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小明站在水平地面上,手握不可伸长的轻绳一端,绳的另一端系有质量为m的小球,甩动手腕,使球在竖直平面内做圆周运动。当球某次运动到最低点时,绳突然断掉,球飞行水平距离d后落地。如图所示。已知握绳的手离地面高度为d,手与球之间的绳长为3d/4,重力加速度为g。忽略手的运动半径和空气阻力。

(1)求绳断时球的速度大小v1和球落地时的速度大小v2。
(2)轻绳能承受的最大拉力多大?
(3)改变绳长,使球重复上述运动,若绳仍在球运动到最低点时断掉,要使球抛出的水平距离最大,绳长应是多少?最大水平距离为多少?

(1);(2)mg(3);d

解析试题分析:(1)设绳断后球飞行时间为t,由平抛运动规律,有
竖直方向d=gt2
水平方向d=v1t  
解得:v1=      
由机械能守恒定律,有:=+mg(d)     
解得: v2=      
(2)设绳能承受的最大拉力大小为T,这也是球受到绳的最大拉力大小.
球做圆周运动的半径为:R=      
由圆周运动向心力公式,有:T-mg=      
解得:T=mg      
(3)设绳长为l,绳断时球的速度大小为v3,绳承受的最大拉力不变,
有:T-mg=   
解得:v3=  
绳断后球做平抛运动,竖直位移为d-l,水平位移为x,时间为t1.
有:x=v3­t1     d-l=   
得x=4 
当l=时,x有极大值  xmax=d    
考点:此题以圆周运动和平抛运动考查牛顿定律及平抛运动的规律。

练习册系列答案
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科目:高中物理 来源: 题型:计算题

如图所示,飞行员的质量为m=60kg,重力加速度为g=10m/s2,他驾驶飞机在竖直平面内做翻筋斗的圆周运动,当飞机飞到最高点时速度为,飞行员对机座的压力恰好为零,则轨道半径R=      m,若飞机飞到最低点时速度为,飞行员对机座的压力N=        N。

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科目:高中物理 来源: 题型:计算题

(15分)运动员驾驶摩托车做腾跃特技表演是一种刺激性很强的运动项目.如图所示,AB是水平路面,BC是半径为20m的圆弧,CDE是一段曲面.运动员驾驶功率始终是P=1.8kW的摩托车在AB段加速,到B点时速度达到最大vm=20m/s,再经t=13s的时间通过坡面到达E点时,关闭发动机后水平飞出.已知人和车的总质量m=180kg,坡顶高度h=5m,落地点与E点的水平距离s=16m,重力加速度g=10m/s2.如果在AB段摩托车所受的阻力恒定,求:

⑴AB段摩托车所受阻力的大小;
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(12分)用细线系一小球在竖直平面内做圆周运动,已知小球在最高点的速度是4m/s,最低点的速度是6m/s,线长为0.5m,又知小球通过圆周最低点和最高点时,绳上张力之差为30N,试求:小球的质量。(取g = 10m/s2)

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2012年我们中国有了自己的航空母舰“辽宁号”,航空母舰上舰载机的起飞问题一直备受关注。某学习小组的同学对舰载机的起飞进行了模拟设计。如图,舰载机总质量为m,发动机额定功率为P,在水平轨道运行阶段所受阻力恒为f。舰载机在A处启动,同时开启电磁弹射系统,它能额外给舰载机提供水平方向推力,经历时间t1,舰载机匀加速运行至B处,速度达到v1,电磁弹射系统关闭。舰载机然后以额定功率加速运行至C处,经历的时间为t2,速度达到v2。此后,舰载机进入倾斜曲面轨道,在D处离开航母起飞。求

(1)AB间距离;
(2)舰载机在AB间运动时获得的总动力;
(3)BC间距离。

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科目:高中物理 来源: 题型:计算题

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科目:高中物理 来源: 题型:计算题

如图所示,AB为固定在竖直平面内粗糙倾斜轨道,BC为光滑水平轨道,CD为固定在竖直平面内的光滑圆弧轨道,且AB与BC通过一小段光滑弧形轨道相连,BC与弧CD相切。已知AB长为L=10m,倾角θ=37°,BC长s=4m,CD弧的半径为R=2m,O为其圆心,∠COD=143°。整个装置处在水平向左的匀强电场中,电场强度大小为E=1×103N/C。一质量为m=0.4kg、电荷量为q=" +3×10" -3C的物体从A点以初速度vA=15m/s沿AB轨道开始运动。若物体与轨道AB间的动摩擦因数为μ=0.2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2,物体运动过程中电荷量不变。求:

(1)物体在AB轨道上运动时,重力和电场力对物体所做的总功;
(2)物体到达B点的速度;
(3)通过计算说明物体能否到达D点。

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科目:高中物理 来源: 题型:单选题

如图所示,用网球拍打击飞过来的网球,网球拍打击网球的力(  )

A.比球撞击球拍的力更早产生
B.与球撞击球拍的力同时产生
C.大于球撞击球拍的力
D.小于球撞击球拍的力

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