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某学生设计并制作了一个简易水轮机,如图所示,让水从水平放置的水管流出,水流轨迹与...

某学生设计并制作了一个简易水轮机,如图所示,让水从水平放置的水管流出,水流轨迹与下边放置的轮子边缘相切,水冲击轮子边缘上安装的挡水板,可使轮子连续转动。当该装置工作稳定时,可近似认为水到达轮子边缘时的速度与轮子边缘的线速度相同。调整轮轴O的位置,使水流与轮边缘切点对应的半径与水平方向成θ=37°角。测得水从管口流出速度v0=3 m/s,轮子半径R=0.1 m。(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10 m/s2)求:

(1)若不计挡水板的大小,则轮子转动角速度为多少;

(2)水管出水口距轮轴O水平距离和竖直距离h。

 

(1)50rad/s(2)0.86m 【解析】 (1)水从管口流出后做平抛运动,设水流到达轮子边缘的速度大小为v,所以 ① 由题意可得轮子边缘的线速度为v′=5m/s ② 所以轮子转动的角速度为 ③ (2)设水流到达轮子边缘的竖直分速度为vy,运动时间为t,水平、竖直分位移分别为sx、sy,则vy=v0cot37°=4m/s ④ ⑤ sx=v0t=1.2 m ⑥ ⑦ 水管出水口距轮轴O水平距离l和竖直距离h为 l=sx-Rcos37°=1.12m ⑧ h=sy+Rsin37°=0.86m ⑨
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考点分析:
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利用如图可探究碰撞中的不变量,由于小球的下落高度是定值,所以,小球落在地面上的水平位移就代表了平抛运动时水平初速度的大小,这样碰前速度和碰后速度就可以用平抛运动的水平位移来表示。

(1)为了尽量准确找到碰撞中的不变量,以下要求正确的是________

A.入射小球的半径应该大于被碰小球的半径

B.入射小球的半径应该等于被碰小球的半径

C.入射小球每次应该从斜槽的同一位置由静止滑下

D.斜槽末端必须是水平的

(2关于小球的落点,下列说法正确的是________

A.如果小球每次从斜槽的同一位置由静止滑下,重复几次的落点一定是完全重合的

B.由于偶然因素存在,重复操作时小球的落点不会完全重合,但是落点应当比较密集

C.测定落点P的位置时,如果几次落点的位置分别为P1、P2、…Pn,则落点的平均位置OP=

D.尽可能用最小的圆把各个落点圈住,这个圆的圆心位置就是小球落点的平均位置

 

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某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律.已知频闪仪每隔0.05 s闪光一次,图中所标数据为实际距离,该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度取9.8 m/s2,小球质量m=0.200 kg,结果保留三位有效数字):

(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5________ m/s;

(2)t2t5时间内,重力势能增量ΔEp________ J,动能减少量ΔEk________ J;

 

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如图所示,竖直向上的匀强电场中,一竖直绝缘轻弹簧的下端固定在地面上,上端连接一带正电小球,小球静止时位于N点,弹簧恰好处于原长状态。保持小球的带电量不变,现将小球提高到M点由静止释放。则释放后小球从M运动到N过程中

A. 小球的机械能与弹簧的弹性势能之和保持不变

B. 小球重力势能的减少量等于小球电势能的增加量

C. 弹簧弹性势能的减少量等于小球动能的增加量

D. 小球动能的增加量等于电场力和重力做功的代数和

 

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若汽车在平直的水泥路上从静止开始加速行驶,经过时间t前进距离s,速度达到最大值vm,在这一过程中电动机的功率恒为P,小车所受阻力恒为F,那么这段时间内(  )

A. 小车做匀加速运动

B. 电动机所做的功为Pt

C. 电动机所做的功为

D. 电动机所做的功为Fs+

 

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水平推力F1F2分别作用在水平面上等质量的a、b两物体上,作用一段时间后撤去推力,物体将继续运动一段时间后停下,两物体v-t的图象如图所示,图中ABCD,则(  )

A. F1的冲量小于F2的冲量

B. F1的冲量等于F2的冲量

C. 两物体受到的摩擦力大小相等

D. 两物体受到的摩擦力大小不等

 

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