Ep>μmgL 代入数据解得:μ< ②对于μ的最小值求解,首先应判断物块第一次碰墙后反弹,能否沿圆轨道滑离B点,设物块碰前在D处的速度为v2, 由能量关系有:mgh1+Ep=μmgL+mv22 第一次碰墙后返回至C处的动能为:EkC=mv22﹣μmgL 可知即使μ=0,有: mv22=14J mv22=3.5J<mgh2=6J,小物块不可能返滑至B点. 故μ的最小值对应着物块撞后回到圆轨道最高某处,又下滑经C恰好至D点停止, 因此有:mv22≤2μmgL, 联立解得:μ≥ 综上可知满足题目条件的动摩擦因数μ值:≤μ< 答:(1)压缩的弹簧在被锁扣K锁住时所储存的弹性势能Ep是2J. (2)μ的取值范围:≤μ<. 【点评】该题中涉及的物理过程比较多,应该先清楚研究对象的运动过程,根据运动性质利用物理规律解决问题. 关于能量守恒的应用,要清楚物体运动过程中能量的转化.  
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考点分析:
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足够长的光滑水平面上,叠放在一起的物块A和长木板B质量均为m=1kg.当B板右端j通过水平面上C点时,物块A在板的左端且向右速度为v0=4m/s,B板向左的速度v=2m/s.并以此时刻为计时起点.已知A、B间动摩擦因数μ=0.1,g取10m/s2.当B板右端j进入在宽d=1m的PQ区域内时,B板就会受到一个水平向左的恒力F,使B板最终从左侧离开该区域,已知A始终没有滑落B板.求:

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(1)经过多长时间长木板开始向右运动?

(2)B板右端J边刚进入边界P的速度;

(3)在恒力F可能取值范围内,B板右端j处在PQ区域内的时间t与恒力F的关系.

 

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现要验证“当合外力一定时,物体运动的加速度与其质量成反比”这一物理规律.给定的器材如下所示:一倾角可以调节的长斜面(如图所示)、小车、计时器、米尺、弹簧秤,还有钩码若干.实验步骤如下(不考虑摩擦力的影响、重力加速度为g),完成下列实验步骤中所缺的内容:

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(1)用弹簧秤测出小车的重力,除以重力加速度g得到小车的质量M

(2)用弹簧秤沿斜面向上拉小车保持静止,测出此时的拉力F

(3)让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑到斜面底端A2,记下所用的时间t,用米尺测量A1与A2之间的距离s,从运动学角度得小车的加速度a=    

(4)已知A1和A2之间的距离s,小车的质量为M,在小车中加钩码,所加钩码总质量为m,要保持小车和钩码的合外力F不变,应将A1相对于A2的高度调节为h=    

(5)多次增加钩码,在小车与钩码的合外力保持不变的情况下,利用(1)(2)(3)的测量和计算结果,可得钩码质量m与小车从A1到A2时间t的关系式为m=    

 

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用如图所示的实验装置来探究小球作圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系,转动手柄使长槽和短槽分别随变速轮塔匀速转动,槽内的球就做匀速圆周运动.横臂的档板对球的压力提供了向心力,球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降,从而露出标尺,标尺上的红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值.

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(1)图甲探究的是向心力与质量之间的关系,图乙探究的是向心力与角速度之间的关系,图丙探究的是向心力与半径之间的关系,这种探究用到的方法是     

(2)若图乙中标尺上红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为1:9,与皮带连接的两个变速轮塔的半径之比为     

 

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如图所示,倾角为θ的斜面上只有AB段粗糙,其余部分都光滑,AB段长为3L.有若干个相同的小方块(每个小方块的边长远小于L)沿斜面靠在一起,但不粘接,总长为L.将它们由静止释放,释放时下端距A为2L.当下端运动到A下面距A为L/2时物块运动的速度达到最大.下列说法正确的是(  )

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A.小方块与斜面的动摩擦因数μ=2tanθ

B.小方块停止运动时下端与A点的距离为2L

C.要使所有小方块都能通过B点,由静止释放时小方块下端与A点距离至少为3L

D.若将题中的若干相同的小方块改为长为L,质量分布均匀的条状滑板,其余题设不变,要让滑板能通过B点,则滑板静止释放时,其下端与A点的距离至少为3L

 

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小物块随足够长的水平传送带一起运动,被一水平向左飞来的子弹击中并从物块中穿过(子弹与物块作用时间极短),如图1所示.固定在传送带右端的位移传感器纪录了小物块被击中后的位移x随时间t的变化关系图象如图2所示(图象前3s内为二次函数,3﹣4.5s内为一次函数,取向左运动的方向为正方向).已知传送带的速度保持不变,g取10m/s2.下列说法正确的是(  )

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A.物块被子弹击中后向左运动的初速度是4m/s

B.传送带与物块间的动摩擦因数为0.1

C.传送带的速度大小为1m/s

D.物块在传送带上滑过的痕迹是9m

 

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