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多选题

(多选)如图所示,水平转台上有一个质量为m的物块,用长为L的细绳将物块连接在转轴上,细线与竖直转轴的夹角为θ角,此时绳中张力为零,物块与转台间动摩擦因数为μ(μ<tanθ),最大静摩擦力等于滑动摩擦力,物块随转台由静止开始缓慢加速转动,则(  )

A
至绳中出现拉力时,转台对物块做的功为2μmgLsinθ
B
至绳中出现拉力时,转台对物块做的功为$\frac {1}{2}$μmgLsinθ
C
至转台对物块支持力为零时,转台对物块做的功为$\frac {mgLsin_θ}{2cosθ}$
D
当物块的角速度增大到$\sqrt {}$时,物块与转台间恰好无相互作用

题目答案

BCD

答案解析

分析:

对物体受力分析知物块离开圆盘前合力F=f+Tsinθ=m$\frac {v}{r}$;N+Tcosθ=mg,根据动能定理知W=E_k=$\frac {1}{2}$mv_然后根据临界条件分析做功和势能变化.

解答:

解:A、对物体受力分析知物块离开圆盘前

合力F=f+Tsinθ=m$\frac {v}{r}$①

N+Tcosθ=mg②

根据动能定理知W=E_k=$\frac {1}{2}$mv_③

AB、当弹力T=0,r=Lsinθ④

由①②③④解得W=$\frac {1}{2}$fLsinθ≤$\frac {1}{2}$μmgLsinθ至绳中出现拉力时,转台对物块做的功为$\frac {1}{2}$μmgLsinθ,故A错误,B正确;

C、当N=0,f=0,由①②③知W=$\frac {1}{2}$mgLsinθtanθ=$\frac {mgLsin_θ}{2cosθ}$,故C正确;

D、由①②知ω_0=$\sqrt {}$,所以当物块的角速度增大到$\sqrt {}$时,物块与转台间恰好无相互作用,故D正确;

故选:BCD

点评:

此题考查牛顿运动定律和功能关系在圆周运动中的应用,注意临界条件的分析,至绳中出现拉力时,摩擦力为最大静摩擦力;转台对物块支持力为零时,N=0,f=0.题目较难,计算也比较麻烦.

举一反三
多选题

(多选)如图所示光滑管形圆轨道半径为R(管径远小于R),小球a、b大小相同,质量均为m,其直径略小于管径,能在管中无摩擦运动,两球先后以相同的速度v通过轨道最低点,且当小球a在最低点时,小球b在最高点,以下说法不正确的是(  )

A
当小球b在最高点对轨道无压力时,小球a比小球b所需向心力大5mg
B
当v=$\sqrt {5gR}$时,小球b在轨道最高点对轨道无压力
C
速度v只至少为2$\sqrt {gR}$,才能使两球在管内做圆周运动
D
只要v≥$\sqrt {5gR}$,小球a对轨道最低点的压力比小球b对轨道最高点的压力大6mg

题目答案

AC

答案解析

分析:

小球在圆环的内侧运动,相当于圆周运动中的杆的模型,此时在最高的速度是可以为零的,在整个运动的过程中小球的机械能守恒,可以求得小球到达最低端是的速度和需要的向心力的大小.

解答:

解:A、B、C、由于管中没有摩擦力的作用,所以球的机械能守恒,当小球b在最高点对轨道无压力,即只有重力做为向心力,

所以mg=m$\frac {v_b}{R}$,所以在最高点时b球的速度的大小为$\sqrt {gR}$,

所以C错误;

从最高点到最低点,由机械能守恒可得,mg•2R+$\frac {1}{2}$mv_b_=$\frac {1}{2}$mv_,

对于a球,在最低点是,由向心力的公式可得 F-mg=m$\frac {v}{R}$,

所以:v=$\sqrt {5gR}$

F-mg=5mg,

所以此时的向心力的大小为5mg,

所以小球a比小球b所需向心力大4mg,故A错误,B正确,C错误;

D、最高点时F$_1$=m$\frac {v$_1$}{R}$-mg,

在最低点时,F$_2$=m$\frac {v$_2$}{R}$+mg,

由机械能守恒有$\frac {1}{2}$mv$_1$_+mg2R=$\frac {1}{2}$mv$_1$_,

所以F$_2$-F$_1$=6mg.所以只要v≥$\sqrt {5gR}$,小球a对轨道最低点的压力比小球b对轨道最高点的压力大6mg.故D正确.

