17.課外活動小組的同學(xué)用圖甲所示的實驗裝置研究小球?qū)壍赖膲毫εc下滑高度的關(guān)系.處在豎直平面內(nèi)的光滑斜面軌道AB與光滑圓弧軌道BCD相切于B點,小球從軌道AB上高H處的某點由靜止釋放,用與計算機(jī)連接的壓力傳感器測出小球經(jīng)過圓弧最低點C時對軌道的壓力大小FC,不斷改變小球的下滑高度H,測出相應(yīng)的FC,在計算機(jī)上作出FC隨高度H的變化關(guān)系圖象,如圖乙中圖線Ⅰ所示.g=10m/s2

(1)根據(jù)圖線Ⅰ,在圖乙中作出小球過軌道最高點D時對軌道的壓力大小FD隨高度H的變化關(guān)系圖線,并求出小球質(zhì)量m和圓弧軌道的半徑R;
(2)現(xiàn)在D點也安裝一個壓力傳感器,并使軌道CD部分比原來稍粗糙,結(jié)果在計算機(jī)上得到的FD隨高度H的變化關(guān)系如圖乙中的圖線Ⅱ所示.根據(jù)圖線Ⅰ、Ⅱ,求出小球分別從H1=0.6m、H2=1.2m高度下滑時通過CD段克服摩擦力做的功,并由此分析小球在CD段克服摩擦力做的功Wf與下滑高度H的定性關(guān)系.

分析 (1)小球從A到C運(yùn)動的過程中,只有重力做功,機(jī)械能守恒,根據(jù)機(jī)械能守恒定律和牛頓定律求出小球?qū)壍繡點的壓力FC與H的關(guān)系式,然后結(jié)合F-H圖線求出小球質(zhì)量m和圓弧軌道的半徑R.
(2)使軌道CD部分比原來稍粗糙,根據(jù)動能定理和牛頓第二定律結(jié)合求克服摩擦力做功,再得出Wf與下滑高度H的定性關(guān)系.

解答 解:(1)對小球從A運(yùn)動到C的過程,由動能定理得:
   mgH=$\frac{1}{2}m{v}_{C}^{2}$
在C點,根據(jù)牛頓第二定律得
    FC-mg=m$\frac{{v}_{C}^{2}}{R}$
聯(lián)立解得 FC=$\frac{2mg}{R}$H+mg.
由圖乙可知,H=0時,F(xiàn)C=1N,代入上式解得 m=0.1kg
當(dāng)H=1.2m時,F(xiàn)C=13N,代入上式解得 R=0.2m
對小球從A運(yùn)動到D的過程,由動能定理得:
  mg(H-2R)=$\frac{1}{2}m{v}_{C}^{2}$
在D點,根據(jù)牛頓第二定律得
  FD+mg=m$\frac{{v}_{D}^{2}}{R}$
聯(lián)立解得 FD=$\frac{2mg}{R}$H-5mg=$\frac{2×0.1×10}{0.2}$H-5=10H-5(N)
作出FD-H圖線如圖Ⅲ所示.
(2)由圖乙知,當(dāng)H1=0.6m時,F(xiàn)C=7N,F(xiàn)D=0
在C點,根據(jù)牛頓第二定律得
   FC-mg=m$\frac{{v}_{C}^{2}}{R}$
在D點,根據(jù)牛頓第二定律得
FD+mg=m$\frac{{v}_{D}^{2}}{R}$
根據(jù)功能關(guān)系可知,小球通過CD段克服摩擦力做的功 Wf1=$\frac{1}{2}m{v}_{C}^{2}$-($\frac{1}{2}m{v}_{D}^{2}$+2mgR)
聯(lián)立解得 Wf1=0.1J
由圖乙知,當(dāng)H2=1.2m時,F(xiàn)C=13N,F(xiàn)D=5N,運(yùn)用同樣的方法可得 Wf2=0.2J
可知,小球下滑高度越高,克服摩擦力做的功越多
答:
(1)如圖Ⅲ所示.小球質(zhì)量m和圓弧軌道的半徑R分別為0.1 kg和0.2 m.
 (2)小球分別從H1=0.6m、H2=1.2m高度下滑時通過CD段克服摩擦力做的功分別為0.1J和0.2 J,小球下滑高度越高,克服摩擦力做的功越多.

