内容正文:
长海高中2023-2024下学期第一次月考
高一物理试卷
一、选择题(本题共10小题,共46分。其中1~7为单选,8~10为多选。)
1. 物理学的发展促进了人类文明的进步,其中离不开科学家所做出的重要贡献.下列叙述符合物理学史实的是( )
A. 开普勒观测行星运动并积累了大量数据,经多年研究后揭示了行星运动有关规律
B. 牛顿运动定律不仅适用于低速运动的宏观物体,也适用于高速运动的微观粒子
C. 卡文迪许利用扭秤实验测出了引力常量的值
D. 第谷利用“月-地检验”证实了万有引力定律的正确性
【答案】C
【解析】
【详解】A.第谷观测行星运动并积累大量的数据,开普勒研究后揭示了行星运动的有关规律,故A错误;
B.牛顿运动定律只能适用于宏观、低速物体,不能适用于微观高速粒子,B错误;
C.卡文迪许利用扭秤实验测出了引力常量的值,C正确;
D.牛顿利用“月-地检验”证实了万有引力定律的正确性,D错误。
故选C。
2. 下列四幅图是有关生活中的圆周运动的实例分析,其中说法正确的是( )
A. 汽车通过凹形桥的最低点时,速度越快越容易爆胎
B. 铁路的转弯处,外轨比内轨高是为了利用轮缘与内轨的侧压力来帮助火车转弯
C. “水流星”表演中,在最高点处水对桶底一定有压力
D. 洗衣机的脱水是利用了失重现象
【答案】A
【解析】
【详解】A.汽车通过凹形桥的最低点时,根据牛顿第二定律有
速度越大,汽车轮胎所受地面支持力越大,越容易爆胎,故A正确;
B.在铁路的转弯处,通常要求外轨比内轨高,目的是使火车自身重力与所受支持力的合力来提供转弯所需的向心力,减轻轮缘与轨道的挤压,故B错误;
C.表演“水流星”时,当“水流星”通过最高点时,若满足
则此时水对桶底的作用力为零,故C错误;
D.洗衣机脱水桶的脱水原理是利用了离心现象,故D错误。
故选A。
3. “单臂大回环”是一种高难度男子体操动作,如图甲所示,运动员用一只手抓住单杠,伸展身体,以单杠为轴在竖直平面内做圆周运动。当运动员以不同速度v通过最高点时,手受到单杠的拉力F也不同,其F-v2图像如图乙所示。取重力加速度大小g=10m/s2。则( )
A. 运动员的重心到单杠的距离为1.5m
B. 运动员的重心到单杠的距离为1.2m
C. 运动员的质量为50kg
D. 运动员的质量为75kg
【答案】C
【解析】
【详解】AB.对运动员在最高点进行受力分析,由F-v2图像知,当F= 0,重力提供向心力,即
解得
故A错误,B错误;
CD.由F-v2图像知,当F= 500N时,根据牛顿第二定律得
解得
故C正确,D错误。
故选C。
4. 2023年5月17日,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射第56颗北斗导航卫星。如图所示为北斗导航系统的部分卫星,每颗卫星的运动可视为匀速圆周运动。下面说法正确的是( )
A. 轨道a、b运行的两颗卫星的周期相等 B. 轨道a、c运行的两颗卫星的速率相同
C. 轨道b、c运行的两颗卫星的向心力相同 D. 轨道a、b运行的两颗卫星的加速度相同
【答案】A
【解析】
【详解】ABD.根据万有引力提供向心力可得
可得
,,
由图可知
则有
,,
可知轨道a、b运行的两颗卫星的周期相等,轨道a运行的卫星速率小于轨道c运行的卫星速率,轨道a、b运行的两颗卫星的加速度大小相等,但方向不同,故A正确,BD错误;
C.由于不知道轨道b、c运行的两颗卫星的质量关系,所以无法比较向心力的大小关系,且轨道b、c运行的两颗卫星的向心力方向不同,故C错误。
故选A。
5. 如图,运动员将质量为m足球从地面上以速度v踢出,足球恰好水平击中高为h的球门横梁.以地面为零势能面,不计空气阻力,则足球在命中横梁前一瞬间的机械能为( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】足球在运动过程中机械能守恒,初态机械能等于末态机械能,则可知足球在命中横梁前一瞬间的机械能为
故选A。
6. 如图所示,小球在竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动,小球直径略小于管道内径,ab 为过圆心的水平线。则小球( )
A. 过最高点的速度越大,对管壁的弹力一定越大
