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(03年江苏卷)(13分)图1所示为一根竖直悬挂的不可伸长的轻绳,下端栓一小物块A,上端固定在C点且与一能测量绳的拉力的测力传感器相连。已知有一质量为m0的子弹B沿水平方向以速度v0射入A内(未穿透),接着两者一起绕C点在竖直面内做圆周运动。在各种阻力都可忽略的条件下测力传感器测得绳的拉力F随时间t的变化关系如图2所示。已知子弹射入的时间极短,且图2中t=0为A、B开始以相同速度运动的时刻。根据力学规律和题中(包括图)提供的信息,对反映悬挂系统本身性质的物理量(例如A的质量)及A、B一起运动过程中的守恒量,你能求得哪些定量的结果?

  解析:

由图2可直接看出,A、B一起做周期性的运动

 

 T=2t0                       ①

 

令m表示A的质量,l表示绳长。v1表示B陷入A内时即t=0时,A、B的速度(即圆周运动的最低点),v2表示运动到最高点的速度,F1表示运动到最低点时绳的拉力,F2表示运动到最高点时的拉力,根据动量守恒定律,得

 

m0v0=(m0+m)v1                                                                  ②

 

在最低点处运用牛顿定律可得

 

F1-(m+m0)g=(m+m0)                                                    ③

 

F2+(m+m0)g=(m+m0)                                                    ④

 

根据机械能守恒可得

 

2l(m+m0)g=(m+m0)-(m+m0)                              ⑤

 

   由图2可知

   F2=0                                                                                   ⑥

 

F1=Fm                                                                                 ⑦

由以上各式可解得,反映系统性质的物理量是

 

    m=-m0                                                                         ⑧

 

l=                                                                     ⑨

A、B一起运动过程中的守恒量是机械能E,若以最低点为势能的零点,则

 

E=(m+m0)                                                               ⑩

 

由各式解得  E=g                                                  

练习册系列答案
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(2)如图2,将N个这样的振子放在该轨道上。最左边的振子1被压缩至弹簧为某一长度后锁定,静止在适当位置上,这时它的弹性势能为E0。其余各振子间都有一定的距离。现解除对振子1的锁定,任其自由运动,当它第一次恢复到自然长度时,刚好与振子2碰撞,此后,继续发生一系列碰撞,每个振子被碰后刚好都是在弹簧第一次恢复到自然长度时与下一个振子相碰。求所有可能的碰撞都发生后,每个振子弹性势能的最大值。已知本题中两球发生碰撞时,速度交换,即一球碰后的速度等于另一球碰前的速度。

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(2)若要屏上波形线条变细且边缘清晰,应调节______旋钮。

(3)若要将波形曲线调至屏中央,应调节____与______旋钮。

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