故选:AC.

点评:

该题考查竖直平面内的圆周运动,内管可以对小球提供支持力,可化为轻杆模型,在最高点时,小球速度可以为零,与绳的模型一定要区分开.

多选题

(多选)固定在竖直平面内的光滑细圆管,管道半径为R.若沿如图所示的两条虚线截去轨道的四分之一,管内有一个直径略小于管径的小球在运动,且恰能从一个截口抛出,从另一个截口 无碰撞的进入继续做圆周运动,空气阻力忽略不计.则小球在运动过程中(  )

A
小球的运动轨迹为圆
B
每次飞越无管区域时的最高点在过圆管中心的竖直线上
C
每次进入圆管时的水平分速度和竖直分速度大小相等
D
每次飞跃无管区的时间为$\sqrt {}$

题目答案

BCD

答案解析

分析:

小球离开管口后做斜抛运动,将小球的运动分解为水平方向和竖直方向上,根据等时性求出初速度的大小,从而根据竖直方向上的运动规律求出每次飞越无管区域的时间.

解答:

解:A、小球离开管口后,仅受重力,做斜抛运动,小球运动的轨迹不是圆,故A错误.

B、小球做斜抛运动,最终从另一截口无碰撞进入,跟对称性知,每次飞越无管区域的最高点在过圆管中心的竖直线上.由几何关系知,小球离开管口时速度与水平方向的夹角为45度,由对称性知,进入管口时速度与水平方向的夹角也为45度,根据平行四边形定则得,每次进入圆管时水平分速度与竖直分速度相等,故B、C正确.

D、设小球离开管口的速度为v_0,则离开管口时竖直分速度$\frac {$\sqrt {2}$}{2}$v_0,离开管口时水平分速度v_x=$\frac {$\sqrt {2}$}{2}$v_0,

小球在空中运动的时间t=$\frac {2v_y}{g}$=$\frac {$\sqrt {2}$v}{g}$,在水平方向上有:$\sqrt {2}$R=$\frac {$\sqrt {2}$}{2}$v_0t,解得v_0=$\sqrt {}$,t=$\sqrt {}$,故D正确.

故选:BCD.

点评:

解决本题的关键掌握处理斜抛运动的方法,知道竖直方向上做竖直上抛运动,在水平方向上做匀速直线运动,抓住等时性,结合运动学公式灵活求解.

多选题

(多选)如图所示,半径r=0.8m的光滑圆轨道被竖直固定在水平地面上,圆轨道最低处有一质量为0.4kg的小球(小球的半径比r小很多).现给小球一个水平向右的初速度v_0,下列关于在小球的运动过程中说法正确的是(g取10m/s_)(  )

A
v_0≤4m/s可以使小球不脱离轨道
B
v_0≥4$\sqrt {2}$m/s可以使小球不脱离轨道
C
设小球能在圆轨道中做完整的圆周运动,在最低点与最高点对轨道的压力之差为24N
D
设小球能在圆轨道中做完整的圆周运动,在最低点与最高点对轨道的压力之差为20N

题目答案

AC

答案解析

分析:

要使小球不脱离轨道运动,有两种情况:一是能越过最高点.二是不越过四分之一圆周.小球经过最高点和最低点时,由重力和轨道的支持力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律、牛顿第三定律和机械能守恒结合求出压力之差.

解答:

解:A、B最高点的临界情况:重力恰好提供向心力,则有:mg=m$\frac {v}{r}$,解得:v=$\sqrt {gr}$

根据动能定理得,-mg•2r=$\frac {1}{2}$mv_-$\frac {1}{2}$mv_0

解得:v_0=$\sqrt {}$=$\sqrt {5gr}$=$\sqrt {5×10×0.8}$=2$\sqrt {10}$m/s.

