精品解析:安徽省安庆市第一中学2023-2024学年高一下学期期末模拟考试物理试题
2024-08-23
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资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | - |
| 年级 | 高一 |
| 章节 | - |
| 类型 | 试卷 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 同步教学-期末 |
| 学年 | 2024-2025 |
| 地区(省份) | 安徽省 |
| 地区(市) | 安庆市 |
| 地区(区县) | 大观区 |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 2.09 MB |
| 发布时间 | 2024-08-23 |
| 更新时间 | 2024-08-25 |
| 作者 | 匿名 |
| 品牌系列 | - |
| 审核时间 | 2024-08-23 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/46977706.html |
| 价格 | 3.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
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内容正文:
高一物理期末模拟考
一、单选题:本题共8小题,每小题4分,共32分,在每小题给出的四个选项中,只有一个选项符合要求。
1. 如图所示,军事演习时一辆坦克先后以不同的角度投射出两发炮弹,轨迹分别为1和2,落点分别是B点和C点,忽略空气阻力,以下关于运动过程中的几个物理量判断正确的是( )
A. 炮弹运动时间 B. 最高点的速度
C. 两次炮弹落地时的速度可能相同 D. 两次抛出的初速度大小可能相等
2. 曲柄连杆结构是发动机实现工作循环、完成能量转化的主要运动零件。如图所示,连杆下端连接活塞,上端连接曲轴。在工作过程中,活塞在汽缸内上下做直线运动,带动曲轴绕圆心旋转,若做线速度大小为的匀速圆周运动,则下列说法正确的是( )
A. 当与垂直时,活塞运动的速度等于
B. 当与垂直时,活塞运动的速度大于
C. 当、、在同一直线时,活塞运动的速度等于
D. 当、、在同一直线时,活塞运动的速度大于
3. 如图所示,正方体框架底面处于水平地面上。从顶点A沿不同方向水平抛出小球(可视为质点),不计空气阻力。关于小球的运动,下列说法正确的是( )
A. 落点在上的小球,落在点时平抛的初速度最大
B. 落点在内的小球,落在点的运动时间最长
C. 落点在上的小球,平抛初速度的最小值与最大值之比是
D. 落点在上的小球,落地时重力的瞬时功率均不相同
4. 如图所示,竖直薄壁圆筒内壁光滑,其半径为R,上部侧面A处开有小口,在A处小口的正下方B处亦开有与其大小相同的小口,小球从A处小口沿切线方向水平射入筒内,使小球紧贴筒内壁运动。要使小球从B处小口处飞出,小球进入A处小口的最小速率v0为( )
A. B.
C. D.
5. 如图所示,汽车在拐弯时做匀速圆周运动,司机A与乘客B相比( )
A. 线速度一定更大 B. 角速度一定更大
C. 向心加速度一定更小 D. 向心力一定更小
6. 如图甲所示,轻绳一端固定在O点,另一端固定一小球(可看成质点),让小球在竖直平面内做圆周运动.改变小球通过最高点时的速度大小v,测得相应的轻绳弹力大小F,得到F-v2图象如图乙所示,已知图线的延长线与纵轴交点坐标为(0,-b),斜率为k。不计空气阻力,重力加速度为g,则下列说法正确的是( )
A. 该小球的质量为bg
B. 小球运动的轨道半径为
C. 图线与横轴的交点表示小球所受的合外力为零
D. 当v2=a时,小球的向心加速度为g
7. 目前,中国正在实施“嫦娥一号”登月工程,已知月球上没有空气,重力加速度为地球的,假如你登上月球,不可能实现的愿望是( )
A. 放飞风筝
B. 轻易提起100kg物体
C. 做一个地球上的标准篮球架,发现自己成为扣篮高手
D. 用弹簧体重计称量自己体重,发现自己减肥成功
8. 一辆轿车在平直公路上行驶,启动阶段轿车牵引力保持不变,而后以额定功率继续行驶,经过时间t0,其速度由零增大到最大值。若轿车所受的阻力恒定,关于轿车的功率P随时间t变化的情况,下列选项中正确的是( )