B. 过最高点的速度越小,对管壁的弹力一定越小
C. 在ab以下运动时,对内侧管壁可能有作用力
D. 在ab以下运动时,对内侧管壁一定无作用力
【答案】D
【解析】
【详解】AB.在最高点,当速度时,内壁对小球有支持力,根据牛顿第二定律可得
解得
故当速度越大时,支持力越小,结合牛顿第三定律可知,对管壁的弹力越小。当速度越小时,支持力越大,结合牛顿第三定律可知,对管壁的弹力越大。故AB错误;
CD.在ab下端运动时,受到的向心力指向圆心,而重力沿半径方向的分力背离圆心,故小球还受到外壁的支持力,故C错误,D正确。
故选D。
7. 如图所示,与水平面成角的传送带以的速度顺时针运行,质量为的小物块以初速度从底部滑上传送带,物块恰好能到达传送带顶端。已知物块与传送带间的动摩擦因数为,取重力加速度。下列说法正确的是( )
A. 传送带从底端到顶端的长度为1m
B. 物体在传送带上向上运动的时间为0.5s
C. 物块在传送带上留下的划痕长度为1.25m
D. 物体在传送带上向上运动过程中与传送带摩擦产生的热量为3.75J
【答案】D
【解析】
【详解】AB.小物块滑上传送带做匀减速直线运动,由牛顿第二定律
设经过时间t1减速到与传送带速度相等
解得
x1=0.75m,t1=0.25s
速度小于传送带速度后,受向上滑动摩擦力,由牛顿第二定律
解得
x2=1m,t2=1s
则传送带从底端到顶端的长度为
,
故AB都错误;
C.在t1和t2时间,传送带分别向上位移
,
物块相对传送带上滑
,
即物块先相对传送带上滑0.25m,后相对传送带下滑1m,则划痕长度为1m,故C错误;
D.物块相对传送带滑动路程为
+=1.25m
则摩擦生热
带入数据可得
故D正确。
故选D。
8. 如图所示,一长为L的轻绳,一端固定在天花板上,另一端系一质量为m的小球绕竖直轴线O1 O2做匀速圆周运动角速度为ω,绳与竖直轴线间的夹角为θ,小球与悬点O1的高度差为h,则下述说法中正确的是( )
A. 小球受到的向心力实际上是重力和绳对小球的拉力的合力
B. 小球所受向心力大小为mgtanθ
C. 小球做圆周运动的向心加速度是恒定不变的
D. 重力加速度g=hω2
【答案】ABD
【解析】
【详解】A.小球受重力和绳的拉力两个力,两个力的合力提供向心力,故A正确;
B.小球所受的合力等于向心力
故B正确;
C.小球做圆周运动的向心加速度方向在不断变化,故C错误;
D.根据公式
解得
故D正确。
故选ABD。
9. 如图所示,小物体从某一高度自由下落, 落到竖直固定在地面上的轻弹簧上,在A点物体开始与弹簧接触,到B点物体的速度为零,然后被弹回。下列说法中正确的是( )
A. 物体经过A点时速度最大
B. 从A点下落到B点的过程中,物体的机械能守恒
C. 从A点下落到B点以及从B点上升到A点的过程中,物体的动能都是先变大后变小
D. 从A点下落到B点的过程中,物体的机械能不守恒
【答案】CD
【解析】
【详解】A.对物体经过A点时进行受力分析,此时物体只受重力,此时加速度方向与速度方向相同,所以物体经过A点时继续加速,速度还未达到最大,选项A错误;
BD.物体从A下落到B的过程中,由于要克服弹簧弹力做功,所以物体的机械能不守恒,选项B错误,D正确;
C.在A、B之间某位置满足
kx=mg
此时加速度为0,所以物体从A下落到B以及从B上升到A的过程中,速度都是先增大后减小,动能都是先变大后变小,选项C正确。
故选CD。
10. 如图所示,一半径为R的光滑硬质圆环固定在竖直平面内,在最高点的竖直切线和最低点的水平切线的交点处固定一光滑轻质小滑轮C,质量为m的小球A穿在环上,且可以自由滑动,小球A通过足够长的不可伸长细线连接另一质量也为m的小球B,细线搭在滑轮上,现将小球A从环上最高点由静止释放,重力加速度为g,不计空气阻力,A在环上运动过程中,下列说法正确的是( )
A. 两小球组成的系统运动过程中机械能守恒
B. 细线的拉力对A球做功的功率小于对B球做功的功率
C. 释放后小球B的速度为零时,小球A的动能为
D. 小球A运动到环上最低点时的速度为
【答案】AC
【解析】
【详解】A.两小球组成的系统内只有重力做功,环对A的支持力不做功,所以两小球组成的系统运动过程中机械能守恒,故A正确;