點評 本題通過動能定理和牛頓第二定律求出F與H的表達(dá)式是解決本題的關(guān)鍵,列出解析式,再作圖象是常用的方法,要學(xué)會應(yīng)用.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:多選題

7.關(guān)于下列器材的原理和用途,正確的是( 。
A.變壓器可以改變交變電壓但不能改變頻率
B.扼流圈對交流的阻礙作用是因為線圈存在電阻
C.真空冶煉爐的工作原理是爐體產(chǎn)生渦流使?fàn)t內(nèi)金屬熔化
D.磁電式儀表中用來做線圈骨架的鋁框能起電磁阻尼的作用

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:多選題

8.如圖為兩列簡諧橫波t=0時刻的波形圖,a沿x軸正方向傳播,b沿x軸負(fù)方向傳播,波速都是10m/s.下列說法正確的是( 。
A.橫波a的周期為0.4s
B.x=2m處質(zhì)點的振幅為1cm
C.t=0時,x=1m處質(zhì)點的位移為-1cm
D.t=0時,x=1m處的質(zhì)點向y軸負(fù)方向振動
E.t=2.3s時,x=2m處的質(zhì)點位移為-3cm

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:多選題

5.如圖所示,50匝矩形閉合導(dǎo)線框ABCD處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=$\frac{\sqrt{2}}{10}$T的水平勻強(qiáng)磁場中,線框面積S=0.5m2,線框電阻不計.線框繞垂直于磁場的軸OO′以角速度ω=200rad/s勻速轉(zhuǎn)動,并與理想變壓器原線圈相連,副線圈線接入一只“220V,60W”燈泡,且燈泡正常發(fā)光,熔斷器允許通過的最大電流為10A,下列說法正確的是( 。
A.變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為25:11
B.線框中產(chǎn)生交變電壓的有效值為500$\sqrt{2}$V
C.圖示位置穿過線框的磁通量為零
D.允許變壓器輸出的最大功率為5000W

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:多選題

12.如圖,一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,波幅A=2cm,周期T=1.2×10-2s.t=0時,相距50cm的兩質(zhì)點a、b的位移都是$\sqrt{3}$cm,但振動方向相反,其中a沿y軸負(fù)方向運(yùn)動.下列說法正確的是(  )
A.t=2×10-2時質(zhì)點a第一次回到平衡位置
B.當(dāng)質(zhì)點b的位移為+2cm時,質(zhì)點a的位移為-2cm
C.質(zhì)點a和質(zhì)點b的速度在某一時刻可能相同
D.這列波的波長可能為$\frac{3}{7}$m
E.這列波的波速可能為0.6m/s

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:計算題

2.某機(jī)場候機(jī)樓外景如圖a所示.該候機(jī)樓結(jié)構(gòu)簡化圖如圖b所示:候機(jī)樓側(cè)壁是傾斜的,用鋼索將兩邊斜壁系住,在鋼索上有許多豎直短鋼棒將屋面支撐在鋼索上.假設(shè)每邊斜壁的質(zhì)量為m,質(zhì)量分布均勻;鋼索與屋面(包括短鋼棒)的總重量為$\frac{m}{2}$,在地面處用鉸鏈與水平地面連接,鋼索固定于斜壁上端以支撐整個屋面,鋼索上端與斜壁的夾角為30°;整個系統(tǒng)左右對稱.求:
(1)斜壁對鋼索是拉力的大。
(2)斜壁與地面的夾角.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

9.如圖所示,平行線代表電場線,帶電量為+10-6C的帶電粒子,只受電場力作用,當(dāng)它從A點運(yùn)動到B點時(軌跡為虛線1、2中的某一條)動能減少了10-5J,已知A點的電勢為-10V,則以下判斷正確的是( 。
A.B點電勢為-20V,粒子運(yùn)行規(guī)矩可能是1
B.B點電勢為0V,粒子運(yùn)行規(guī)矩可能是1
C.B點電勢為0V,粒子運(yùn)行規(guī)矩可能是2
D.B點電勢為-20V,粒子運(yùn)行規(guī)矩可能是2

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:多選題

6.如圖所示,在足夠長的光滑絕緣水平直線軌道上方的P點,固定一電荷量為+Q的點電荷.一質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的物塊(可視為質(zhì)點的檢驗電荷),從軌道上的A點以初速度v0沿軌道向右運(yùn)動,當(dāng)運(yùn)動到P點正下方B點時速度為v.已知點電荷產(chǎn)生的電場在A點的電勢為φ(取無窮遠(yuǎn)處電勢為零),P到物塊的重心豎直距離為h,P、A連線與水平軌道的夾角為60°,k為靜電常數(shù),下列說法正確的是( 。
A.物塊在A點的電勢能EPA=+Qφ
B.物塊在A點時受到軌道的支持力大小為mg+$\frac{3\sqrt{3}kQq}{{8h}^{2}}$
C.點電荷+Q產(chǎn)生的電場在B點的電場強(qiáng)度大小EB=k$\frac{Q}{{h}^{2}}$
D.點電荷+Q產(chǎn)生的電場在B點的電勢φB=$\frac{m({{v}_{0}}^{2}-{v}^{2})}{2q}$+φ

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

10.一理想變壓器原,副線圈的匝數(shù)比為n1:n2=10:1,原線圈通過理想電流表A接在u=200$\sqrt{2}$sinl00πr(v)的正弦交流電源上,電路如圖所示,則(  )
A.電壓表的讀數(shù)為20$\sqrt{2}$V
B.滑動變阻器的滑片向上滑動時,變壓器的輸入功率變小
C.滑動變阻器的滑片向下滑動時,電流表的讀數(shù)變小
D.滑動變阻器的滑片向下滑動時,電壓表的讀數(shù)變小

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊答案