题目内容

10.如图所示,光滑的半圆形轨道竖直放置,其半径为R=0.4m.一小物块以速率Vo从最低点A进入光滑圆形轨道后沿圆形轨道运动,恰好能通过最高点B.离开B点后,又恰好滑上一个水平向左传动的传送带PQ上,传动速度为v=4m/s,传送带长度L=6m.设小物块与传送带间的动摩擦因数为μ=0.2,重力加速度为g=10m/s2,不计空气阻力,并将小物块视为质点.

(1)求小物块通过最高点B时速度VB大小
(2)求小物块在传送带运动的时间
(3)求小物块从传送带左端Q水平飞出后,落地点与A点的水平距离.

分析 (1)小物块恰好能通过最高点B时,由重力提供向心力,由向心力公式求物块通过最高点B时速度vB大小.
(2)小物块在传送带先匀加速后匀速,由牛顿第二定律和运动学公式结合求运动的时间.
(3)小物块从传送带左端Q水平飞出后做平抛运动,由分位移公式求落地点与A点的水平距离.

解答 解:(1)小物块恰好能通过最高点B时,由重力提供向心力,则有  mg=m$\frac{{v}_{B}^{2}}{R}$
可得 vB=2m/s
(2)物块先匀加速运动,加速度大小为 a=$\frac{μmg}{m}$=μg=2m/s2.
匀加速时间  t1=$\frac{v-{v}_{B}}{a}$=$\frac{4-2}{2}$=1s
通过的位移  x1=$\frac{v+{v}_{B}}{2}{t}_{1}$=$\frac{4+2}{2}×1$=3m
后作匀速运动,时间为 t2=$\frac{L-x}{v}$=$\frac{6-3}{4}$=0.75s
总时间为 t=t1+t2=1.75s
(3)小物块从传送带左端Q水平飞出后做平抛运动,则
  2R=$\frac{1}{2}g{t}^{2}$
  x=L+vt
解得 x=7.6m
答:
(1)小物块通过最高点B时速度VB大小是2m/s.
(2)小物块在传送带运动的时间是1.75s.
(3)小物块从传送带左端Q水平飞出后,落地点与A点的水平距离是7.6m.

点评 本题的关键是分析清楚物块的运动过程,知道物块恰好能通过最高点B时,由重力提供向心力.根据牛顿第二定律和运动学公式研究物块在传送带上的运动情况.

练习册系列答案
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19.根据学过的相关知识完成下列实验报告
实验目的验证机械能守恒定律.
实验原理
(1)在只有重力做功的自由落体运动中,物体的重力势能和动能互相转化,但总的机械能保持不变.若物体某时刻瞬时速度为v,下落高度为h,则重力势能的减少量为mgh,动能的增加量为$\frac{1}{2}$mv2,若在误差允许范围内,mgh=$\frac{1}{2}$mv2,则说明验证了机械能守恒定律.
(2)如图1所示,计算打第n个点速度的方法:测出xn和xn+1(或hn+1和hn-1),由公式vn=$\frac{{x}_{n}+{x}_{n+1}}{2T}$(或$\frac{{h}_{n+1}-{h}_{n-1}}{2T}$)算出.
实验器材
铁架台(含铁夹),打点计时器,学生电源,纸带,复写纸,导线,毫米刻度尺,重物(带纸带夹).
实验步骤
(1)安装置:按图2所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上,接好电路.
(2)打纸带:将纸带的一端用夹子固定在重物上,另一端穿过打点计时器的限位孔,用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方.先接通电源,再松开纸带,让重物带着纸带自由下落.更换纸带重复做3~5次实验.
(3)选纸带:分两种情况
A.用$\frac{1}{2}$mvn2=mghn验证.          B.用$\frac{1}{2}$mvB2-$\frac{1}{2}$mvA2=mg△h验证.
以上两种选纸带的方案中A(答案请填写“A”或者是“B”)方案需要要求纸带上打出的第1、2两点间的距离小于或接近2mm.
数据处理
(1)测量计算
在起始点标上0,在以后各点依次标上1、2、3…,用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3….
计算出点1、点2、点3、…的瞬时速度v1、v2、v3….
(2)验证守恒
图象法:从纸带上选取多个点,测量从第一点到其余各点的下落高度h,并计算各点速度的平方v2,然后以$\frac{{v}^{2}}{2}$为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出图线.若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线,则验证了机械能守恒.
注意事项
速度不能用vn=gtn计算,用vn=gtn计算出的速度比实际值增大.(请填写“偏大”或“偏小”)

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