B.细线拉力对两小球在任意时刻做功的代数和为零,细线的拉力对A球做功的功率的绝对值等于对B球做功的功率的绝对值,故B错误;
C.根据速度的合成与分解可知,A的速度在沿细线方向的分量大小等于B的速度大小,当小球B的速度为零时,小球A的速度方向与细线垂直,根据几何关系可知此时细线与水平方向的夹角为45°,根据机械能守恒定律可得小球A的动能为
故C正确;
D.小球A运动到环的最低点时,A、B的速度大小相等,设为v,根据机械能守恒定律可得
解得
故D错误。
故选AC。
二、填空题(本题共2小题,共16分。)
11. 某同学想验证竖直面内物块做圆周运动向心力变化的规律,使用某一竖直面内的圆周轨道,轨道圆心为O,半径,分别在距离最低点A高度为0、h、2h、3h、4h、5h、6h处固定有压力传感器,其装置如图甲所示。
(1)选择比较光滑的竖直轨道,以保证小球在运动过程中机械能变化可以忽略;
(2)使一质量为m的小球从A点以速度开始沿内轨道向右运动,记录小球在各位置对轨道的压力F与高度H的对应数值,并在坐标系中描点连线得到如图乙所示的图象;
(3)若物块在初始位置对轨道压力大小为,则F与H的函数关系可表示为______(用m、g、R、H、、F表示),若已知重力加速度,则结合图乙可知小球质量______,小球经过最低点A时的初速度______m/s(可以用根式表示)。
【答案】 ①. ②. 0.5 ③.
【解析】
【详解】(3)[1]设在任意高度H处小球的速度为,由动能定理有
可得
在右侧轨道上,设小球在H处和圆心的连线与OA的夹角为,当时,由牛顿运动定律有
在最低点有
可得
当时该式仍成立;
[2]根据图像可得,在A点,,在m处,,图像斜率
可得
[3]在最低点由
可得
12. 以下是利用落体法验证机械能守恒定律的两种方案。
(1)采用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置如图甲所示。
①图乙中的纸带是实验过程中打点计时器打出的一条纸带。打点计时器频率为50 Hz,打下O点(图中未标出)时,钩码开始下落,、、是打点计时器连续打下的3个点。刻度尺的0刻线与O点对齐,、、三个点所对刻度如图乙所示。打点计时器在打出b点时钩码下落的速度为_______m/s(计算结果保留三位有效数字);
②若打点计时器在打出b点时的速度表示为,钩码下落的高度表示为,当地的重力加速度为g,若在误差允许范围内表达式_______(用题中所给的物理量表示)成立,则机械能守恒。
(2)采用光电门验证机械能守恒定律,装置如图丙所示。切断电磁铁电源,让小钢球自由下落,下落过程中小钢球经过光电门1和光电门2,光电计时器记录下小钢球通过光电门1、2的时间、,用刻度尺测出两光电门间距离h,已知小钢球的直径为d,当地的重力加速度为g。
①小钢球通过光电门1时的瞬时速度________(用题中所给的物理量表示);
②保持光电门1位置不变,上下调节光电门2,多次实验记录多组数据,作出随h变化的图像,如果不考虑空气阻力,若该图线的斜率________(用题中所给的物理量表示),就可以验证小钢球下落过程中机械能守恒;
③若考虑空气阻力的影响,则实验得出的随h变化的图像的斜率一定________(填“大于”“小于”或“等于”)不考虑空气阻力时图线的斜率。
【答案】 ①. 1.95 ②. ③. ④. ⑤. 小于
【解析】
【详解】(1)①[1]用、两点之间的平均速度代表b点的瞬时速度有
②[2]若机械能守恒,则有
整理后有
(2)①[3]小钢球通过光电门1时的瞬时速度为
②[4]不考虑空气阻力,由
,,
可得
由此可知若随h变化图像的斜率为
就可以验证小钢球下落过程中机械能守恒;
③[5]考虑空气阻力的影响,则小钢球下落的加速度小于g,由可知,实验得出的随h变化的图像的斜率一定小于不考虑空气阻力时图线的斜率。
三、计算题(本题共3小题,共38分)
13. 一种氢气燃料的汽车,质量为m=2.0×103kg,发动机的额定输出功率为80kW,行驶在平直公路上时所受阻力恒为车重的0.1倍.若汽车从静止开始先匀加速启动,加速度的大小为a=1.0m/s2.达到额定输出功率后,汽车保持功率不变又加速行驶了800m,直到获得最大速度后才匀速行驶.求:(g=10m/s2)
(1)汽车的最大行驶速度.