A. B.
C. D.
二、选择题:本题共2小题,每小题5分,共10分。在每小题给出的选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
9. 一物体从斜面底端以初动能E滑向斜面,返回到斜面底端的速度大小为v,克服摩擦力做的功为,若物块以初动能2E滑向斜面(斜面足够长),则( )
A. 返回斜面底端时的动能为E
B. 返回斜面底端时动能为
C. 返回斜面底端时的速度大小为2v
D. 返回斜面底端时的速度大小为 v
10. 如图所示,可视为质点、质量为M的物块用长为L的细绳拴接放在转盘上,细绳的另一端固定在通过转盘轴心的竖直杆上,细绳刚好伸直且与竖直方向的夹角为α。已知物块与转盘之间的动摩擦因数为μ,且μ<tanα,假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,现让整个装置由静止开始缓慢的加速转动起来。则下列说法正确的是( )
A. 整个过程中,细绳的拉力不可能为零
B. 从开始转动到细绳对物块刚有作用力的过程,转盘对物块所做的功为
C. 物块能在转台上随转台一起转动最大角速度为
D. 细绳对物块拉力的瞬时功率始终为零
三、非选择题:共5题,共58分。
11. 某实验小组采用如图所示的装置验证机械能守恒定律。调节导轨使其水平,已知遮光条的宽度为d,两个光电门间距为L,重力加速度为g。
(1)要验证滑块(含遮光条)与钩码组成的系统机械能守恒,除了需测量滑块通过光电门1、2的时间、外,还需要测出_________和_________(写出物理量的名称和符号)
(2)测出所有需要的物理量后,若满足关系式__________________,则滑块与钩码组成的系统机械能守恒。
12. 利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置如图所示,水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨,导轨上A点处由一带长方形遮光条的滑块,其总质量为M,左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连,遮光板两条长边与导轨垂直,导轨上B点有一光电门,可以测量遮光板经过光电门时的挡光时间t,用d表示A点到光电门B处的距离,b表示遮光板的宽度,将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度,实验时滑块在A处由静止开始运动。
(1)滑块通过B点瞬时速度可表示为_________。
(2)某次实验测得倾角θ=30°,重力加速度用g表示,滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为ΔEk=_________。系统的重力势能减少量可表示为ΔEp=_______。在误差允许的范围内,若ΔEk=ΔEp则认为系统的机械能守恒。
(3)在上次实验中,某同学改变A、B间的距离,作出的图像如图所示,并测得M=m,则重力加速度g=__________m/s2。
13. 2014年2月7日,第22届冬奥会在位于黑海之滨的俄罗斯著名度假胜地索契拉开帷幕。在冬奥会中冰壶比赛是非常好看的项目,假设冰壶在水平冰面上的一次滑行可简化为如下过程:如图所示,运动员将静止于O点的冰壶(视为质点)沿直线推到A点放手,此后冰壶沿滑行,最后停于C点,已知冰面与各冰壶间的动摩擦因数为μ,冰壶质量为m,AC=L,,重力加速度为g。
(1)求冰壶在A点的速率;
(2)若将段冰面与冰壶间的动摩擦因数减小为0.8μ,原只能滑到C点的冰壶能停于点,求A点与B点之间的距离。