若不通过四分之一圆周,根据动能定理有:

-mgr=0-$\frac {1}{2}$mv_0

解得:v_0=$\sqrt {2gr}$=$\sqrt {2×10×0.8}$m/s=4m/s

故要使小球不脱离轨道v_0≤4m/s,或v_0≥5m/s

所以v_0≥5m/s或v≥2$\sqrt {10}$m/s,故A正确,B错误.

C、D设小球能在圆轨道中做完整的圆周运动,在最高点时,

由牛顿第二定律得:mg+N$_1$=m$\frac {$_1$}{r}$;①

在最低点:N$_2$-mg=m$\frac {$_2$}{r}$;②

从最高点到最低点过程,根据机械能守恒定律得:$\frac {1}{2}$m$_1$+2mgr=$\frac {1}{2}$m$_2$;③

联立①②③得:△N=N$_2$-N$_1$=6mg=6×0.4×10N=24N,即小球在最低点与最高点对轨道的支持力之差为24N,根据牛顿第三定律得知压力之差也为24N.故C正确,D错误.

故选:AC

点评:

解决本题的关键知道小球在内轨道运动最高点的临界情况,以及能够熟练运用动能定理.

多选题

(多选)如图所示,竖直平面内光滑圆轨道半径R=2m,从最低点A有一质量为m=1kg的小球开始运动,初速度v_0方向水平向右,重力加速度g取10m/s_,下列说法正确的是(  )

A
小球能到达最高点B的条件是v_0≥4$\sqrt {5}$m/s
B
若初速度v_0=5m/s,则运动过程中,小球一定不会脱离圆轨道
C
若初速度v_0=8m/s,则小球将在离A点3.2m高的位置离开圆轨道
D
若初速度v_0=8m/s,则小球离开圆轨道时的速度大小为2$\sqrt {2}$m/s

题目答案

BD

答案解析

分析:

当小球能到达最高点时,由重力提供向心力,此时速度最小,求出最小速度,再根据动能定理求出v_0的最小值,刚好脱离轨道时,轨道对小球的弹力为零,重力沿半径方向的分量提供向心力,根据向心力公式结合动能定理以及几何关系即可求解.

解答:

解:A、当小球能到达最高点时,由重力提供向心力,此时速度最小,则

mg=m$\frac {v}{R}$

解得:v=$\sqrt {gR}$=$\sqrt {20}$m/s

从A到B的过程中,根据动能定理得:

$\frac {1}{2}$mv_-$\frac {1}{2}$mv_0_=-mg•2R

解得:v_0=10m/s

所以小球能到达最高点B的条件是v_0≥10m/s,故A错误;

B、当小球恰好运动到AB中点时,有 mgR=$\frac {1}{2}$m_0,v_0=$\sqrt {2gR}$=$\sqrt {2×10×2}$=2$\sqrt {10}$m/s>5m/s.则小球在轨道下部分来回运动,一定不会离开轨道,故B正确;

C、刚好脱离轨道时,轨道对小球的弹力为零,重力沿半径方向的分量提供向心力,设此时重力方向与半径方向的夹角为θ,则

mgcosθ=m$\frac {v′}{R}$

根据几何关系得:cosθ=$\frac {h}{R}$

根据动能定理得:$\frac {1}{2}$mv′_-$\frac {1}{2}$mv_0_=-mg•(R+h)

解得:v′=2$\sqrt {2}$m/s,h=0.8m

所以离开圆轨道得位置离A点的距离为H=0.8+2=2.8m,故C错误,D正确.

故选:BD

点评:

本题主要考查了向心力公式、动能定理的直接应用,知道小球到达最高点的条件,特别注意刚好脱离轨道时,轨道对小球的弹力为零,难度较大.