(2)汽车从静止到获得最大行驶速度所用的总时间.
【答案】(1)40m/s;(2)55s
【解析】
【详解】(1)设汽车最大行驶速度为vm.汽车做匀速直线运动,牵引力等于阻力,速度达到最大,即有:F=f
根据题意知,阻力为:f=0.1mg=2000N
再根据公式 P=Fv得:vm=P/f=40m/s;
即汽车的最大行驶速度为40m/s
(2)汽车匀变速行驶的过程中,由牛顿第二定律得
得匀变速运动时汽车牵引力
则汽车匀加速运动行驶得最大速度为
由a1t1=v0,得汽车匀加速运动的时间为:t1=20s
汽车实际功率达到额定功率后到速度达到最大的过程,由动能定理WF+Wf=△Ek,即得:
Pt2-0.1mgs2=
得:t2=35s
所以汽车从静止到获得最大行驶速度所用的总时间为:t=t1+t2=55s
14. 假如宇航员乘坐宇宙飞船到达某行星,在该行星“北极”距地面h处由静止释放一个小球(引力视为恒力,阻力可忽略),经过时间t落到地面。已知该行星半径为R,自转周期为T,引力常量为G,求:
(1)该行星的平均密度ρ;
(2)该行星的第一宇宙速度v;
(3)如果该行星有一颗同步卫星,其距行星表面的高度H为多少。
【答案】(1);(2);(3)
【解析】
【详解】(1)设行星表面的重力加速度为g,对小球,有
解得
设行星表面的某一物体质量为m,有
解得
故行星的密度
解得
(2)设处于行星表面附近做匀速圆周运动的卫星质量为m′,由牛顿第二定律有
解得
(3)同步卫星的周期与该行星自转周期相同,均为T,设同步卫星的质量为m″,由牛顿第二定律有
联立解得同步卫星距行星表面的高度
15. 如图所示,将一质量为的钢球放在O点,用弹射装置将其弹出,使其沿着半圆形轨道OA和AB运动,OAB是与B点相切的竖直光滑圆轨道,BC段为一段长为的粗糙平面,DEFG为接球槽。圆弧OA和AB的半径分别为,,小球与BC段的动摩擦因数,C点离接球槽的高度,水平距离,接球槽宽EF,长度为,忽略空气阻力。求:
(1)要使钢球恰好不脱离圆弧轨道OAB,钢球在A点的速度为多大;
(2)在(1)问的情况下钢球在B位置对半圆轨道的压力;
(3)要使钢球最终能落入槽中,弹簧压缩时的弹性势能的取值范围。
【答案】(1);(2)6N,竖直向下;(3)
【解析】
【详解】(1)要使钢球恰好不脱离圆弧轨道,在最高点有
解得
(2)钢球从A到B有
在B点有
联立可得
根据牛顿第三定律可得,钢球在B位置对半圆轨道的压力为6N,方向竖直向下。
(3)要使钢球最终能落入槽中,在C点的速度至少为,从C到D根据平抛运动规律可得
解得
假设钢球在A点的速度恰好为时,钢球可运动到C点,且速度为,则从A到C由动能定理
解得
即当钢球恰好不脱离圆轨道时,钢球不可能达到C点,更不可能平抛入槽,要使钢球最终能落入槽中,需要更大的速度,则从O到C
由能量守恒可得
联立可得,弹簧压缩时的弹性势能最小为
从C到F根据平抛运动规律可得
解得
从O到C
由能量守恒可得
联立可得,弹簧压缩时的弹性势能最小为
所以要使钢球最终能落入槽中,弹簧压缩时弹性势能的取值范围为。
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长海高中2023-2024下学期第一次月考
高一物理试卷
一、选择题(本题共10小题,共46分。其中1~7为单选,8~10为多选。)
1. 物理学的发展促进了人类文明的进步,其中离不开科学家所做出的重要贡献.下列叙述符合物理学史实的是( )
A. 开普勒观测行星运动并积累了大量数据,经多年研究后揭示了行星运动的有关规律
B. 牛顿运动定律不仅适用于低速运动的宏观物体,也适用于高速运动的微观粒子
C. 卡文迪许利用扭秤实验测出了引力常量的值
D. 第谷利用“月-地检验”证实了万有引力定律的正确性
2. 下列四幅图是有关生活中的圆周运动的实例分析,其中说法正确的是( )
