【精品文档】物理必修二 第五章曲线运动 大
题
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练习及
答案
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1(宇航员在月球上自高h处以初速度v0水平抛出一小球,测出水平射程为L(这时月球
表
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面可以看作是平坦的),则月球表面处的重力加速度是多大?
2(一条河宽500 m,河水的流速是3 m,s,一只小艇以5 m,s(在静水中的速度)的速度行驶。若小艇以最短的时间渡河,所用时间是多少?若小艇要以最短的距离渡河,所用时间是多少?
3(中国铁路经过两次提速后,由北京至广州列车时速已达到100 km,h。若已知某铁路拐弯处的圆弧半径为500 m,两轨间距离为1 435 mm,若列车过此弯道的过程中对内、外轨均无压力,则由以上所提供的数据求出此弯道内、外轨的高度差。(g取10 m/s2)
4(在各种公路上拱形桥是常见的,质量为m的汽车在拱形桥上以速度v前进,桥面的圆弧半径为R,求:
(1)汽车通过桥的最高点时对桥面的压力。
(2)若R取160 m,试讨论汽车过桥最高点的安全速度。(g取10 m,s2)
5(质量为m的飞机以水平速度v0飞离跑道后逐渐上升,若飞机在此过程中水平速度保持不变,同时受到重力和竖直向上的恒定升力(该升力由其它力的合力提供,不含重力),今测得当飞机的水平方向的位移为l时,它的上升高度为h,如图所示,求飞机受到的升力大小。 y
h
O x l
6((10分) 水平抛出的一个石子,经过0.4s落到地面,落地时的速度方向跟水平方向的夹角
是53? ,(g取10m/s2 )。试求:
(1)石子的抛出点距地面的高度;(2)石子抛出的水平初速度。
7((10分)如图所示,实线为某质点平抛运动轨迹的一部分,测得AB、BC间的水平距离,s,,s,0.4,h,0.25,h,0.351212m ,高度差m ,m,由此可知,
v0求:(1)质点平抛的初速度
?s1 (2)抛出点到A点的水平距离为(g取10m/s2)
A? h1
B
?h1 C ?s2
8((10分)如图所示,质量m,1 kg的小球用细线拴住,线长L,0.5 m,细线所受拉力达到F,18 N时就会被拉断。当小球从图示位置释放后摆到悬点的正下方时,细线恰好被拉断。若此时小球距水平地面的高度h,5 m,重力加速度g,10 m/s2,求小球落地处到地面上,点的距离,(P点在悬点的正下方)
9((12分)如图所示,一玩滚轴溜冰的小孩(可视作质点)质量为m=30kg,他在左侧平台
上滑行一段距离后平抛,恰能无碰撞地从A进入光滑竖直圆弧轨道并沿轨道下滑,A、B为
,,,106圆弧两端点,其连线水平(已知圆弧半径为R=1.0m,对应圆心角为,平台与AB连
,,线的高度差为h=0.8m((计算中取g=10m/s2,sin53=0.8,cos53=0.6)求: (1)小孩平抛的初速度
v,33x小孩运动到圆弧轨道最低点O时的速度为 m/s,则小孩对轨道的压力为(2)若
多大。
10((10分) 如图所示,从H=45m高处水平抛出的小球,除受重力外,还受到水平风力作用,假设风力大小恒为小球重力的0.2倍,g=10m/s2.问:
(1)有水平风力与无风时相比较,小球在空中的飞行时间是否相同?如不相同,说明理由;如果相同,求出这段时间?
(2) 为使小球能垂直于地面着地, 水平抛出的初速度v0=?
v0
风
H
11((10分)在“研究平抛物体运动”的实验中,某同学记录了运动轨迹上三点A、B、C,如右图所示,以A为坐标原点,建立坐标系,各点坐标值已在图中标出.求: (1)小球平抛初速度大小;
(2)小球做平抛运动的初始位置坐标.
1020A
x/cm
B15
C40
y/cm
12((10分)一根内壁光滑的细圆管,形状如下图所示,半径为R,放在竖直平面内,一个小球自管口A的正上方高h处自由落下,第一次落入管口A后,抵达管口B点时正好对管上下都无压力,第二次落入管口A后恰能飞出B再进入管口A,求小球二次下落的高度h分别为多大,
13((12分)如图所示,位于竖直平面上的1/4圆弧光滑轨道,半径为R,OB沿竖直方向,上端A距地面高度为H,质量为m的小球从A点由静止释放,最后落在水平地面上C点处,不计空气阻力,求:
(1)小球运动到轨道上的B点时,对轨道的压力多大?
