6.如圖5所示,一輕繩的一端系在固定粗糙斜面上的O點,另一端系一小球,給小球一足夠大的初速度,使小球在斜面上做圓周運動.在此過程中( )
A.小球的機械能減少
B.重力對小球不做功
C.繩的張力對小球不做功 圖5
D.在任何一段時間內,小球克服摩擦力所做的功總是等于小球動能的減少
解析:斜面粗糙,小球受到重力、支持力、摩擦力、繩子拉力,由于除重力做功外,摩擦力做負功,機械能減少,A正確、B錯;繩子張力總是與運動方向垂直,故不做功,C對;小球動能的變化等于合外力做的功,即重力與摩擦力做的功,D錯.
答案:AC
5.(2010·南京模擬)有一豎直放置的“T”形架,表面光滑,滑塊A、B分別套在水平桿與豎直桿上,A、B用一不可伸長的輕細繩相連,A、B質量相等,且可看做質點,如圖4所示,開始時細繩水平伸直,A、B靜止.由靜止釋放B后,已知當細繩與豎直方向的夾角為60°時,滑塊B沿著豎直桿下滑的速度為v,則連接A、B的繩長為
( )
A. B. C. D. 圖4
解析:設滑塊A的速度為vA,因繩不可伸長,兩滑塊沿繩方向的分速度大小相等,得:vAcos30°=vBcos60°,又vB=v,設繩長為l,由A、B組成的系統機械能守恒得:mglcos60°=mvA2+mv2,以上兩式聯立可得:l=,故選D.
答案:D
4. (2008·全國卷Ⅱ)如圖3所示,一很長的、不可伸長的柔軟輕繩跨過光滑
定滑輪,繩兩端各系一小球a和b.a球質量為m,靜置于地面;b球質
量為3m,用手托住,高度為h,此時輕繩剛好拉緊.從靜止開始釋放b
后,a可能達到的最大高度為 ( )
A.h B.1.5h 圖3
C.2h D.2.5h
解析:在b落地前,a、b組成的系統機械能守恒,且a、b兩物體速度大小相等,根據
機械能守恒定律可知:3mgh-mgh=(m+3m)v2⇒v=
b球落地時,a球高度為h,之后a球向上做豎直上拋運動,上升過程中機械能守恒,mv2
=mgΔh,所以Δh==,即a可能達到的最大高度為1.5h,B項正確.
答案:B
3.(2010·連云港模擬)如圖2所示,在高1.5 m的光滑平臺上有一個質量為2 kg的小球被一細線拴在墻上,球與墻之間有一根被壓縮的輕質彈簧.當燒斷細線時,小球被彈出,小球落地時的速度方向與水平方向成60°角,則彈簧被壓縮時具有的彈性勢能為(g=10 m/s2) ( )
圖2
A.10 J B.15 J C.20 J D.25 J
解析:由h=gt2和vy=gt得:vy= m/s,
落地時,tan60°=可得:
v0== m/s,
由機械能守恒得:Ep=mv02,
可求得:Ep=10 J,故A正確.
答案:A
2.如圖1所示,具有一定初速度的物塊,沿傾角為30°的粗糙斜面向上運動的過程中,受一個恒定的沿斜面向上的拉力F作用,這時物塊的加速度大小為4
m/s2,方向沿斜面向下,那么,在物塊向上運動的過程中,下列說法正確的是
( )
圖1
A.物塊的機械能一定增加
B.物塊的機械能一定減小
C.物塊的機械能可能不變
D.物塊的機械能可能增加也可能減小
解析:機械能變化的原因是非重力、彈力做功,題中除重力外,有拉力F和摩擦力Ff
做功,則機械能的變化決定于F與Ff做功大小關系.
由mgsinα+Ff-F=ma知:F-Ff=mgsin30°-ma>0,即F>Ff,故F做正功多于克
服摩擦力做功,故機械能增加.A項正確.
答案:A
1.(2010·常州模擬)質量為m的小球從高H處由靜止開始自由下落,以地面作為參考平面.當小球的動能和重力勢能相等時,重力的瞬時功率為 ( )
A.2mg B.mg
C.mg D.mg
解析:動能和重力勢能相等時,下落高度為h=,速度v==,故P=mg·v=mg,B選項正確.
