石墨烯是近些年发现的一种新材料.其超高强度及超强导电.导热等非凡的物理化学性质有望使21世纪的世界发生革命性的变化.其发现者由此获得2010年诺贝尔物理学奖.用石墨烯制作超级缆绳.人类搭建“太空电梯的梦想有望在本世纪实现.科学家们设想.通过地球同步轨道站向地面垂下一条缆绳至赤道基站.电梯仓沿着这条缆绳运行.实现外太空和地球之间便捷的物资交换. 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

(15分）石墨烯是近些年发现的一种新材料，其超高强度及超强导电、导热等非凡的物理化学性质有望使21世纪的世界发生革命性的变化，其发现者由此获得2010年诺贝尔物理学奖。用石墨烯制作超级缆绳，人类搭建“太空电梯”的梦想有望在本世纪实现。科学家们设想，通过地球同步轨道站向地面垂下一条缆绳至赤道基站，电梯仓沿着这条缆绳运行，实现外太空和地球之间便捷的物资交换。

（1）若”太空电梯”将货物从赤道基站运到距地面高度为h₁的同步轨道站，求轨道站内质量为m₁的货物相对地心运动的动能。设地球自转角速度为ω，地球半径为R。
（2）当电梯仓停在距地面高度h₂ = 4R的站点时，求仓内质量m₂ = 50kg的人对水平地板的压力大小。取地面附近重力加速度g = 10m/s²，地球自转角速度ω = 7.3×10^-5rad/s，地球半径R = 6.4×10³km。

（1）（2）11.5N

解析试题分析：（1）设货物相对地心的距离为r₁，线速度为v₁
由r₁=R+h₁①，
得距离地面高为h₁的同步轨道站相对地形的线速度为②
则货物相对地心的动能为③
联立①②③得④
说明：①②③④四式各1分
（2）设地球的质量为M，人相对地心的距离为r₂，向心加速度为a₂，轨道所在处的重力加速度为g₂
⑤
⑥
则在地球表面有⑦
设距离地心处的向心加速度为g₂，⑧
解得
相对太空舱静止的人受到太空舱地板的支持力为N
⑨
联立⑤~解得N=11.5N⑩
在由牛顿第三定律知，对水平地板的压力为N
说明⑥⑦⑧⑨式各式2分，⑤⑩各式1分
考点：牛顿运动定律万有引力定律动能

练习册系列答案

相关题目

(6分)某实验小组设计了如图（a）所示实验装置，通过改变重物的质量，利用计算机可得滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图像。他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a-F图线，如图（b）所示。滑块和位移传感器发射部分的总质量m= kg；滑块和轨道间的动摩擦因数μ= （重力加速度g取10m/s²）

如图所示，绝缘光滑水平轨道AB的B端与处于竖直平面内的四分之一圆弧形粗糙绝缘轨道BC平滑连接．圆弧的半径R＝0.40 m. 在轨道所在空间存在水平向右的匀强电场，电场强度E＝1.0×10⁴ N/C.现有一质量m＝0.10 kg的带电体(可视为质点)放在水平轨道上与B端距离s＝1.0 m的位置，由于受到电场力的作用带电体由静止开始运动，当运动到圆弧形轨道的C端时，速度恰好为零．已知带电体所带电荷量q＝8.0×10^－5C，取g＝10 m/s²，求：

(1)带电体在水平轨道上运动的加速度大小及运动到B端时的速度大小；
(2)带电体运动到圆弧形轨道的B端时对圆弧轨道的压力大小；
(3)带电体沿圆弧形轨道从B端运动到C端的过程中，摩擦力做的功．

如图所示，在粗糙水平面内存在着2n个有理想边界的匀强电场区，水平向右的电场和竖直向上的电场相互间隔，每一电场区域场强的大小均为E，且 E=，电场宽度均为d，水平面粗糙摩擦系数为μ，一个质量为m，带正电的、电荷量为q的物体（看作质点），从第一个向右的电场区域的边缘由静止进入电场，则物体从开始运动到离开第2n个电场区域的过程中，求：

（1）电场力对物体所做的总功? 摩擦力对物体所做的总功？
（2）物体在第2n个电场(竖直向上的)区域中所经历的时间？
（3）物体在所有水平向右的电场区域中所经历的总时间？