14. 如图所示,光滑固定斜面AB的倾角,BC为水平面,BC长度lBC=1.1m,CD为光滑的圆弧,半径R=0.6m。一个质量m=2kg的物体,从斜面上A点由静止开始下滑,物体与水平面BC间的动摩擦因数,轨道在B、C两点平滑连接。当物体到达D点时,继续竖直向上运动,最高点距离D点的高度h=0.2m。不计空气阻力,sin53°=0.8,cos53°=0.6,g取10m/s2。求:
(1)物体运动到C点时的速度大小;
(2)A点距离水平面的高度H;
(3)物体最终停止位置到C点的距离s。
15. 旋转秋千是各大游乐场常见的娱乐设施,深受人们的喜爱。一旋转秋千可简化为如图所示模型,上端是半径为r=2m的水平转台,在转台的边缘固定有一长为L=5m的轻绳,轻绳的底端悬挂有一座椅。玩耍时,一小朋友系好安全带后坐在座椅上静止在最低点,然后转台在电机带动下绕竖直转轴,缓慢加速转动起来,当座椅摆动到轻绳与竖直方向的夹角为时开始以角速度匀速转动。小朋友和座椅均可视为质点,其总质量为m=40kg,重力加速度大小取,,。求:
(1)旋转秋千匀速转动时的角速度及此时轻绳的拉力大小;
(2)旋转秋千由静止开始转动到角速度为时轻绳对小朋友和座椅所做的功。
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高一物理期末模拟考
一、单选题:本题共8小题,每小题4分,共32分,在每小题给出的四个选项中,只有一个选项符合要求。
1. 如图所示,军事演习时一辆坦克先后以不同的角度投射出两发炮弹,轨迹分别为1和2,落点分别是B点和C点,忽略空气阻力,以下关于运动过程中的几个物理量判断正确的是( )
A. 炮弹运动时间 B. 最高点的速度
C. 两次炮弹落地时的速度可能相同 D. 两次抛出的初速度大小可能相等
【答案】D
【解析】
【详解】A.炮弹投出后做斜抛运动,从最高点到落地在竖直方向上做自由落体运动,根据对称性可得炮弹运动时间满足
由图可知轨迹1上升的最大高度大于轨迹2上升的最大高度,则有
故A错误;
B.炮弹投出水平方向做匀速直线运动,则有
由图可知轨迹1沿水平方向位移小于轨迹2沿水平方向的位移,又,可知轨迹1沿水平方向的分速度小于轨迹2沿水平方向的分速度,即最高点的速度满足
故B错误;
C.设炮弹落地时的速度方向与水平方向的夹角为,则有
由于轨迹1落地时的竖直分速度大于轨迹2落地时的竖直分速度,又轨迹1的水平速度小于轨迹2的水平速度,则轨迹1落地时速度与水平方向的夹角大于轨迹2落地时速度与水平方向的夹角,则两次炮弹落地时的速度不可能相同,故C错误;
D.设炮弹投出时的速度为,则有
由于轨迹1投出时竖直分速度大于轨迹2投出时的竖直分速度,又轨迹1的水平速度小于轨迹2的水平速度,则两次抛出的初速度大小可能相等,故D正确。
故选D。
2. 曲柄连杆结构是发动机实现工作循环、完成能量转化的主要运动零件。如图所示,连杆下端连接活塞,上端连接曲轴。在工作过程中,活塞在汽缸内上下做直线运动,带动曲轴绕圆心旋转,若做线速度大小为的匀速圆周运动,则下列说法正确的是( )
A. 当与垂直时,活塞运动的速度等于
B. 当与垂直时,活塞运动的速度大于
C. 当、、在同一直线时,活塞运动的速度等于
D. 当、、在同一直线时,活塞运动的速度大于
【答案】A
【解析】
【详解】AB.当与垂直时,点速度的大小为,此时杆整体运动的方向是相同的,方向沿平行的方向,所以活塞运动的速度等于点的速度,都是,故A正确,B错误;
CD.当、、在同一直线上时,点的速度方向与垂直,沿的分速度为0,所以活塞运动的速度等于0,故CD错误。
故选A
3. 如图所示,正方体框架的底面处于水平地面上。从顶点A沿不同方向水平抛出小球(可视为质点),不计空气阻力。关于小球的运动,下列说法正确的是( )
A. 落点在上的小球,落在点时平抛的初速度最大
B. 落点在内的小球,落在点的运动时间最长
C. 落点在上的小球,平抛初速度的最小值与最大值之比是
D. 落点在上的小球,落地时重力的瞬时功率均不相同
【答案】C
【解析】
【详解】A.小球做平抛运动,竖直方向做自由落体运动,有
水平位移为
