29.湖南省桃源一中2010届高三9月月考一半径为R=1.00m的水平光滑圆桌面,圆心为O,有一竖直的立柱与桌面的交线是一条凸的平滑的封闭曲线C,如图所示。一根不可伸长的柔软的细轻绳,一端固定在封闭曲线上的某一点,另一端系一质量为m=7.5×10-2kg的小物块。将小物块放在桌面上并把绳拉直,再给小物块一个方向与绳垂直大小为v0=4m /s的初速度。物块在桌面上运动时,绳将缠绕在立柱上。已知当绳的张力为T0=2N时,绳即断开,在绳断开前物块始终在桌面上运动。求:

(1)问绳刚要断开时,绳的伸直部分的长度为多少?

(2)若绳刚要断开时,桌面圆心O到绳的伸直部分与封闭曲线的接触点的连线正好与绳的伸直部分垂直,问物块的落地点到桌面圆心O的水平距离为多少?已知桌面高度H=0.80 m,物块在桌面上运动时未与立柱相碰。取重力加速度大小为10m/ s2。

(2)设在绳刚要断开时,物块位于桌面上的P点,BP是绳的伸直部分,物块速度v0的方向如图1所示.由题意可知,OB⊥BP.因物块离开桌面时的速度仍为v0,物块离开桌面后便做初速度为v0的平抛运动,设平抛运动经历的时间为t,则有

  ⑤………………………………………………2分 物块做平抛运动的水平射程为   S1=v0t,  ⑥…………………………………2分 由几何关系,物块落地地点与桌面圆心O的水平距离S为   ⑦………………………………………………2分 解⑤、⑥、⑦式,得  

26.湖北省襄樊四中2010届高三摸底考试如图11所示,质量为m的小球,由长为l的细线系住,细线的另一端固定在A点,AB是过A的竖直线,E为AB上的一点,且AE=0.5l,过E作水平线EF,在EF上钉铁钉D,若线能承受的最大拉力是9mg,现将小球拉直水平,然后由静止释放,若小球能绕钉子在竖直面内做圆周运动,不计线与钉子碰撞时的能量损失.求钉子位置在水平线上的取值范围.

答案:l≤x≤l.

解析:这是一个圆周运动与机械能两部分知识综合应用的典型问题.题中涉及两个临界条件:一是线承受的最大拉力不大于9mg;另一个是在圆周运动的最高点的瞬时速度必须不小于(r是做圆周运动的半径).设在D点绳刚好承受最大拉力,设DE=x1,则:AD=

悬线碰到钉子后,绕钉做圆周运动的半径为:r1=l-AD= l-……①(2分)

当小球落到D点正下方时,绳受到的最大拉力为F,此时小球的速度v,由牛顿第二定律有:

F-mg=…………………………………………②    (1分)

结合F≤9mg可得:≤8mg……………………③   (1分)

由机械能守恒定律得:mg (+r1)=mv12

即:v2=2g (+r1) ………………………………④     (1分)

由①②③式联立解得:x1≤l…………………⑤     (2分)

随着x的减小,即钉子左移,绕钉子做圆周运动的半径越来越大.转至最高点的临界速度也越来越大,但根据机械能守恒定律,半径r越大,转至最高点的瞬时速度越小,当这个瞬时速度小于临界速度时,小球就不能到达圆的最高点了.

设钉子在G点小球刚能绕钉做圆周运动到达圆的最高点,设EG=x2,如图,则:AG=

r2=l-AG= l-…………………………⑥     (1分)

在最高点:mg≤……………………………⑦     (1分)

由机械能守恒定律得:mg (r2)=mv22…………⑧         (1分)

由④⑤⑥联立得:x2≥l…………………………⑨         (2分)

在水平线上EF上钉子的位置范围是:l≤x≤l          (2分)

25.山东省费县一中2010届高三第一次调研测试过山车是游乐场中常见的设施。下图是一种过山车的简易模型,它由水平轨道和在竖直平面内的三个圆形轨道组成,B、C、D分别是三个圆形轨道的最低点,B、C间距与C、D间距相等,半径R1=2.0m、R2=1.4m。一个质量为m=1.0kg的小球(视为质点),从轨道的左侧A点以v0=12.0m/s的初速度沿轨道向右运动,A、B间距L1=6.0m。小球与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.2,圆形轨道是光滑的。假设水平轨道足够长,圆形轨道间不相互重叠。重力加速度取g=10m/s2,计算结果保留小数点后一位数字。试求

  (1)小球在经过第一个圆形轨道的最高点时,轨道对小球作用力的大小;

  (2)如果小球恰能通过第二圆形轨道,B、C间距应是多少;

答案:(1)10.0N;(2)12.5m

[解析](1)设小于经过第一个圆轨道的最高点时的速度为v1根据动能定理

           ①

  小球在最高点受到重力mg和轨道对它的作用力F,根据牛顿第二定律

                               ②

由①②得                            ③

(2)设小球在第二个圆轨道的最高点的速度为v2,由题意

                                ④

                ⑤

由④⑤得                           ⑥

 0  329850  329858  329864  329868  329874  329876  329880  329886  329888  329894  329900  329904  329906  329910  329916  329918  329924  329928  329930  329934  329936  329940  329942  329944  329945  329946  329948  329949  329950  329952  329954  329958  329960  329964  329966  329970  329976  329978  329984  329988  329990  329994  330000  330006  330008  330014  330018  330020  330026  330030  330036  330044  447090 

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