14.(09·广东物理·17)(20分)(1)为了清理堵塞河道的冰凌,空军实施了投弹爆破,飞机在河道上空高H处以速度v0水平匀速飞行,投掷下炸弹并击中目标。求炸弹刚脱离飞机到击中目标所飞行的水平距离及击中目标时的速度大小。(不计空气阻力)

(2)如图17所示,一个竖直放置的圆锥筒可绕其中心OO′转动,筒内壁粗糙,筒口半径和筒高分别为RH,筒内壁A点的高度为筒高的一半。内壁上有一质量为m的小物块。求

①当筒不转动时,物块静止在筒壁A点受到的摩擦力和支持力的大小;

②当物块在A点随筒做匀速转动,且其受到的摩擦力为零时,筒转动的 角速度。

解析:⑴炸弹作平抛运动,设炸弹脱离飞机到击中目标所飞行的水平距     离为x,

           

联立以上各式解得

设击中目标时的竖直速度大小为vy,击中目标时的速度大小为v

      

联立以上各式解得

⑵①当筒不转动时,物块静止在筒壁A点时受到的重力、摩擦力和支持力三力作用而平衡,由平衡条件得  摩擦力的大小

        支持力的大小

②当物块在A点随筒做匀速转动,且其所受到的摩擦力为零时,物块在筒壁A点时受到的重力和支持力作用,它们的合力提供向心力,设筒转动的角速度为

  

  由几何关系得 

联立以上各式解得

2009年曲线运动联考

13.(09·四川·25) (20分)如图所示,轻弹簧一端连于固定点O,可在竖直平面内自由转动,另一端连接一带电小球P,其质量m=2×10-2 kg,电荷量q=0.2 C.将弹簧拉至水平后,以初速度V0=20 m/s竖直向下射出小球P,小球P到达O点的正下方O1点时速度恰好水平,其大小V=15 m/s.若O、O1相距R=1.5 m,小球P在O1点与另一由细绳悬挂的、不带电的、质量M=1.6×10-1 kg的静止绝缘小球N相碰。碰后瞬间,小球P脱离弹簧,小球N脱离细绳,同时在空间加上竖直向上的匀强电场E和垂直于纸面的磁感应强度B=1T的弱强磁场。此后,小球P在竖直平面内做半径r=0.5 m的圆周运动。小球P、N均可视为质点,小球P的电荷量保持不变,不计空气阻力,取g=10 m/s2。那么,

(1)弹簧从水平摆至竖直位置的过程中,其弹力做功为多少?

(2)请通过计算并比较相关物理量,判断小球P、N碰撞后能否在某一时刻具有相同的速度。

(3)若题中各量为变量,在保证小球P、N碰撞后某一时刻具有相同速度的前提下,请推导出r的表达式(要求用B、q、m、θ表示,其中θ为小球N的运动速度与水平方向的夹角)。

解析:(1)设弹簧的弹力做功为W,有:          

        ①

代入数据,得:W=J          ②

(2)由题给条件知,N碰后作平抛运动,P所受电场力和重力平衡,P带正电荷。设P、N碰后的速度大小分别为v1和V,并令水平向右为正方向,有:   ③

而:                ④

若P、N碰后速度同向时,计算可得V<v1,这种碰撞不能实现。P、N碰后瞬时必为反向运动。有:           ⑤

P、N速度相同时,N经过的时间为,P经过的时间为。设此时N的速度V1的方向与水平方向的夹角为,有:

                   ⑥

              ⑦

代入数据,得:             ⑧

对小球P,其圆周运动的周期为T,有:

                  ⑨

经计算得: <T,

P经过时,对应的圆心角为,有:      ⑩

当B的方向垂直纸面朝外时,P、N的速度相同,如图可知,有:

联立相关方程得:

比较得, ,在此情况下,P、N的速度在同一时刻不可能相同。

当B的方向垂直纸面朝里时,P、N的速度相同,同样由图,有:

同上得:

比较得, ,在此情况下,P、N的速度在同一时刻也不可能相同。

(3)当B的方向垂直纸面朝外时,设在t时刻P、N的速度相同,

再联立④⑦⑨⑩解得:

当B的方向垂直纸面朝里时,设在t时刻P、N的速度相同

同理得:

考虑圆周运动的周期性,有:

(给定的B、q、r、m、等物理量决定n的取值)

9(09·天津·11) (18分)如图所示,直角坐标系xOy位于竖直平面内,在水平的x轴下方存在匀强磁场和匀强电场,磁场的磁感应为B,方向垂直xOy平面向里,电场线平行于y轴。一质量为m、电荷量为q的带正电的小球,从y轴上的A点水平向右抛出,经x轴上的M点进入电场和磁场,恰能做匀速圆周运动,从x轴上的N点第一次离开电场和磁场,MN之间的距离为L,小球过M点时的速度方向与x轴的方向夹角为.不计空气阻力,重力加速度为g,求

(1)电场强度E的大小和方向;

(2)小球从A点抛出时初速度v0的大小;

(3)A点到x轴的高度h.

答案:(1),方向竖直向上  (2)    (3)

解析:本题考查平抛运动和带电小球在复合场中的运动。

(1)小球在电场、磁场中恰能做匀速圆周运动,说明电场力和重力平衡(恒力不能充当圆周运动的

向心力),有

                      ①

                    ②

重力的方向竖直向下,电场力方向只能向上,由于小球带正电,所以电场强度方向竖直向上。

(2)小球做匀速圆周运动,O′为圆心,MN为弦长,,如图所示。设半径为r,由几何关系知

                        ③

小球做匀速圆周运动的向心力由洛仑兹力白日提供,设小球做圆周运动的速率为v,有

                 ④

由速度的合成与分解知

                        ⑤

由③④⑤式得

                       ⑥

(3)设小球到M点时的竖直分速度为vy,它与水平分速度的关系为

                       ⑦

由匀变速直线运动规律

                      ⑧

由⑥⑦⑧式得

                     ⑨

10.(09·安徽·24)(20分)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,BCD分别是三个圆形轨道的最低点,BC间距与CD间距相等,半径。一个质量为kg的小球(视为质点),从轨道的左侧A点以的初速度沿轨道向右运动,AB间距m。小球与水平轨道间的动摩擦因数,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,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,BC间距应是多少;

  (3)在满足(2)的条件下,如果要使小球不能脱离轨道,在第三个圆形轨道的设计中,半径应满足的条件;小球最终停留点与起点的距离。

答案:(1)10.0N;(2)12.5m(3) 当时, ;当时,

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

(3)要保证小球不脱离轨道,可分两种情况进行讨论:

I.轨道半径较小时,小球恰能通过第三个圆轨道,设在最高点的速度为v3,应满足

                               ⑦

                 ⑧

由⑥⑦⑧得      

II.轨道半径较大时,小球上升的最大高度为R3,根据动能定理

        

解得         

为了保证圆轨道不重叠,R3最大值应满足

        

解得        R3=27.9m

综合I、II,要使小球不脱离轨道,则第三个圆轨道的半径须满足下面的条件

        

或       

时,小球最终焦停留点与起始点A的距离为L′,则

         

         

时,小球最终焦停留点与起始点A的距离为L〞,则

        

 0  404474  404482  404488  404492  404498  404500  404504  404510  404512  404518  404524  404528  404530  404534  404540  404542  404548  404552  404554  404558  404560  404564  404566  404568  404569  404570  404572  404573  404574  404576  404578  404582  404584  404588  404590  404594  404600  404602  404608  404612  404614  404618  404624  404630  404632  404638  404642  404644  404650  404654  404660  404668  447090 

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