如圖4-3-13所示為某種魚餌自動(dòng)投放器中的投餌管裝置示意圖,其下半部AB是一長(zhǎng)為2R的豎直細(xì)管,上半部BC是半徑為R的四分之一圓弧彎管,管口沿水平方向,AB管內(nèi)有一原長(zhǎng)為R、下端固定的輕質(zhì)彈簧.投餌時(shí),每次總將彈簧長(zhǎng)度壓縮到0.5R后鎖定,在彈簧上端放置一粒魚餌,解除鎖定,彈簧可將魚餌彈射出去.設(shè)質(zhì)量為m的魚餌到達(dá)管口C時(shí),對(duì)管壁的作用力恰好為零.不計(jì)魚餌在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械能損失,且鎖定和解除鎖定時(shí),均不改變彈簧的彈性勢(shì)能.已知重力加速度為g.求:

(1)質(zhì)量為m的魚餌到達(dá)管口C時(shí)的速度大小v1;

(2)彈簧壓縮到0.5R時(shí)的彈性勢(shì)能Ep;

(3)已知地面與水面相距1.5R,若使該投餌管繞AB管的中軸線OO′在90°角的范圍內(nèi)來(lái)回緩慢轉(zhuǎn)動(dòng),每次彈射時(shí)只放置一粒魚餌,魚餌的質(zhì)量在mm之間變化,且均能落到水面.持續(xù)投放足夠長(zhǎng)時(shí)間后,魚餌能夠落到水面的最大面積S是多少?

解析 (1)質(zhì)量為m的魚餌到達(dá)管口C時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力完全由重力提供,

mgm                                                                                                   ①

由①式解得

v1                                                                                                                ②

(2)彈簧的彈性勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為魚餌的機(jī)械能,

由機(jī)械能守恒定律有

Epmg(1.5RR)+mv12                                                                                                                                                                

由②③式解得

Ep=3mgR                                                                                                         

(3)不考慮因緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)裝置對(duì)魚餌速度大小的影響,

質(zhì)量為m的魚餌離開管口C后做平拋運(yùn)動(dòng),

設(shè)經(jīng)過(guò)t時(shí)間落到水面上,

OO′的水平距離為x1,

由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律有

4.5Rgt2                                                                                                                                                                                                       

x1v1tR                                                                                                               

由⑤⑥式解得x1=4R                                                                                        

當(dāng)魚餌的質(zhì)量為m時(shí),

設(shè)其到達(dá)管口C時(shí)速度大小為v2,

由機(jī)械能守恒定律有

Epmg(1.5RR)+v22                                                                                                                                                    

由④⑧式解得v2=2                                                                                         ⑨

質(zhì)量為m的魚餌落到水面上時(shí),

設(shè)離OO′的水平距離為x2,則

x2v2tR                                                                                                               

由⑤⑨⑩式解得x2=7R

魚餌能夠落到水面的最大面積

Sx22-πx12)=πR2(或8.25πR2).

答案 (1)

(2)3mgR

(3)πR2(或8.25πR2)

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)中,雙縫間距d=0.4 mm,雙縫到光屏間的距離l=0.5 m,用某種單色光照射雙縫得到干涉條紋如圖14-5-13所示,分劃板在圖中A、B位置時(shí)游標(biāo)卡尺讀數(shù)也如圖中所給出,則:

(1)分劃板在圖中A、B位置時(shí)游標(biāo)卡尺讀數(shù)分別為xA=________mm,xB=________mm,相鄰兩條紋間距Δx=________mm;

(2)波長(zhǎng)的表達(dá)式λ=________(用Δx、l、d表示),該單色光的波長(zhǎng)λ=________m;

(3)若改用頻率較高的單色光照射,得到的干涉條紋間距將________(填“變大”、“不變”或“變小”).

圖14-5-13

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

如圖4-3-13所示,沿水平方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的車廂中,懸掛小球的懸線偏離豎直方向37°角,小球和車廂相對(duì)靜止,球的質(zhì)量為1 kg.(g取10 m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)

圖4-3-13

 (1)求車廂運(yùn)動(dòng)的加速度,并說(shuō)明車廂的運(yùn)動(dòng)情況.

(2)求懸線對(duì)球的拉力.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

 (2013·江蘇南通模擬)將一小球從高處水平拋出,最初2 s內(nèi)小球動(dòng)能Ek隨時(shí)間t變化的圖象如圖4-3-13所示,不計(jì)空氣阻力,取g=10 m/s2.根據(jù)圖象信息,不能確定的物理量是  (  ).

A.小球的質(zhì)量

B.小球的初速度

C.最初2 s內(nèi)重力對(duì)小球做功的平均功率

D.小球拋出時(shí)的高度

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

某同學(xué)利用如圖4-5-12所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.該同學(xué)經(jīng)正確操作得到打點(diǎn)紙帶,在紙帶后段每?jī)蓚(gè)計(jì)時(shí)間隔取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),依次為1、2、3、4、5、6、7,測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)到第一個(gè)點(diǎn)的距離h,并正確求出打相應(yīng)點(diǎn)時(shí)的速度v.各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)見下表:

計(jì)數(shù)點(diǎn)

1

2

3

4

5

6

7

h/m

0.124

0.194

0.279

0.380

0.497

0.630

0.777

v/(m·s1)

 

1.94

2.33

2.73

3.13

3.50

v2/(m2·s2)

 

3.76

5.43

7.45

9.80

12.3

請(qǐng)?jiān)趫D4-5-13坐標(biāo)中,描點(diǎn)作出v2h圖線;由圖線可知,重錘下落的加速度g′=________ m/s2(保留三位有效數(shù)字);若當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?i>g=9.80 m/s2,根據(jù)作出的圖線,能粗略驗(yàn)證自由下落的重錘機(jī)械能守恒的依據(jù)是____________________________________________.

圖4-5-12

圖4-5-13

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同步練習(xí)冊(cè)答案