题目内容

精英家教网如图，是一段光滑的固定斜面，长度s=1m，与水平面 的倾角θ=530．另有一固定竖直放置的粗糙圆弧形轨道刚好在B点与斜面相切，圆弧形轨道半径R=0.3m，O点是圆弧轨道的 圆心．将一质量m=0.2kg的小物块从A点由静止释放，运动到 圆弧轨道最高点C点时，与轨道之间的弹力F=1N．重力加速度g=10m/s2，sin53°=0.8，cos53°=0.6，不计空气阻力．求：
（1）小物块运动到B点时的速度大小？
（2）小物块从B到C的过程，克服摩擦力做的功是多少？
分析：（1）设小物块运动到B点时的速度大小为vB，在A到B的过程中，由动能定理求出B点速度；
（2）在C点运用向心力公式求出C点速度，在B到C的过程的运用动能定理即可求解克服摩擦力做的功．
解答：解：（1）设小物块运动到B点时的速度大小为vB，在A到B的过程中，由动能定理有
mgssinθ=
1
2
mvB2
解得vB=4 m/s     
（2）设小物块在C点的速度大小为vc，则
 mg+F=m
vC2
R
 
在B到C的过程，设小物块克服摩擦力做的功是Wf，由动能定理有
-mgR（1+cosθ）-Wf=
1
2
mvC2-
1
2
mvB2
解得Wf=0.19J   
答：（1）小物块运动到B点时的速度大小为4 m/s；
（2）小物块从B到C的过程，克服摩擦力做的功是0.19J．
点评：本题主要考查了动能定理及向心力公式的直接应用，要求同学们能根据需要选择适当的过程运用动能定理解题，难度适中．
练习册系列答案
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（2009?徐汇区模拟）某研究性实验小组为探索航天器球形返回舱穿过大气层时所受空气阻力（风力）的影响因素，进行了模拟实验研究．如图为测定风力的实验装置图．其中CD是一段水平放置的长为L的光滑均匀电阻丝，电阻丝阻值较大；一质量和电阻均不计的细长裸金属丝一端固定于O点，另一端悬挂小球P，无风时细金属丝竖直，恰与电阻丝在C点接触，OC=H；有风时细金属丝将偏离竖直方向，与电阻丝相交于某一点（如图中虚线所示，细金属丝与电阻丝始终保持良好的导电接触）．
（1）已知电源电动势为E，内阻不计，理想电压表两接线柱分别与O点与C点相连，球P的质量为m，重力加速度为g，由此可推得风力大小F与电压表示数U的关系为F=
mgL
EH
U
mgL
EH
U
．
（2）研究小组的同学猜想：风力大小F可能与风速大小v和球半径r这两个因数有关，于是他们进行了实验后获得了如下数据：（下表中风速v的单位为m/s，电压U的单位为V，球半径r的单位为cm．）
根据表中数据可知，风力大小F与风速大小和球半径r的关系是
F=kvr
F=kvr
．
10 15 20 30
0.25 9.60 14.5 19.1 28.7
0.50 2.40 3.60 4.81 7.19
0.75 1.07 1.61 2.13 3.21
1.00 0.60 0.89 1.21 1.82
（2007?肇庆二模）某研究性学习小组，为了探索航天器球形返回舱穿过大气层时所受空气阻力（风力）的影响因素，进行了模拟实验研究．如图为测定风力的实验装置图，其中CD是一段水平放置的长为L的光滑均匀电阻丝，电阻丝电阻较大；一质量和电阻都不计的细长细长裸金属丝一端固定于O点，另一端悬挂球P，无风时细金属丝竖直，恰与电阻丝在C点接触，OC=H；有风时金属丝将偏离竖直方向，与电阻丝相交于某一点（如图中虚线所示）．细金属丝与电阻丝始终保持良好的导电接触．
（1）已知电源的电动势为E，内阻不计，理想电压表两接线柱分别与O点和C点相连，球P的质量为m，重力加速度为g，由此可以推得风力大小F与电压表示数的关系式为F=
mgL
EH
U
mgL
EH
U
．
（2）研究小组的同学猜想：风力大小F可能与风速大小v和球半径r这两个因素有关，于是他们进行了如下的实验：
实验一：使用同一球，改变风速，记录了在不同风速下电压表的示数．
表一  球半径r=0.50cm
风速（m/s） 10 15 20 30
电压表示数（V） 2.40 3.60 4.81 7.19
由表一数据可知：在球半径一定的情况下，风力大小与风速的关系是
风力大小与风速成正比
风力大小与风速成正比
．
实验二：保持风速一定，换用同种材料、不同半径的实心球，记录了在球半径不同情况下电压表的示数．
表二  风速v=10m/s
球半径（cm） 0.25 0.50 0.75 1.00
电压表示数（V） 9.60 2.40 1.07 0.60
由表二数据可知：在风速一定的情况下，风力大小与球半径的关系是
成正比
成正比
．（球体积公式V=
4
3
πr3）
（3）根据上述实验结果可知风力的大小F与风速大小v、球半径r的关系式为
F=kvr，式中k为常数
F=kvr，式中k为常数
．
精英家教网某实验小组设计了如图所示的加速度仪．其中CD是一段水平放置的长为L的、阻值较大的光滑均匀电阻丝，一质量和电阻均不计的细长裸金属丝一端固定于O点，另一端悬挂小球P，无加速度时细金属丝竖直，恰与电阻丝在C点接触，OC=H；有向右的加速度时细金属丝将偏离竖直方向，与电阻丝相交于某一点（如图中虚线所示，细金属丝与电阻丝始终保持良好的导电接触）．
（1）已知电源电动势为E，内阻不计，理想电压表两接线柱分别与O点与C点相连，球P的质量为m，重力加速度为g，由此可推得加速度大小a与电压表示数U的关系为a=
 
