(16分)如圖所示,均勻光滑直桿AB長為L,可繞光滑固定轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動,O距B點L/3處。在水平桿的另一端A下擺經(jīng)過的軌跡上安裝光電門,用來測量A端的瞬時速度vA,光電門測量位置和轉(zhuǎn)軸O的高度差h可以調(diào)節(jié),有一質(zhì)最為m的小球套在光滑桿上,重力加速度g取10m/s2。

⑴若桿的質(zhì)量忽略不計,小球固定在桿OA的中點處,由靜止釋放桿,請寫出光電門測量到的速度vA與高度差h的關(guān)系式;

⑵實際情況下桿的質(zhì)量M不能忽略,拿走小球后重復實驗,得到了如圖所示的與h關(guān)系圖線.請寫出桿繞O點轉(zhuǎn)動時的動能Ek與vA的關(guān)系式;

⑶若桿的質(zhì)量M=3kg,小球m=2kg固定在桿OA的中點處,將桿由水平位置靜止釋放,請根據(jù)計算分析在圖丙中畫出與h關(guān)系圖線。

 

【答案】

⑴vA;⑵Ek;⑶=42h,

【解析】

試題分析:⑴根據(jù)圖中幾何關(guān)系可知,當A端下降h高度時,小球下降的高度為h/2,設(shè)此時小球的速度大小為v1,根據(jù)機械能守恒定律有:       ①

小球與A端共軸轉(zhuǎn)動,因此有:vA=2v1        ②

由①②式聯(lián)立解得:vA

⑵當考慮桿的質(zhì)量,拿走小球后,桿的重心距轉(zhuǎn)軸O的距離為L/6,因此桿的重心下降高度H與桿A端下降高度h的關(guān)系為:H=h/4         ③

在轉(zhuǎn)動過程中,根據(jù)機械能守恒定律有:Ek=MgH        ④

與h關(guān)系圖線可知:=45h        ⑤

由③④⑤式聯(lián)立解得:Ek

⑶由⑴⑵中分析可知,對桿和小球系統(tǒng),根據(jù)機械能守恒定律有:

代入數(shù)據(jù)化簡得:=42h,所畫與h關(guān)系圖線如下圖所示。

考點:本題主要考查了圓周運動、機械能守恒定律的應用及圖象的理解與應用問題,屬于中檔偏高題。

 

練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目:高中物理 來源: 題型:

(08年廣東實驗中學三模) (16分)如圖所示,在同時存在勻強電場和勻強磁場的空間中取正交坐標系Oxyzx軸正方向水平向右,y軸正方向豎直向上).勻強磁場方向與Oxy平面平行,且與x軸的夾角為,重力加速度為g.一質(zhì)量為m、電荷量為的帶電質(zhì)點沿平行于z軸正方向以速度v0做勻速直線運動.

(1求電場強度的最小值及對應的磁感應強度

(2若電場強度為最小值,當帶電質(zhì)點通過y軸上的點時,撤去勻強磁場,求帶電質(zhì)點落在oxz平面內(nèi)的位置.

(3)現(xiàn)需求解在(2)中帶電質(zhì)點到達oxz平面內(nèi)的速度大小,試說明能否運用機械能守恒定律求解.

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科目:高中物理 來源: 題型:

(共16分)如圖所示,MNPQ為豎直方向的兩平行長直金屬導軌,間距l為0.40m,電阻不計. 導軌所在平面與磁感慶強度B=5.0T的勻強磁場垂直。質(zhì)量m=6.0×102kg、電阻r=0.5Ω的金屬桿ab始終垂直于導軌,并與其保持光滑接觸。導軌兩端分別接有阻值均為3.0Ω的電阻R1R2。重力加速度取10m/s2,且導軌足夠長,若使金屬桿ab從靜止開始下滑,求:

   (1)桿下滑的最大速率vm

   (2)穩(wěn)定后整個電路耗電的總功率P;

   (3)桿下滑速度穩(wěn)定之后電阻R2兩端的電壓U.

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科目:高中物理 來源: 題型:

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   (1)桿下滑的最大速率vm;

   (2)穩(wěn)定后整個電路耗電的總功率P;

   (3)桿下滑速度穩(wěn)定之后電阻R2兩端的電壓U.

 

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科目:高中物理 來源:2012-2013學年廣東省汕頭市金山中學高二10月月考物理試卷(帶解析) 題型:計算題

(16分)、如圖所示,水平絕緣光滑軌道AB的B端與處于豎直平面內(nèi)的四分之一圓弧形粗糙絕緣軌道BC平滑連接,圓弧的半徑為R。在軌道所在空間存在水平向右的勻強電場,電場強度E,現(xiàn)有一質(zhì)量為m,帶電荷量為q的帶電體(可視為質(zhì)點)放在水平軌道上與B端距離s =5R的位置A,由于受到電場力的作用帶電體由靜止開始運動,當運動到圓弧形軌道的C端時,速度恰好為零。已知該帶電體所受電場力大小為重力的,重力加速度為g,求:

(1)帶電體在水平軌道上運動的加速度大小及運動到B端時的速度大小;
(2)帶電體運動剛剛經(jīng)過圓弧形軌道的B點瞬間時對圓弧軌道的壓力大;
(3)帶電體沿圓弧形軌道從B到C的運動過程中,電場力和摩擦力帶電體所做的功各是多少。

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科目:高中物理 來源:2014屆廣東省汕頭市高二10月月考物理試卷(解析版) 題型:計算題

(16分)、如圖所示,水平絕緣光滑軌道AB的B端與處于豎直平面內(nèi)的四分之一圓弧形粗糙絕緣軌道BC平滑連接,圓弧的半徑為R。在軌道所在空間存在水平向右的勻強電場,電場強度E,現(xiàn)有一質(zhì)量為m,帶電荷量為q的帶電體(可視為質(zhì)點)放在水平軌道上與B端距離s =5R的位置A,由于受到電場力的作用帶電體由靜止開始運動,當運動到圓弧形軌道的C端時,速度恰好為零。已知該帶電體所受電場力大小為重力的,重力加速度為g,求:

(1)帶電體在水平軌道上運動的加速度大小及運動到B端時的速度大。

(2)帶電體運動剛剛經(jīng)過圓弧形軌道的B點瞬間時對圓弧軌道的壓力大;

(3)帶電體沿圓弧形軌道從B到C的運動過程中,電場力和摩擦力帶電體所做的功各是多少。

 

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