多选题

(多选)如图所示,竖直面内有个光滑的$\frac {3}{4}$圆形导轨固定在一水平地面上,半径为R.一个质量为m的小球从距水平地面正上方h高处的P点由静止开始自由下落,恰好从N点沿切线方向进入圆轨道.不考虑空气阻力,则下列说法正确的是(  )

A
适当调整高度h,可使小球从轨道最高点M飞出后,恰好落在轨道右端口N处
B
若h=2R,则小球在轨道最低点对轨道的压力为5mg
C
只有h大于等于2.5R时,小球才能到达圆轨道的最高点M
D
若h=R,则小球能上升到圆轨道左侧离地高度为R的位置,该过程重力做功为mgR

题目答案

BC

答案解析

分析:

本题B的关键是列出小球到达最高点B时应满足mg=m$\frac {V}{R}$表达式,然后根据动能定理求出摩擦力做的功,再根据功能原理即可求解;

解答:

解:A、球到达最高点点时至少应满足:mg=m$\frac {V}{R}$…①,

解得:V=$\sqrt {gR}$;小球离开最高点后做平抛运动,下落高度为R时,运动的水平距离为:x=Vt=$\sqrt {gR}$$\sqrt {}$=$\sqrt {2}$R,故A错误;

B、从P到最低点过程由动能定理可得:2mgR=$\frac {1}{2}$mv_…②,

由向心力公式:N-mg=m$\frac {V}{R}$,

联立得:N=5mg;故B正确;

C、由动能定理:mgh=$\frac {1}{2}$mV_,V=$\sqrt {gR}$;

解得:h=2.5R,故C正确;

D、若h=R,则小球能上升到圆轨道左侧离地高度为R的位置,该过程重力做功为0,D错误

故选:BC

点评:

本题主要考查了动能定理、圆周运动的临界条件及平抛运动基本公式的直接应用,要求同学们能判断出运动过程中机械能是否守恒,难度适中.

多选题

(多选)一辆汽车在匀速上坡的过程中,下列说法中正确的是(  )

A
动能增大
B
势能增加
C
机械能增加
D
动能转化为势能

题目答案

BC

答案解析

分析:

分析汽车匀速上坡时,动能和重力势能大小的变化,从动能和重力势能大小的影响因素进行分析.

(1)动能大小的影响因素:质量、速度.质量越大,速度越大,动能越大.

(2)重力势能大小的影响因素:质量、被举得高度.质量越大,高度越高,重力势能越大.

(3)机械能等于动能+势能.

解答:

解:汽车匀速上坡时,质量不变,速度不变,动能不变;高度增大,重力势能增大.由于机械能等于动能+势能,故机械能增加.

故选:BC.

点评:

掌握动能、重力势能、弹性势能的影响因素,利用控制变量法判断动能、重力势能、弹性势能、机械能的变化是解答此类题的关键.

多选题

(多选)如图,一轻绳的一端系在固定粗糙斜面上的O点,另一端系一小球.给小球一足够大的初速度,使小球在斜面上做圆周运动,在此过程中(  )

A
小球的机械能不守恒
B
重力对小球不做功
C
绳的张力对小球不做功
D
在任何一段时间内,小球克服摩擦力所做的功总是等于小球动能的减少

题目答案

AC

答案解析

分析:

物体机械能守恒的条件是只有重力或者是弹力做功,根据机械能守恒的条件逐个分析物体的受力的情况,即可判断物体是否是机械能守恒.

知道除了重力之外的力做功量度机械能的变化.

解答:

解:A、小球在斜面上做圆周运动,在此过程中小球除了重力之外还有摩擦力做功,所以小球的机械能不守恒,故A正确.

B、小球在斜面上做圆周运动,在此过程中小球在竖直方向上有位移产生,所以重力做功,故B错误.

C、绳的张力始终与小球的速度方向垂直,所以绳的张力对小球不做功,故C正确.

D、根据除了重力之外的力做功量度机械能的变化,在任何一段时间内,小球克服摩擦力所做的功总是等于小球的机械能的减少,故D错误.

故选AC.

点评:

本题是对机械能守恒条件的直接考查,掌握住机械能守恒的条件,同时能判断各个力做功情况.