(2)小球落地点C与B点水平距离s是多少?
m14((10分) 质量为=2.0×103kg的汽车在平直公路上行驶,发动机的额定功率为80kW,
a所受阻力恒为车重的0.1倍。若汽车从静止开始匀加速启动,加速度的大小为=1.0m/s2 。达到额定功率后,汽车保持功率不变又加速行驶了800m,直到获得最大速度后才匀速行驶。试求:
(1)汽车的最大行驶速度;
(2)汽车匀加速启动阶段结束时的速度;
(3)汽车从静止到获得最大行驶速度所用的总时间。
15((10分)某滑板爱好者在离地高的平台上滑行,水平离开A点后落在水平地面上的B点,其水平位移(着地时由于存在能量损失,着地后速度变为,并以此为初速沿水平地面滑行后停止(已知人与滑板的总质量(试求: (1)人与滑板在水平地面滑行时受到的平均阻力的大小;
(2)人与滑板离开平台时的水平初速度大小(空气阻力忽略不计,取当地的重力加速度
)(
16((10分)宇航员站在某质量分布均匀的星球表面一斜坡上P点沿水平方向以初速度v0抛出一个小球,测得小球经时间t落到斜坡上另一点Q,斜面的倾角为θ,已知该星球半径为R,万有引力常量为G,求: V0 P (1)该星球表面的重力加速度g;
(2)该星球的第一宇宙速度v;
(3)人造卫星在该星球表面做匀速圆周运动的最小周期 Q θ
17((12分)如图所示,左右两端的AM、NB为竖直平面内的光滑圆弧轨道,半径均为
,质量的物体从左端最高点A由静止下滑,经过一段长度为粗糙的水平轨道MN后,冲上右端的光滑圆弧轨道(物体与粗糙的水平轨道间的动摩擦因数
,取当地的重力加速度,试求:
(1)物体到达右端圆弧轨道的最大高度;
(2)物体第一次经过M点(圆弧轨道的
最低点)时受到轨道支持力的大小;
(3)物体第二次经过M点时速度的大小(
18((10分) 如图所示,在一次“飞车过黄河”的表演中,汽车从最高点至着地点经历时间0.8s,两点间水平距离30m。求:
(1)最高点与着地点的高度差;
(2)汽车的水平速度。(g取10 m/s2)
19((10分)质量相等的小球A、B分别固定在轻杆的中点及端点,当棒在光滑的水平面上
绕O点匀速转动时,如图。求棒的OA段及AB段的拉力之比。
20((10分)将物体在h=20m高处以初速度v0=10m/s水平抛出,因受跟v0同方向的风力影响,物体具有大小为a=2.5m/s2的水平方向的加速度(g取10m/s2)。求: (1)物体的水平射程;
(2)物体落地时的速度。
21((12分)在用高级沥青铺设的高速公路上,汽车的设计时速是108km/h。汽车在这种路面上行驶时,它的轮胎与地面的最大静摩擦力等于车重的0.6倍。如果汽车在这种高速路的水平弯道上拐弯,假设弯道的路面是水平的,其弯道的最小半径是多少,如果高速路上设计了圆弧拱桥做立交桥,要使汽车能够安全通过圆弧拱桥,这个圆弧拱桥的半径至少是多少,(取g=10m/s2)
22hv0G,2L1.
2.100 s 125 s
3.0.221 m
4.(1)汽车通过桥的最高点时受力如图,根据牛顿第二定律得:
2mvmgN,,R
桥面对汽车的支持力
2mvNmg,,R
根据牛顿第三定律,汽车对桥面的压力
2mvmg,,N,N,R
,N,0(2)若,汽车对桥面无压力,汽车将腾空从而失控制。所以为安全起见应
Rg,N,0v,,即
v,代入数据得 40 m/s
汽车过桥时的安全速度应小于144 km/h
lt,v05(由水平方向上的匀速运动的规律得:飞机飞行l用的时间为
12h,at2竖直方向上向上做初速为零的匀加速运动,由得
22h2hv0a,,22tl竖直方向向上的加速度为
F,mg,ma竖直方向上,由牛顿第二定律得
22mhv0F,mg,ma,mg,2l飞机受到的升力大小为 6(0.8m;3m/s
22,s,aT,h,,h,gT1217(解析:由,可得。
2,s,,s,vTv,4m/s0.35,0.25,gTT,0.1s1200,? 。 由,? 。
由初速度为零的匀加速直线运动规律得相等时间内位移之比为:
s:s:s:?:s,,h:,h,5:7:?:(2n,1)1:3:5123n12,可知, 故A点不是抛出点,抛出点到A点的时间为2T,A点离抛出点水平距离: x,2vT,0.8mA0。
8(2m
9(解析:解:(1)由于小孩无碰撞进入圆弧轨道,即小孩落到A点时速度方向沿A点切线
vgty0tantan53,,,,
vvx0方向(如图),则:
2h12ts,,0.4hgt,g2又由: 得:
v,gt,4y而: m/s
v,30联立以上各式得: m/s (2)在最低点,据牛顿第二定律,有:
2vxFmgm,,NR
FN,1290N代入数据解得 由牛顿第三定律可知,小孩对轨道的压力为1290N
10(解析:(1)相同
12gt2设小球在空中飞行时间为t,则H=
2H2,45t,,,3sg10
f0.2mg2,,2m/smm(2)小球在水平方向受风力作用,加速度a= 水平分运动:v0=at
代入解得v0=2×3=6m/s
11(解析:(1)如右上图所示,小球在AB段、BC段水平位移相等,而小球在水平方向做匀速运动,因此小球在这两段运动时间为tAB=tBC=T. 小球在竖直方向做匀加速运动,由Δs=aT2得
25 cm,15 cm=10 cm,T=0.1 s
10 cm
0.1 s小球在水平方向上做匀速运动,有v0==100 cm/s=1 m/s.
