【題目】如圖所示為演示過山車原理的實驗裝置,該裝置由兩段傾斜直軌道與一圓軌道拼接組成,在圓軌道最低點處的兩側(cè)稍錯開一段距離,并分別與左右兩側(cè)的直軌道平滑相連。

某研學(xué)小組將這套裝置固定在水平桌面上,然后在圓軌道最高點A的內(nèi)側(cè)安裝一個薄片式壓力傳感器(它不影響小球運動,在圖中未畫出)。將一個小球從左側(cè)直軌道上的某處由靜止釋放,并測得釋放處距離圓軌道最低點的豎直高度為h,記錄小球通過最高點時對軌道(壓力傳感器)的壓力大小為F。此后不斷改變小球在左側(cè)直軌道上釋放位置,重復(fù)實驗,經(jīng)多次測量,得到了多組hF,把這些數(shù)據(jù)標(biāo)在F-h圖中,并用一條直線擬合,結(jié)果如圖所示。

為了方便研究,研學(xué)小組把小球簡化為質(zhì)點,取重力加速度g=10m/s2。請根據(jù)該研學(xué)小組的簡化模型和如圖所示的F-h圖分析并回答下列問題:

1)若空氣及軌道對小球運動的阻力均可忽略不計,

①圓軌道的半徑R和小球的質(zhì)量m;

②若兩段傾斜直軌道都足夠長,為使小球在運動過程中始終不脫離圓軌道,釋放高度h應(yīng)滿足什么條件;

當(dāng)釋放處的豎直高度h=0.40m時,求小球到達圓軌道最低點時所受軌道的支持力的大小N1;

④當(dāng)釋放處的豎直高度h=0.40m時,求小球到達圓軌道圓心等高處時對軌道的壓力N2。

2)在利用此裝置進行某次實驗時,由于空氣及軌道對小球運動的阻力不可忽略,當(dāng)釋放處的豎直高度h=0.50m時,壓力傳感器測得小球?qū)壍赖膲毫?/span>N=0.32N,求小球從靜止運動至圓軌道最高點的過程中克服阻力所做的功W。

【答案】1)①0.16m,0.032kg h≤0.16m或者h≥0.4m 1.92N 0.96N26.4×10-3J

【解析】

1)①設(shè)小球到達A點速度為vA,根據(jù)動能定理:

A點,設(shè)軌道對小球的壓力為N,根據(jù)牛頓第二定律:

根據(jù)牛頓第三定律:

N=F

聯(lián)立上述三式可得:

對比F-h圖象,根據(jù)斜率和截距關(guān)系,可得:

解得:

R=0.16m

m=0.032kg

②假設(shè)h=h1時,小球恰好到達最高點A,此時F=0
F-h圖象可得:h1=0.4m
假設(shè)h=h2時,小球恰好到達圓軌道圓心的右側(cè)等高點,此過程根據(jù)動能定理:

mgh2-R=0-0

解得:

h2=R=0.16m

綜上,為使小球在運動過程中始終不脫離圓軌道,釋放高度h應(yīng)滿足:h≤0.16m或者h≥0.4m

當(dāng)釋放處的豎直高度h=0.40m時,到達最高點時對軌道壓力為零,則此時速度

從最高點到最低點:

解得

N1=1.92N;

④當(dāng)釋放處的豎直高度h=0.40m時,到達最高點時對軌道壓力為零,則此時速度

從最高點到圓軌道圓心等高處:

解得

N2=0.96N;

2)小球在最高點時:

其中N=0.32N

從釋放到圓弧最高點:

解得

Wf=6.4×10-3J

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖,兩條平行的光滑金屬軌道MN、PQ與水平面成θ角固定,軌距為d。P、M間接有阻值為R的電阻。質(zhì)量為m的金屬桿ab水平放置在軌道上,其有效阻值為R。空間存在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場,磁場方向垂直于軌道平面向上,F(xiàn)從靜止釋放ab。若軌道足夠長且電阻不計,重力加速度為g。求:

(1)ab運動的最大速度vm;

(2)當(dāng)ab具有最大速度時,ab消耗的電功率P;

(3)為使ab向下做勻加速直線運動,在ab中點施加一個平行于軌道且垂直于ab的力F, 推導(dǎo)F隨時間t變化的關(guān)系式,并分析F的變化與a的關(guān)系。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】某研究性學(xué)習(xí)小組欲測定一塊電池的電動勢 E。用電壓表 V、電阻箱 R、定值電阻 R0 、開關(guān) S、若干導(dǎo)線和該電池組成電路,測定該電池電動勢。

(1)根據(jù)電路圖,用筆畫線代替導(dǎo)線,將實物圖連接成完整電路。__________

(2)閉合開關(guān) S,調(diào)整電阻箱阻值 R,讀出電壓表 V 相應(yīng)示數(shù) U。該學(xué)習(xí)小組測出大量數(shù)據(jù),分析篩選出下表所示的 RU 數(shù)據(jù),并計算出相應(yīng)的 的值。請用表中數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點,并作出 -- 圖線。__________

