【題目】如圖甲所示,一長(zhǎng)為l1m的輕繩,一端穿在過(guò)O點(diǎn)的水平轉(zhuǎn)軸上,另一端固定一質(zhì)量為m0.2kg的小球,整個(gè)裝置繞O點(diǎn)在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng).給系統(tǒng)輸入能量,使小球通過(guò)最高點(diǎn)的速度不斷加快,通過(guò)測(cè)量作出小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí),繩對(duì)小球的拉力F與小球在最高點(diǎn)動(dòng)能Ek的關(guān)系如圖乙所示,重力加速度g10 m/s2,不考慮摩擦和空氣阻力,請(qǐng)分析并回答以下問(wèn)題:

(1) 若要小球能做完整的圓周運(yùn)動(dòng),對(duì)小球過(guò)最高點(diǎn)的速度有何要求?(用題中給出的字母表示)

(2) 請(qǐng)根據(jù)題目及圖象中的條件,求出圖乙中b點(diǎn)所示狀態(tài)小球的動(dòng)能;

(3) 當(dāng)小球達(dá)到圖乙中b點(diǎn)所示狀態(tài)時(shí),立刻停止能量輸入.之后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,在繩中拉力達(dá)到最大值的位置時(shí)輕繩繃斷,求繃斷瞬間繩中拉力的大。

【答案】(1)v≥(2)3.0J(3)16N.

【解析】(1) 小球剛好通過(guò)最高點(diǎn)做完整圓運(yùn)動(dòng),要求在最高點(diǎn)受力滿足mgm

因此小球過(guò)最高點(diǎn)的速度要滿足v≥

(2) 小球在最高點(diǎn)時(shí)有mgFm,將m0.2kg、l1m、F4.0N 代入,

可求得vbm/s

Ekbmv23.0J

(3) 在停止能量輸入之后,小球在重力和輕繩拉力作用下在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒.當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),繩中拉力達(dá)到最大值.

設(shè)小球在最低點(diǎn)的速度為vm,對(duì)從b狀態(tài)開始至達(dá)到最低點(diǎn)的過(guò)程應(yīng)用機(jī)械能守恒定律,有

mg2lEkbmvm2

設(shè)在最低點(diǎn)繩中拉力為Fm,由牛頓第二定律有Fmmgm

兩式聯(lián)立解得Fm16N,即:繃斷瞬間繩中拉力的大小為16N.

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:

【題目】如圖所示,一根長(zhǎng)直導(dǎo)線放在光滑水平的平行金屬導(dǎo)軌上,導(dǎo)線長(zhǎng)度為0.20m,兩導(dǎo)軌間距離為0.15m,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直紙面向里,B的大小為0.1T,導(dǎo)線的質(zhì)量為0.3kg,通過(guò)導(dǎo)線的電流是0.6A,設(shè)導(dǎo)軌足夠長(zhǎng).求:

(1)導(dǎo)線受到的安培力大小和方向;

(2)從靜止開始運(yùn)動(dòng)2s,導(dǎo)線的末速度大。

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,以下說(shuō)法正確的是( .

A.擺球受到的合力處處為零B.擺球受到的合力處處不為零

C.通過(guò)平衡位置時(shí)合力為零D.通過(guò)平衡位置時(shí)回復(fù)力不為零

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示,一帶正電的物體位于M處,用絕緣絲線系上帶正電的小球,分別掛在P1、P2P3的位置,可觀察到小球在不同位置時(shí)絲線偏離豎直方向的角度不同.關(guān)于此實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論,下列說(shuō)法中正確的是(  )

A. 電荷之間作用力的大小與兩電荷的帶電性質(zhì)有關(guān)

B. 電荷之間作用力的大小與兩電荷間的距離有關(guān)

C. 電荷之間作用力的大小與兩電荷所帶的電量無(wú)關(guān)

D. 電荷之間作用力的大小與絲線的長(zhǎng)度有關(guān)

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示,細(xì)繩一端系著質(zhì)量m=0.1kg的小物塊A,置于光滑水平臺(tái)面上;另一端通過(guò)光滑小孔O與質(zhì)量M=0.5kg的物體B相連,B靜止于水平地面上.當(dāng)A以O(shè)為圓心做半徑r=0.2m的勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),地面對(duì)B的支持力FN=3.0N,求物塊A的線速度和角速度的大。╣=10m/s2

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示,物塊A的質(zhì)量是B2倍,在恒力F作用下,在水平面上做勻加速直線運(yùn)動(dòng).若物塊與水平面間接觸面光滑,物塊A的加速度大小為a1,物塊A、B間的相互作用力大小為N1;若物塊與水平面間接觸面粗糙,且物塊A、B與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同,物塊B的加速度大小為物塊間的相互作用力大小為N2,則以下判斷正確的是(

A. a1=a2 B. a1a2 C. N1=N2 D. N1N2

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示的電路中,兩平行金屬板AB水平放置,兩板間距離d40 cm。電源電動(dòng)勢(shì)E24 V內(nèi)電阻r1 Ω,電阻R15 Ω。閉合開關(guān)S,待電路穩(wěn)定后,將一帶正電的小球從B板小孔以初速度v04m/s豎直向上射入板間。若小球帶電荷量q1×102C,質(zhì)量為m2×102kg,不考慮空氣阻力。那么滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為多大時(shí),小球恰能到達(dá)A板?此時(shí)電源輸出功率是多大?(g10 m/s2

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示為四分之一圓柱體OAB的豎直截面,半徑為R,在B點(diǎn)上方的C點(diǎn)水平拋出一個(gè)小球,小球軌跡恰好在D點(diǎn)與圓柱體相切,OD與OB的夾角為60°,則C點(diǎn)到B點(diǎn)的距離為( )

A.
B.
C.
D.R

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】某帶電粒子僅在電場(chǎng)力作用下由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),電力線、粒子在A點(diǎn)的初速度以及運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示.由此可以判定( )

A.粒子在A點(diǎn)的加速度大于它在B點(diǎn)的加速度
B.粒子在A點(diǎn)的動(dòng)能小于它在B點(diǎn)的動(dòng)能
C.粒子在A點(diǎn)的電勢(shì)能小于它在B點(diǎn)的電勢(shì)能
D.A點(diǎn)的電勢(shì)低于B點(diǎn)的電勢(shì)

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