25、(2009年重庆卷)24.探究某种笔的弹跳问题时,把笔分为轻质弹簧、内芯和外壳三部分,其中内芯和外壳质量分别为m和4m.笔的弹跳过程分为三个阶段:①把笔竖直倒立于水平硬桌面,下压外壳使其下端接触桌面(见题24图a);②由静止释放,外壳竖直上升至下端距桌面高度为h1时,与静止的内芯碰撞(见题24图b);③碰后,内芯与外壳以共同的速度一起上升到外壳下端距桌面最大高度为h2处(见题24图c)。设内芯与外壳的撞击力远大于笔所受重力、不计摩擦与空气阻力,重力加速度为g。求:

(1)外壳与内芯碰撞后瞬间的共同速度大小;

(2)从外壳离开桌面到碰撞前瞬间,弹簧做的功;

(3)从外壳下端离开桌面到上升至h2处,笔损失的机械能。

解析:设外壳上升高度h1时速度为V1,外壳与内芯碰撞后瞬间的共同速度大小为V2

(1)对外壳和内芯,从撞后达到共同速度到上升至h2处,应用动能定理有

(4mg+m)( h2-h1)=(4m+m)V22,解得V2

(2)外壳和内芯,碰撞过程瞬间动量守恒,有4mV1=(4mg+m)V2

解得V1

设从外壳离开桌面到碰撞前瞬间弹簧做功为W,在此过程中,对外壳应用动能定理有

W-4mgh1(4m)V12

解得W=mg;

(3)由于外壳和内芯达到共同速度后上升高度h2的过程,机械能守恒,只是在外壳和内芯碰撞过程有能量损失,损失的能量为(4m)V12(4m+m)V22

联立解得mg(h2-h1)。

21、(2009年四川卷)23.图示为修建高层建筑常用的塔式起重机。在起重机将质量m=5×103 kg的重物竖直吊起的过程中,重物由静止开始向上作匀加速直线运动,加速度a=0.2 m/s2,当起重机输出功率达到其允许的最大值时,保持该功率直到重物做vm=1.02 m/s的匀速运动。取g=10 m/s2,不计额外功。求:

(1)   起重机允许输出的最大功率。

(2)   重物做匀加速运动所经历的时间和起重机在第2秒末的输出功率。

解析: (1)设起重机允许输出的最大功率为P0,重物达到最大速度时,拉力F0等于重力。

P0=F0vm                                              

P0=mg                                              

代入数据,有:P0=5.1×104W               ③

(2)匀加速运动结束时,起重机达到允许输出的最大功率,设此时重物受到的拉力为F,速度为v1,匀加速运动经历时间为t1,有:

P0=F0v1                                             

F-mg=ma                                            

v1at1                                               

由③④⑤⑥,代入数据,得:t1=5 s            ⑦

T=2 s时,重物处于匀加速运动阶段,设此时速度为v2,输出功率为P,则

v2at                                              

P=Fv­2                                           

由⑤⑧⑨,代入数据,得:P=2.04×104W。

18、(2009年山东卷)24.如图所示,某货场而将质量为m1=100 kg的货物(可视为质点)从高处运送至地面,为避免货物与地面发生撞击,现利用固定于地面的光滑四分之一圆轨道,使货物中轨道顶端无初速滑下,轨道半径R=1.8 m。地面上紧靠轨道次排放两声完全相同的木板A、B,长度均为l=2m,质量均为m2=100 kg,木板上表面与轨道末端相切。货物与木板间的动摩擦因数为1,木板与地面间的动摩擦因数=0.2。(最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,取g=10 m/s2)

(1)求货物到达圆轨道末端时对轨道的压力。

(2)若货物滑上木板4时,木板不动,而滑上木板B时,木板B开始滑动,求应满足的条件。

(3)若1=0。5,求货物滑到木板A末端时的速度和在木板A上运动的时间。

答案:(1)3000N;(2);(3)0.4s

解析:(1)设货物滑到圆轨道末端是的速度为v0,对货物的下滑过程中根据机械能守恒定律得,①,

设货物在轨道末端所受支持力的大小为FN,根据牛顿第二定律得,②,

联立以上两式代入数据得FN=3000N③,

根据牛顿第三定律,货物到达圆轨道末端时对轨道的压力大小为3000N,方向竖直向下。

(2)若滑上木板A时,木板不动,由受力分析得④,

若滑上木板B时,木板B开始滑动,由受力分析得⑤,

联立④⑤式代入数据得⑥。

(3),由⑥式可知,货物在木板A上滑动时,木板不动。设货物在木板A上做减速运动时的加速度大小为a1,由牛顿第二定律得⑦,

设货物滑到木板A末端是的速度为v1,由运动学公式得⑧,

联立①⑦⑧式代入数据得v1=4m/s⑨,

设在木板A上运动的时间为t,由运动学公式得v1=v0-a1t⑩,联立①⑦⑨⑩式代入数据得t=0.4s。

 0  420697  420705  420711  420715  420721  420723  420727  420733  420735  420741  420747  420751  420753  420757  420763  420765  420771  420775  420777  420781  420783  420787  420789  420791  420792  420793  420795  420796  420797  420799  420801  420805  420807  420811  420813  420817  420823  420825  420831  420835  420837  420841  420847  420853  420855  420861  420865  420867  420873  420877  420883  420891  447090 

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