落点在上的小球,水平位移相同,则落在点时运动时间最大,平抛的初速度最小,故A错误;
B.落点在内的小球,运动竖直位移相同,时间相同,故B错误;
C.落点在上的小球,运动时间相同,水平位移最小和最大比值为
所以平抛初速度的最小值与最大值之比是,故C正确;
D.落点在上的小球,运动时间相同,则竖直分速度
相同,落地时重力的瞬时功率
均相同,故D错误。
故选C。
4. 如图所示,竖直薄壁圆筒内壁光滑,其半径为R,上部侧面A处开有小口,在A处小口正下方B处亦开有与其大小相同的小口,小球从A处小口沿切线方向水平射入筒内,使小球紧贴筒内壁运动。要使小球从B处小口处飞出,小球进入A处小口的最小速率v0为( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】小球在竖直方向做自由落体运动,根据
可得小球在桶内的运动时间为
在水平方向,以圆周运动的规律来研究,运动的时间为
联立可得
当时,取最小值,所以最小速率
B正确,ACD错误,故选B。
5. 如图所示,汽车在拐弯时做匀速圆周运动,司机A与乘客B相比( )
A. 线速度一定更大 B. 角速度一定更大
C. 向心加速度一定更小 D. 向心力一定更小
【答案】C
【解析】
【详解】汽车转弯时,两乘客的角速度是相同的,根据v=ωr,因B乘客的转弯半径较大,则B乘客的线速度更大,根据a=ω2r可知,B乘客的向心加速度更大,因两乘客的质量关系不确定,无法比较向心力关系,故选项ABD错误,C正确。
故选C。
6. 如图甲所示,轻绳一端固定在O点,另一端固定一小球(可看成质点),让小球在竖直平面内做圆周运动.改变小球通过最高点时的速度大小v,测得相应的轻绳弹力大小F,得到F-v2图象如图乙所示,已知图线的延长线与纵轴交点坐标为(0,-b),斜率为k。不计空气阻力,重力加速度为g,则下列说法正确的是( )
A. 该小球的质量为bg
B. 小球运动的轨道半径为
C. 图线与横轴的交点表示小球所受的合外力为零
D. 当v2=a时,小球的向心加速度为g
【答案】B
【解析】
【详解】AB.小球在最高点时受到拉力F,根据牛顿第二定律可知
解得
结合图像可知
即
斜率
解得
故A错误,B正确;
C.图线与横轴交点表示小球所受的拉力为零,即合外力等于重力时的情况,故C错误;
D.根据向心加速度公式可知
故D错误。
故选B。
7. 目前,中国正在实施“嫦娥一号”登月工程,已知月球上没有空气,重力加速度为地球的,假如你登上月球,不可能实现的愿望是( )
A. 放飞风筝
B. 轻易提起100kg物体
C. 做一个地球上的标准篮球架,发现自己成为扣篮高手
D. 用弹簧体重计称量自己体重,发现自己减肥成功
【答案】A
【解析】
【详解】A.没有空气,不能放风筝,故A错误,符合题意;
B.重力加速度为地球,同一物体在月球和地球上所受的重力之比为1:6,质量为100kg的物体在月球上的重力为
所以可以很容易的举起来,故B正确,不符合题意;
C.根据
重力为地球上的六分之一,故可以轻易跃过几米高度,在此篮球场打球,一定是扣篮高手,故C正确,不符合题意;
D.用弹簧体重计称量体重,重力减小,发现自己减肥成功,故D正确,不符合题意。
故选A。
8. 一辆轿车在平直公路上行驶,启动阶段轿车牵引力保持不变,而后以额定功率继续行驶,经过时间t0,其速度由零增大到最大值。若轿车所受的阻力恒定,关于轿车的功率P随时间t变化的情况,下列选项中正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】由于汽车受到的牵引力不变,加速度不变,所以汽车在开始的阶段做匀加速运动,当实际功率达到额定功率时,功率不能增加了,要想增加速度,就必须减小牵引力,当牵引力减小到等于阻力时,加速度等于零,速度达到最大值,此时
则轿车先做匀加速直线运动,再做加速度减小的加速直线运动,牵引力等于阻力时,做匀速直线运动。根据P=Fv,因为开始速度均匀增大,则功率均匀增大,当达到额定功率后,保持不变。选项D正确。