．
（2）该实验小组根据（1）中关系，将电压表的刻度盘直接改为加速度刻度，在实际使用中还发现这个加速度仪除了不能测向左的加速度外，还存在不足之处，其中主要的不足之处有：I
 
；II
 
．

某研究性实验小组为探索航天器球形返回舱穿过大气层时所受空气阻力（风力）的影响因素，进行了模拟实验研究。如图为测定风力的实验装置图。其中CD是一段水平放置的长为L的光滑均匀电阻丝，电阻丝阻值较大；一质量和电阻均不计的细长裸金属丝一端固定于O点，另一端悬挂小球P，无风时细金属丝竖直，恰与电阻丝在C点接触，OC＝H；有风时细金属丝将偏离竖直方向，与电阻丝相交于某一点（如图中虚线所示，细金属丝与电阻丝始终保持良好的导电接触）。

（1）已知电源电动势为E，内阻不计，理想电压表两接线柱分别与O点与C点相连，球P的质量为m，重力加速度为g，由此可推得风力大小F与电压表示数U的关系为F＝_______________。

（2）研究小组的同学猜想：风力大小F可能与风速大小v和球半径r这两个因数有关，于是他们进行了实验后获得了如下数据：（下表中风速v的单位为m/s，电压U的单位为V，球半径r的单位为cm。）

根据表中数据可知，风力大小F与风速大小和球半径r的关系是________________。

电压表示数(U) 风速(v)

球半径(r)

10

15

20

30

0.25

9.60

14.5

19.1

28.7

0.50

2.40

3.60

4.81

7.19

0.75

1.07

1.61

2.13

3.21

1.00

0.60

0.89

1.21

1.82

（10分）某研究性学习小组，为了探索航天器球形返回舱穿过大气层时所受空气阻力（风力）的影响因素，进行了模拟实验研究。图12为测定风力的实验装置图，其中CD是一段水平放置的长为L的光滑均匀电阻丝，电阻丝电阻较大；一质量和电阻都不计的细长细长裸金属丝一端固定于O点，另一端悬挂球P，无风时细金属丝竖直，恰与电阻丝在C点接触，OC＝H；有风时金属丝将偏离竖直方向，与电阻丝相交于某一点（如图13中虚线所示）.细金属丝与电阻丝始终保持良好的导电接触。

(1)已知电源的电动势为E，内阻不计，理想电压表两接线柱分别与O点和C点相连，球P的质量为m，重力加速度为g，由此可以推得风力大小F与电压表示数的关系式为F=______________________。

(2)研究小组的同学猜想：风力大小F可能与风速大小v和球半径r这两个因素有关，于是他们进行了如下的实验：

实验一：使用同一球，改变风速，记录了在不同风速下电压表的示数。

表一  球半径r＝0.50cm

风速(m/s)

10

15

20

30

电压表示数（V）

2.40

3.60

4.81

7.19

由表一数据可知：在球半径一定的情况下，风力大小与风速的关系是_______________________。

实验二：保持风速一定，换用同种材料、不同半径的实心球，记录了在球半径不同情况下电压表的示数。

表二  风速v＝10 m/s

球半径(cm)

0.25

0.50

0.75

1.00

电压表示数（V）

9.60

2.40

1.07

0.60

由表二数据可知：在风速一定的情况下，风力大小与球半径的关系是_______________________。（球体积公式）

(3)根据上述实验结果可知风力的大小F与风速大小v、球半径r的关系式为_________________________。

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