（16分）光滑圆轨道和两倾斜直轨道组成如图所示装置，其中直轨道bc粗糙，直轨道cd光滑，两轨道相接处为一很小的圆弧。质量为m=0.1kg的滑块（可视为质点）在圆轨道上做圆周运动，到达轨道最高点a时的速度大小为v=4m/s，当滑块运动到圆轨道与直轨道bc的相切处b时，脱离圆轨道开始沿倾斜直轨道bc滑行，到达轨道cd上的d点时速度为零。若滑块变换轨道瞬间的能量损失可忽略不计，已知圆轨道的半径为R=0.25m，直轨道bc的倾角θ=37^o，其长度为L=26.25m，d点与水平地面间的高度差为h=0.2m，取重力加速度g=10m/s²，sin37°=0.6。求：

（1）滑块在圆轨道最高点a时对轨道的压力大小；
（2）滑块与直轨道bc问的动摩擦因数；

（12分）如图所示，AB为竖直半圆轨道的竖直直径，轨道半径R=0.9m，轨道B端与水平面相切，质量m=1kg的光滑小球从水平面以初速度V₀向B滑动，取g=10m/s²。

（1）若V₀=6m/s，求小球经轨道最低点B瞬间对轨道的压力为多少？
（2）若小球刚好能经过A点，则小球在A点的速度至少为多大？小球离开A点后在水平面的落点与B点的距离为多少？

（20分）如图所示，在光滑的水平面上有一质量为m=1kg的足够长的木板C，在C上放置有A、B两物体，A的质量m_A=1kg，B的质量为m_B=2kg．A、B之间锁定一被压缩了的轻弹簧，弹簧储存的弹性势能E_p=3J，现突然给A、B一瞬时冲量作用，使A、B同时获得v₀=2m/s的初速度，且同时弹簧由于受到扰动而解除锁定，并在极短的时间内恢复原长，之后与A、B分离．已知A和C之间的摩擦因数为μ₁=0.2，B、C之间的动摩擦因数为μ₂=0.1，且滑动摩擦力略小于最大静摩擦力．求：

（1）弹簧与A、B分离的瞬间，A、B的速度分别是多大？
（2）已知在C第一次碰到右边的固定挡板之前，A、B和C已经达到了共同速度，求在到达共同速度之前A、B、C的加速度分别是多大及该过程中产生的内能为多少？
（3）已知C与挡板的碰撞的碰撞无机械能损失，求在第一次碰撞后到第二次碰撞前A在C上滑行的距离？

(19分)如图甲所示，表面绝缘、倾角q=30°的斜面固定在水平地面上，斜面的顶端固定有弹性挡板，挡板垂直于斜面，并与斜面底边平行。斜面所在空间有一宽度D=0.40m的匀强磁场区域，其边界与斜面底边平行，磁场方向垂直斜面向上，磁场上边界到挡板的距离s=0.55m。一个质量m=0.10kg、总电阻R=0.25W的单匝矩形闭合金属框abcd，放在斜面的底端，其中ab边与斜面底边重合，ab边长L=0.50m。从t=0时刻开始，线框在垂直cd边沿斜面向上大小恒定的拉力作用下，从静止开始运动，当线框的ab边离开磁场区域时撤去拉力，线框继续向上运动，并与挡板发生碰撞，碰撞过程的时间可忽略不计，且没有机械能损失。线框向上运动过程中速度与时间的关系如图乙所示。已知线框在整个运动过程中始终未脱离斜面，且保持ab边与斜面底边平行，线框与斜面之间的动摩擦因数m=/3，重力加速度g取10 m/s²。

(1)求线框受到的拉力F的大小；
(2)求匀强磁场的磁感应强度B的大小；
(3)已知线框向下运动通过磁场区域过程中的速度v随位移x的变化规律满足v＝v₀-(式中v₀为线框向下运动ab边刚进入磁场时的速度大小，x为线框ab边进入磁场后对磁场上边界的位移大小)，求线框在斜面上运动的整个过程中产生的焦耳热Q。

质量为5kg的物体放置在粗糙的水平桌面上，与桌面间的动摩擦因数为0.2。（g＝10m/s²）
⑴如果给它一个水平向右的初速度，求它沿桌面滑行的加速度大小与方向。

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