故选D。
二、选择题:本题共2小题,每小题5分,共10分。在每小题给出的选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
9. 一物体从斜面底端以初动能E滑向斜面,返回到斜面底端的速度大小为v,克服摩擦力做的功为,若物块以初动能2E滑向斜面(斜面足够长),则( )
A. 返回斜面底端时的动能为E
B. 返回斜面底端时的动能为
C. 返回斜面底端时的速度大小为2v
D. 返回斜面底端时的速度大小为 v
【答案】AD
【解析】
【详解】AB.设斜面倾角为θ,斜面对物体的摩擦力为f,物体以初动能E滑向斜面时,在斜面上上升的最远距离为x1,则根据动能定理,在物体沿斜面上升的过程中有:
-Gx1sinθ-fx1=0-E,
在物体沿斜面下降的过程中有:
Gx1sinθ-fx1=,
联立解得:
Gsinθ=3f;
同理,当物体以初动能2E滑向斜面时,在物体沿斜面上升的过程中有:
-Gx2sinθ-fx2=0-2E,
在物体沿斜面下降的过程中有
Gx2sinθ-fx2=E′,
联立解得:
E′=E,
故A正确、B错误;
CD.由
,
,
得:
,
故C错误、D正确。
故选:AD
10. 如图所示,可视为质点、质量为M的物块用长为L的细绳拴接放在转盘上,细绳的另一端固定在通过转盘轴心的竖直杆上,细绳刚好伸直且与竖直方向的夹角为α。已知物块与转盘之间的动摩擦因数为μ,且μ<tanα,假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,现让整个装置由静止开始缓慢的加速转动起来。则下列说法正确的是( )
A. 整个过程中,细绳的拉力不可能为零
B. 从开始转动到细绳对物块刚有作用力的过程,转盘对物块所做的功为
C. 物块能在转台上随转台一起转动的最大角速度为
D. 细绳对物块拉力的瞬时功率始终为零
【答案】BD
【解析】
【分析】转盘刚开始转动时,细绳未绷紧,细绳的拉力为零,由静摩擦力提供向心力,根据牛顿第二定律求出静摩擦力达到最大值时转盘的角速度,由v=ωr求出此时物块线速度大小,再由动能定理求从开始转动到细绳对物块刚有作用力的过程转盘对物块所做的功。当转盘对物块支持力恰好为零时,物块刚要与转盘分离,由第二定律求此时转盘的角速度。根据细绳对物块拉力方向与速度方向的关系分析拉力的瞬时功率。
【详解】AB.转盘刚开始转动,细绳未绷紧,细绳的拉力为零,此时由静摩擦力提供向心力,设转动到某一角速度ω1时,静摩擦力达到最大值,根据牛顿第二定律有
此时物块的线速度大小为
设从开始运动到细绳中将要出现拉力过程中,转盘对物块做的功为W,对物块,由动能定理得
联立解得
故A错误,B正确;
C.当转盘对物块支持力恰好为零时,竖直方向有
水平方向上,由牛顿第二定律有
联立解得
可知当物块的角速度增大到时,物块与转台间恰好无相互作用,所以物块能在转台上随转台一起转动的最大角速度为,故C错误;
D、物块在做圆周运动的过程中,细绳对物块拉力方向与物块运动的方向始终垂直,因此细绳对物块拉力的瞬时功率始终为零,故D正确。
故选:BD。
【点睛】本题的关键要分析物块的受力情况,把握两个临界条件:一绳子刚出现拉力时,物块受到的静摩擦力达到最大值;二物块刚好与转盘分离时,转盘对物块支持力恰好为零。
三、非选择题:共5题,共58分。
11. 某实验小组采用如图所示的装置验证机械能守恒定律。调节导轨使其水平,已知遮光条的宽度为d,两个光电门间距为L,重力加速度为g。
(1)要验证滑块(含遮光条)与钩码组成的系统机械能守恒,除了需测量滑块通过光电门1、2的时间、外,还需要测出_________和_________(写出物理量的名称和符号)
(2)测出所有需要的物理量后,若满足关系式__________________,则滑块与钩码组成的系统机械能守恒。
【答案】 ①. 钩码的质量m ②. 滑块(含遮光条)的质量M ③.