RΩ

166.7

71.4

50.0

33.3

25.0

20.0

UV

8.3

5.9

4.8

4.2

3.2

2.9

×10-2Ω-1

0.60

1.40

2.00

3.00

4.00

5.00

V-1

0.12

0.17

0.21

0.24

0.31

0.35

(3)從圖線中可以求得電動勢 E=_______V(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】按如圖所示裝置準(zhǔn)備好器材后,先接通電源,然后后釋放小車,讓它拖著紙帶運動,得到如圖所示紙帶,紙帶上選取A、B、C、D、E五個計數(shù)點(相鄰兩個計數(shù)點間還有4個計時點未畫出)。

1)打點計時器在紙帶上打下這五個計數(shù)點所用的總時間為______s。

2)紙帶上選取的AB、CD、E這五個計數(shù)點中,打點計時器最先打出的點應(yīng)該是____點。

3)請說明怎樣利用紙帶記錄的信息分析確定小車的運動是否為勻變速直線運動_____

4)如果用這套裝置驗證機械能守恒定律(動能定理),測得砂和砂桶的總質(zhì)量為m,小車的質(zhì)量為M,已知重力加速度為g。則下列操作中必要的是 _________

A.必須選擇小車靜止時打下的點為第1個計數(shù)點

B.連接砂桶和小車的細線必須平行于木板

C.通過將木板右端適當(dāng)墊高來平衡小車所受的摩擦力

D.質(zhì)量關(guān)系必須滿足Mm

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,一個質(zhì)量m=4.0kg的物體靜止在水平地面上,現(xiàn)用一大小F=20N、與水平方向成θ=37°斜向上的力拉物體,使物體沿水平地面做勻加速直線運動。已知物體與水平地面間的動摩擦因數(shù)μ=0.50sin37=0.60,cos37=0.80,空氣阻力可忽略不計,取重力加速度g=10m/s2。求:

1)物體運動s=1.0m時的速度大小v;

2)物體運動s=1.0m時的動能Ek

3)物體運動s=1.0m的過程中,拉力F所做的功W;

4)分析動能Ek與拉力F所做的功W不相等的原因;

5)如果保持拉力的方向不變,則要使物體沿水平面運動,拉力的大小F應(yīng)滿足什么條件?

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】一條繩子可以分成一個個小段,每小段都可以看做一個質(zhì)點,這些質(zhì)點之間存在著相互作用。如圖所示,1、23、4……為繩上的一系列等間距的質(zhì)點,繩處于水平方向。質(zhì)點1在外力作用下沿豎直方向做簡諧運動,會帶動2、3、4……各個質(zhì)點依次上下振動,把振動從繩的左端傳向右端。質(zhì)點1的振動周期為T。t = 0時質(zhì)點1開始豎直向上運動,經(jīng)過四分之一周期,質(zhì)點5開始運動。下列判斷正確的是

A.質(zhì)點1與質(zhì)點20間相距一個波長

B.質(zhì)點20開始振動時運動方向向下

C.時質(zhì)點5的加速度方向向上

D.時質(zhì)點12的運動方向向上

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】測量金屬絲的電阻率實驗。

1)用螺旋測微器測量金屬絲直徑,示數(shù)如圖甲所示,則金屬絲直徑的測量值d=_______mm

2)在設(shè)計測量金屬絲電阻Rx的實驗電路時需要思考兩個問題:

①如何選擇電流表的接法?

如圖乙所示,某同學(xué)采用試觸的方法,讓電壓表的一端接在A點,另一端先后接到B點和C點。他發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)有明顯變化,而電流表示數(shù)沒有明顯變化。據(jù)此應(yīng)該選擇電流表_______(填寫內(nèi)接外接)的電路。

②如何選擇滑動變阻器的接法?

已知待測金屬絲的電阻約為20Ω,實驗室提供的滑動變阻器的最大阻值為,電源電動勢為3V,需要選擇滑動變阻器的_____________(填寫分壓式限流式”) 接法。

3)圖丙是測量金屬絲電阻的實驗器材實物圖,圖中已連接了部分導(dǎo)線,滑動變阻器的滑片P置于變阻器的最左端。請根據(jù)(2)中選擇的電路,完成實物間的連線,并使閉合開關(guān)的瞬間,電壓表和電流表均處于安全狀態(tài)____________。

4)請你寫出金屬絲電阻率的計算式____________(用待測金屬絲電阻的測量值Rx、直徑的測量值d、長度的測量值L表示)。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】一列簡諧橫波某時刻的波形如圖所示,比較介質(zhì)中的三個質(zhì)點ab、c,則

A. 此刻a的加速度最小

B. 此刻b的速度最小

C. 若波沿x軸正方向傳播,此刻by軸正方向運動

D. 若波沿x軸負方向傳播,ac先回到平衡位置

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】靜電計可以用來測量電容器的電壓。如圖把它的金屬球與平行板電容器一個極板連接,金屬外殼與另一極板同時接地,從指針偏轉(zhuǎn)角度可以推知兩導(dǎo)體板間電勢差的大小。現(xiàn)在對電容器充完點后與電源斷開,然后將一塊電介質(zhì)板插入兩導(dǎo)體板之間,則

A. 電容C增大,板間場強E減小,靜電計指針偏角減小

B. 電容C增大,板間場強E增大,靜電計指針偏角減小

C. 電容C增大,板間場強E增大,靜電計指針偏角增大

D. 電容C增大,板間場強E減小,靜電計指針偏角增大

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