A. 汽车通过凹形桥的最低点时,速度越快越容易爆胎
B. 铁路的转弯处,外轨比内轨高是为了利用轮缘与内轨的侧压力来帮助火车转弯
C. “水流星”表演中,在最高点处水对桶底一定有压力
D. 洗衣机的脱水是利用了失重现象
3. “单臂大回环”是一种高难度男子体操动作,如图甲所示,运动员用一只手抓住单杠,伸展身体,以单杠为轴在竖直平面内做圆周运动。当运动员以不同的速度v通过最高点时,手受到单杠的拉力F也不同,其F-v2图像如图乙所示。取重力加速度大小g=10m/s2。则( )
A. 运动员的重心到单杠的距离为1.5m
B. 运动员的重心到单杠的距离为1.2m
C. 运动员的质量为50kg
D. 运动员的质量为75kg
4. 2023年5月17日,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射第56颗北斗导航卫星。如图所示为北斗导航系统的部分卫星,每颗卫星的运动可视为匀速圆周运动。下面说法正确的是( )
A. 轨道a、b运行两颗卫星的周期相等 B. 轨道a、c运行的两颗卫星的速率相同
C. 轨道b、c运行的两颗卫星的向心力相同 D. 轨道a、b运行的两颗卫星的加速度相同
5. 如图,运动员将质量为m的足球从地面上以速度v踢出,足球恰好水平击中高为h的球门横梁.以地面为零势能面,不计空气阻力,则足球在命中横梁前一瞬间的机械能为( )
A. B.
C. D.
6. 如图所示,小球在竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动,小球直径略小于管道内径,ab 为过圆心的水平线。则小球( )
A. 过最高点的速度越大,对管壁的弹力一定越大
B. 过最高点速度越小,对管壁的弹力一定越小
C. 在ab以下运动时,对内侧管壁可能有作用力
D. 在ab以下运动时,对内侧管壁一定无作用力
7. 如图所示,与水平面成角的传送带以的速度顺时针运行,质量为的小物块以初速度从底部滑上传送带,物块恰好能到达传送带顶端。已知物块与传送带间的动摩擦因数为,取重力加速度。下列说法正确的是( )
A. 传送带从底端到顶端的长度为1m
B. 物体在传送带上向上运动的时间为0.5s
C. 物块在传送带上留下的划痕长度为1.25m
D. 物体在传送带上向上运动过程中与传送带摩擦产生的热量为3.75J
8. 如图所示,一长为L的轻绳,一端固定在天花板上,另一端系一质量为m的小球绕竖直轴线O1 O2做匀速圆周运动角速度为ω,绳与竖直轴线间的夹角为θ,小球与悬点O1的高度差为h,则下述说法中正确的是( )
A. 小球受到向心力实际上是重力和绳对小球的拉力的合力
B. 小球所受向心力大小为mgtanθ
C. 小球做圆周运动的向心加速度是恒定不变的
D. 重力加速度g=hω2
9. 如图所示,小物体从某一高度自由下落, 落到竖直固定在地面上的轻弹簧上,在A点物体开始与弹簧接触,到B点物体的速度为零,然后被弹回。下列说法中正确的是( )
A. 物体经过A点时速度最大
B. 从A点下落到B点过程中,物体的机械能守恒
C. 从A点下落到B点以及从B点上升到A点的过程中,物体的动能都是先变大后变小
D. 从A点下落到B点的过程中,物体的机械能不守恒
10. 如图所示,一半径为R的光滑硬质圆环固定在竖直平面内,在最高点的竖直切线和最低点的水平切线的交点处固定一光滑轻质小滑轮C,质量为m的小球A穿在环上,且可以自由滑动,小球A通过足够长的不可伸长细线连接另一质量也为m的小球B,细线搭在滑轮上,现将小球A从环上最高点由静止释放,重力加速度为g,不计空气阻力,A在环上运动过程中,下列说法正确的是( )
A. 两小球组成的系统运动过程中机械能守恒
B. 细线的拉力对A球做功的功率小于对B球做功的功率
C. 释放后小球B速度为零时,小球A的动能为
D. 小球A运动到环上最低点时的速度为
二、填空题(本题共2小题,共16分。)