【解析】
【详解】(1)[1][2]要验证滑块(含遮光条)与钩码组成的系统机械能是否守恒,需要知道钩码减少的重力势能和钩码、滑块(含遮光条)增加的动能,故除了需测量滑块通过两光电门的时间,外,还需要测出钩码的质量m和滑块(含遮光条)的质量M。
(2)[3]在通过两个光电门的过程中,钩码减少的重力势能为
钩码,滑块(含遮光条)增加的动能为
若满足关系式
即
则滑块与钩码组成的系统机械能守恒。
12. 利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置如图所示,水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨,导轨上A点处由一带长方形遮光条的滑块,其总质量为M,左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连,遮光板两条长边与导轨垂直,导轨上B点有一光电门,可以测量遮光板经过光电门时的挡光时间t,用d表示A点到光电门B处的距离,b表示遮光板的宽度,将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度,实验时滑块在A处由静止开始运动。
(1)滑块通过B点的瞬时速度可表示为_________。
(2)某次实验测得倾角θ=30°,重力加速度用g表示,滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为ΔEk=_________。系统的重力势能减少量可表示为ΔEp=_______。在误差允许的范围内,若ΔEk=ΔEp则认为系统的机械能守恒。
(3)在上次实验中,某同学改变A、B间的距离,作出的图像如图所示,并测得M=m,则重力加速度g=__________m/s2。
【答案】 ①. ②. ③. ④.
【解析】
【分析】
【详解】(1)[1]将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度,滑块通过B点的瞬时速度
(2)[2]系统动能的增加量
[3]系统重力势能的减小量
(3)[4]根据系统机械能守恒的
则
图线的斜率
解得
g=9.6m/s2
13. 2014年2月7日,第22届冬奥会在位于黑海之滨的俄罗斯著名度假胜地索契拉开帷幕。在冬奥会中冰壶比赛是非常好看的项目,假设冰壶在水平冰面上的一次滑行可简化为如下过程:如图所示,运动员将静止于O点的冰壶(视为质点)沿直线推到A点放手,此后冰壶沿滑行,最后停于C点,已知冰面与各冰壶间的动摩擦因数为μ,冰壶质量为m,AC=L,,重力加速度为g。
(1)求冰壶在A点的速率;
(2)若将段冰面与冰壶间的动摩擦因数减小为0.8μ,原只能滑到C点的冰壶能停于点,求A点与B点之间的距离。
【答案】(1);(2)L﹣4r
【解析】
【详解】(1)对冰壶,设在A点时的速度为v1,从A点放手到停止于C点应用动能定理有
解得
(2)设AB之间距离为s,对冰壶,从A到的过程,由动能定理得
解得
14. 如图所示,光滑固定斜面AB的倾角,BC为水平面,BC长度lBC=1.1m,CD为光滑的圆弧,半径R=0.6m。一个质量m=2kg的物体,从斜面上A点由静止开始下滑,物体与水平面BC间的动摩擦因数,轨道在B、C两点平滑连接。当物体到达D点时,继续竖直向上运动,最高点距离D点的高度h=0.2m。不计空气阻力,sin53°=0.8,cos53°=0.6,g取10m/s2。求:
(1)物体运动到C点时的速度大小;
(2)A点距离水平面的高度H;
(3)物体最终停止的位置到C点的距离s。
【答案】(1)4m/s;(2)1.02m;(3)0.4m
【解析】
【详解】(1)物体由C点运动到最高点,根据动能定理得
代入数据解得
(2)物体由A点运动到C点,根据动能定理得
代入数据解得
H=1.02m
(3)从物体开始下滑到最终停止,根据动能定理得
代入数据,解得
由于
所以物体最终停止的位置到C点的距离为0.4m位置。
15. 旋转秋千是各大游乐场常见的娱乐设施,深受人们的喜爱。一旋转秋千可简化为如图所示模型,上端是半径为r=2m的水平转台,在转台的边缘固定有一长为L=5m的轻绳,轻绳的底端悬挂有一座椅。玩耍时,一小朋友系好安全带后坐在座椅上静止在最低点,然后转台在电机带动下绕竖直转轴,缓慢加速转动起来,当座椅摆动到轻绳与竖直方向的夹角为时开始以角速度匀速转动。小朋友和座椅均可视为质点,其总质量为m=40kg,重力加速度大小取,,。求:
(1)旋转秋千匀速转动时的角速度及此时轻绳的拉力大小;
(2)旋转秋千由静止开始转动到角速度为时轻绳对小朋友和座椅所做的功。
【答案】(1),500N;(2)1150J
【解析】
【详解】(1)由轻绳的拉力与重力的合力提供向心力,则有
解得
对小朋友和座椅进行分析有
解得
(2)旋转秋千由静止开始转动到角速度为时,根据动能定理有
根据角速度与线速度的关系有
解得
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