答案:B
12.(14分)(2010·常州模擬)在如圖11所示的裝置中,兩個光滑的定滑輪的半徑很小,表面粗糙的斜面固定在地面上,斜面的傾角為θ=30°.用一根跨過定滑輪的細繩連接甲、乙兩物體,把甲物體放在斜面上且連線與斜面平行,把乙物體懸在空中,并使懸線拉直且偏離豎直方向α=60°.現同時釋放甲、乙兩物體,乙物體將在豎直平面內振動,當乙物體運動經過最高點和最低點時,甲物體在斜面上均恰好未滑動.已知乙物體的質量為m=1 kg,若取重力加速度g=10 m/s2.試求:
圖11
(1)乙物體運動經過最高點和最低點時懸繩的拉力大小;
(2)甲物體的質量及斜面對甲物體的最大靜摩擦力.
解析:(1)設乙物體運動到最高點時,繩子上的彈力為FT1
對乙物體FT1=mgcosα=5 N
當乙物體運動到最低點時,繩子上的彈力為FT2
對乙物體由機械能守恒定律:mgl(1-cosα)=mv2
又由牛頓第二定律:FT2-mg=m
得:FT2=mg(3-2cosα)=20 N.
(2)設甲物體的質量為M,所受的最大靜摩擦力為Ff,乙在最高點時甲物體恰好不下滑,有:Mgsinθ=Ff+FT1
得:Mgsinθ=Ff+mgcosα
乙在最低點時甲物體恰好不上滑,有:
Mgsinθ+Ff=FT2
得:Mgsinθ+Ff=mg(3-2cosα)
可解得:M==2.5 kg
Ff=mg(1-cosα)=7.5 N.
答案:(1)5 N 20 N (2)2.5 kg 7.5 N
11.(12分)隨著經濟的持續發展,人民生活水平的不斷提高,近年來我國私家車數量快速增長,高級和一級公路的建設也正加速進行.為了防止在公路彎道部分由于行車速度過大而發生側滑,常將彎道部分設計成外高內低的斜面.如果某品牌汽車的質量為m,汽車行駛時彎道部分的半徑為r,汽車輪胎與路面的動摩擦因數為μ,路面設計的傾角為θ,如圖10所示.(重力加速度g取10 m/s2)
圖10
(1)為使汽車轉彎時不打滑,汽車行駛的最大速度是多少?
(2)若取sinθ=,r=60 m,汽車輪胎與雨雪路面的動摩擦因數為μ=0.3,則彎道部分
汽車行駛的最大速度是多少?
解析:(1)受力分析如圖所示,
豎直方向:
FNcosθ=mg+Ffsinθ;
水平方向:
FNsinθ+Ffcosθ=m ,
又Ff=μFN,
可得v= .
(2)代入數據可得:v=14.6 m/s.
答案:(1) (2)14.6 m/s
10.(11分)(2008·廣東高考)有一種叫“飛椅”的游樂項目,示意圖如圖9所示,長
為L的鋼繩一端系著座椅,另一端固定在半徑為r的水平轉盤邊緣,轉盤可繞
穿過其中心的豎直軸轉動.當轉盤以角速度ω勻速轉動時,鋼繩與轉軸在同一
豎直平面內,與 圖9
豎直方向的夾角為θ,不計鋼繩的重力,求轉盤轉動的角速度ω與夾角θ的關系.
解析:設座椅的質量為m,勻速轉動時,座椅的運動半徑為
R=r+Lsinθ ①
受力分析如右圖,由牛頓第二定律,有
F合=mgtanθ ②
F合=mω2R ③
聯立①②③,得轉盤角速度ω與夾角θ的關系
ω= .
答案:ω=
9.(2010·南通模擬)如圖8所示,小球在豎直放置的光滑圓形管道內做圓周
運動,內側壁半徑為R,小球半徑為r,則下列說法正確的是( )
A.小球通過最高點時的最小速度vmin=
B.小球通過最高點時的最小速度vmin=0 圖8
C.小球在水平線ab以下的管道中運動時,內側管壁對小球一定無作用力
D.小球在水平線ab以上的管道中運動時,外側管壁對小球一定有作用力
解析:小球沿管上升到最高點的速度可以為零,故A錯誤,B正確;小球在水平線ab以下的管道中運動時,由外側管壁對小球的作用力FN與球重力在背離圓心方向的分力Fmg的合力提供向心力,即:FN-Fmg=m,因此,外側管壁一定對球有作用力,而內側壁無作用力,C正確;小球在水平線ab以上的管道中運動時,小球受管壁的作用力與小球速度大小有關,D錯誤.
答案:BC
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