11. 某同学想验证竖直面内物块做圆周运动向心力变化的规律,使用某一竖直面内的圆周轨道,轨道圆心为O,半径,分别在距离最低点A高度为0、h、2h、3h、4h、5h、6h处固定有压力传感器,其装置如图甲所示。
(1)选择比较光滑的竖直轨道,以保证小球在运动过程中机械能变化可以忽略;
(2)使一质量为m的小球从A点以速度开始沿内轨道向右运动,记录小球在各位置对轨道的压力F与高度H的对应数值,并在坐标系中描点连线得到如图乙所示的图象;
(3)若物块在初始位置对轨道压力大小为,则F与H的函数关系可表示为______(用m、g、R、H、、F表示),若已知重力加速度,则结合图乙可知小球质量______,小球经过最低点A时的初速度______m/s(可以用根式表示)。
12. 以下是利用落体法验证机械能守恒定律的两种方案。
(1)采用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置如图甲所示。
①图乙中的纸带是实验过程中打点计时器打出的一条纸带。打点计时器频率为50 Hz,打下O点(图中未标出)时,钩码开始下落,、、是打点计时器连续打下的3个点。刻度尺的0刻线与O点对齐,、、三个点所对刻度如图乙所示。打点计时器在打出b点时钩码下落的速度为_______m/s(计算结果保留三位有效数字);
②若打点计时器在打出b点时的速度表示为,钩码下落的高度表示为,当地的重力加速度为g,若在误差允许范围内表达式_______(用题中所给的物理量表示)成立,则机械能守恒。
(2)采用光电门验证机械能守恒定律,装置如图丙所示。切断电磁铁电源,让小钢球自由下落,下落过程中小钢球经过光电门1和光电门2,光电计时器记录下小钢球通过光电门1、2的时间、,用刻度尺测出两光电门间距离h,已知小钢球的直径为d,当地的重力加速度为g。
①小钢球通过光电门1时的瞬时速度________(用题中所给的物理量表示);
②保持光电门1位置不变,上下调节光电门2,多次实验记录多组数据,作出随h变化的图像,如果不考虑空气阻力,若该图线的斜率________(用题中所给的物理量表示),就可以验证小钢球下落过程中机械能守恒;
③若考虑空气阻力的影响,则实验得出的随h变化的图像的斜率一定________(填“大于”“小于”或“等于”)不考虑空气阻力时图线的斜率。
三、计算题(本题共3小题,共38分)
13. 一种氢气燃料的汽车,质量为m=2.0×103kg,发动机的额定输出功率为80kW,行驶在平直公路上时所受阻力恒为车重的0.1倍.若汽车从静止开始先匀加速启动,加速度的大小为a=1.0m/s2.达到额定输出功率后,汽车保持功率不变又加速行驶了800m,直到获得最大速度后才匀速行驶.求:(g=10m/s2)
(1)汽车的最大行驶速度.
(2)汽车从静止到获得最大行驶速度所用的总时间.
14. 假如宇航员乘坐宇宙飞船到达某行星,在该行星“北极”距地面h处由静止释放一个小球(引力视为恒力,阻力可忽略),经过时间t落到地面。已知该行星半径为R,自转周期为T,引力常量为G,求:
(1)该行星的平均密度ρ;
(2)该行星的第一宇宙速度v;
(3)如果该行星有一颗同步卫星,其距行星表面的高度H为多少。
15. 如图所示,将一质量为的钢球放在O点,用弹射装置将其弹出,使其沿着半圆形轨道OA和AB运动,OAB是与B点相切的竖直光滑圆轨道,BC段为一段长为的粗糙平面,DEFG为接球槽。圆弧OA和AB的半径分别为,,小球与BC段的动摩擦因数,C点离接球槽的高度,水平距离,接球槽宽EF,长度为,忽略空气阻力。求:
(1)要使钢球恰好不脱离圆弧轨道OAB,钢球在A点的速度为多大;
(2)在(1)问的情况下钢球在B位置对半圆轨道的压力;
(3)要使钢球最终能落入槽中,弹簧压缩时的弹性势能的取值范围。
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