(2)由于小球在竖直方向上做匀加速直线运动,小球在B点的竖直分速度大小等于AC段在竖直方向平均速度大小.
0.4
0.2vBy=m/s=2 m/s
设小球从抛出点O到B点历时tOB,有
vBy
gtOB==0.2 s
小球从抛出点O到A点历时:
tOA=tOB,T=0.1 s
1
2因此,xOA=v0tOA=10 cm,yOA=gtOA2=5 cm
故O点坐标值为(,10,,5).
答案:(1)1 m/s (2)(,10,,5)
v,Rg0,BB12(解析:(1)由已知,由由机械能守恒
1320,mgh,mgR,mv?h,RB1122
RgR',,vB22R
g0,B(2)由已知 由机械能守恒
152'0,mgh,mgR,mv?h,RB2224
12mgR,mvB213(解析:(1)小球由A?B过程中,根据机械能守恒定律有: ? v,2gRB ?
2vBFmgm,,NR小球在B点时,根据向心力公式有; ?
2vBF,mg,m,3mgNR
根据牛顿第三定律,小球对轨道的压力大小等于轨道对小球的支持力,为3mg (2)小球由B?C过程,水平方向有:s,vB?t ?
12H,R,gt2竖直方向有: ?
s,2(H,R)R解???得
3p8010,额==40m/sv,m3f0.12.01010,,,14(解析: (1)汽车的最大行驶速度
v1(2)设汽车匀加速启动阶段结束时的速度为,
38010,vms,,20/133pv,FFfma,,1额FN,,410410,由,得 由, 得
v201ts,,,201a1(3)匀加速阶段的时间为
1122ptfxmvmv,,,m21tts,47.52222恒定功率启动阶段的时间设为,由动能定理 ,得
ttts,,,67.512所以,总的时间为
15(解析: (1)设人与滑板在水平地面滑行时受到的平均阻力的大小为,根据动能定理有
解得
(2)人与滑板离开平台后做平抛运动,设初速度的大小为,飞行时间为,根据平抛运
12,mgs,0-mV,,AAA2律有 动的规1,4,3.242,s,,3.24m 0.2,10
联立解得
12gtv22tan,0tan,,g,vt0t16(解析: (1) ?
2vRGM2tan,Mmv0vgR,,,Gm,2RtRR(2)
2,,2R2RtT,,vvtan,0(3)
17(解析: (1)设物体到达右端圆弧轨道的最大高度为,根据动能定理得 -
解得:
(2)设物体第一次经过M点时的速度大小为,受到轨道支持力的大小为(由于物体
由A点运动到M点,只有重力做功,所以物体的机械能守恒(
根据牛顿第二定律有:
联立解得
(3)设物体第二次经过M点时的速度大小为,根据动能定理有
解得:
1122h,gt,,10,(0.8),3.2(m)2218(解析:(1)
s30v,,,37.5(m/s)水平t0.8(2)
19(解析: 设OA、AB段拉力分别为F1、F2,长度分别为r和2r,则 有:F1-F2 = mω2r (1)
F2=mω2.2 r (2)
F31,2F2由(1)(2)可得:
2h12t,,2shgt,g220(解析: (1)由得
1122xvtat,,,,,,,,1022.5225(m)022
vvat,,,,,,102.5215(m/s)x0(2)
vgt,,20m/sy
2222vvv,,,,1520=25(m/s)xy
v204y,,,,tan153vx
40,,,arctan533方向与水平方向所成的角度
21(解析:汽车在水平路面上拐弯,或视为汽车做匀速圆周运动,其向心力是车与路面间的
2mv
r最大静摩擦力,有,0.6mg 由速度v=30m/s,得弯道半径 r>150m;
2mv,,mgNR汽车过拱桥,看作在竖直平面内做匀速圆周运动,到达最高点时,有
2mv
R为了保证安全,车对路面的压力N必须大于零。有,mg 则R>90m。