多选题

(多选)两质量相同的小球A、B,分别用轻绳悬在等高的O$_1$、O$_2$点,A球的悬线比B球的悬线长把两球的悬线均拉到水平位置无初速释放,则小球经最低点时(取悬线水平时所在的平面为零势能面),如图所示.则下列说法正确的是(  )

A
A球的速度大于B球的速度
B
A球对绳的拉力大于B球对绳的拉力
C
A球的向心加速度大于B球的向心加速度
D
A球的机械能等于B球的机械能

题目答案

AD

答案解析

分析:

A、B两球在运动的过程中,只有重力做功,机械能守恒,比较出初始位置的机械能即可知道在最低点的机械能大小.

根据动能定理mgL=$\frac {1}{2}$mv_,可比较出A、B两球的速度大小.

根据动能定理或机械能守恒求出在最低点的速度,然后根据F-mg=m$\frac {v}{L}$,得出拉力的大小,从而可以比较出两球摆线的拉力.

解答:

解:A、根据动能定理mgL=$\frac {1}{2}$mv_,解得:v=$\sqrt {2gL}$,所以A球的速度大于B球的速度,故A正确.

B、在最低点,根据牛顿第二定律得:

F-mg=m$\frac {v}{L}$,得F=mg+m$\frac {v}{L}$=3mg,与绳的长度无关.所以两绳拉力大小相等.故B错误.

C、向心加速度a=$\frac {v}{L}$=2g,加速度相等,故C错误;

D、A、B两球在运动的过程中,只有重力做功,机械能守恒,初始位置的机械能相等,所以在最低点,两球的机械能相等.故D正确.

故选AD.

点评:

解决本题的关键掌握动能定理和机械能守恒定律,知道摆球在最低点靠合力提供做圆周运动的向心力.

多选题

(多选)如图所示,一根轻弹簧下端固定,竖立在水平面上.其正上方A位置有一只小球.小球从静止开始下落,在B位置接触弹簧的上端,在C位置小球所受弹力大小等于重力,在D位置小球速度减小到零.关于小球下降阶段下列说法中正确的是(  )

A
在B位置小球动能最大
B
在C位置小球动能最大
C
从A→C位置小球重力势能的减少等于小球动能的增加
D
从A→D位置小球重力势能的减少等于弹簧弹性势能的增加

题目答案

BD

答案解析

分析:

小球下降过程中,重力和弹簧弹力做功,小球和弹簧系统机械能守恒,在平衡位置C动能最大.

解答:

解:A、B、小球从B至C过程,重力大于弹力,合力向下,小球加速,C到D,重力小于弹力,合力向上,小球减速,故在C点动能最大,故A错误,B正确;

C、小球下降过程中,重力和弹簧弹力做功,小球和弹簧系统机械能守恒;从A→C位置小球重力势能的减少等于动能增加量和弹性势能增加量之和.故C错误.

D、小球下降过程中,重力和弹簧弹力做功,小球和弹簧系统机械能守恒;从A→D位置,动能变化量为零,故小球重力势能的减小等于弹性势能的增加,故D正确.

故选BD.

点评:

本题关键是要明确能量的转化情况,同时要知道在平衡位置动能最大.

多选题

(多选)起重机用钢绳吊起一重物,竖直向上做匀加速直线运动.若不计空气的阻力,则钢绳的拉力对重物所做的功(  )

A
等于重物增加的机械能
B
等于重物增加的动能
C
大于重物增加的机械能
D
大于重物增加的动能

题目答案

AD

答案解析

分析:

对物体受力分析,并找出各力做功情况,由动能定理可得出的拉力做功与能量间关系.

解答:

解:物体向上加速,则说明物体的牵引力大于重力,物体的速度增加,动能增加,则由动能定理可知,W-mgh=△E_k;

W=mgh+△E_k;则说明拉力的功大于动能的增加量; 故B错误,D正确;

因重力做功等于重力势能的改变量,动能和势能统称为机械能,故说明拉力的功等于重物增加的机械能;

故A正确,C错误;

故选AD.

点评:

本题应明确做功与能量转化间的关系,并掌握动能和势能统称为机械能.