下列关于运动和力的叙述中,正确的是( )
A.做曲线运动的物体,其加速度方向一定是变化的
B.物体做圆周运动,所受的合力一定指向圆心
C.物体所受合力方向与运动方向相反,该物体一定做直线运动
D.物体运动的速率在增加,所受合力方向一定与运动方向相同
知识点:物理
C
【考点】物体做曲线运动的条件;牛顿第二定律.
【分析】曲线运动的条件是初速度与加速度不在一条直线上,速度不断变化,它是变速运动,曲线运动有加速度不变的,也有加速度变化的.当物体做圆周运动,其合力不一定指向圆心,若是匀速圆周运动,则合力一定指向圆心.
【解答】解:A、做曲线运动的物体,其速度一定变化,但加速度不一定变化,比如平抛运动,故A错误;
B、物体做圆周运动,所受的合力不一定指向圆心,当是匀速圆周运动时,由于速度大小不变,所以加速度垂直于速度,因此合力一定指向圆心,故B错误;
C、当物体所受合力方向与运动方向相反,则一定做减速且直线运动,故C正确;
D、物体运动的速率在增加,则一定有加速度存在,但不一定与运动方向相同,比如平抛运动,合力方向与运动方向不相同.故D错误;
故选:C
如图所示,船从A处开出后沿直线AB到达对岸,若AB与河岸成37°角,水流速度为4m/s,则船从A点开出的最小速度为( )
A.2m/s B.2.4m/s C.3m/s D.3.5m/s
知识点:物理
B
【考点】运动的合成和分解.
【分析】本题中船参与了两个分运动,沿船头指向的分运动和顺水流而下的分运动,合速度方向已知,顺水流而下的分运动速度的大小和方向都已知,根据平行四边形定则可以求出船相对水的速度的最小值.
【解答】解:船参与了两个分运动,沿船头指向的分运动和顺水流而下的分运动,其中,合速度v合方向已知,大小未知,顺水流而下的分运动v水速度的大小和方向都已知,沿船头指向的分运动的速度v船大小和方向都未知,合速度与分速度遵循平行四边形定则(或三角形定则),如图
当v合与v船垂直时,v船最小,由几何关系得到v船的最小值为
v船=v水sin37°=2.4m/s.故B正确,A、C、D错误.
故选:B.
如图所示,下面关于物体做平抛运动时,它的速度方向与水平方向的夹角θ的正切tanθ随时间t的变化图象正确的是( )
A. B.
C. D.
知识点:物理
B
【考点】平抛运动.
【分析】平抛运动在水平方向上做匀速直线运动,速度不变,在竖直方向上做自由落体运动,速度vy=gt.根据tanθ=得出tanθ与t的函数关系.
【解答】解:平抛运动水平方向上的速度不变,为v0,在竖直方向上的分速度为vy=gt,tanθ==,g与v0为定值,所以tanθ与t成正比.故B正确,A、C、D错误.
故选B.
从离地面高为h处,以水平速度v0抛出一物体,物体落地时的速度与竖直方向所成的夹角为θ,取下列四组h和v0的值时,能使角θ最小的一组数据是( )
A.h=5m,v0=10m/s B.h=10m,v0=5m/s
C.h=5m,v0=15m/s D.h=10m,v0=20m/s
知识点:物理
B
【考点】平抛运动.
【分析】平抛运动在水平方向上做匀速直线运动,在竖直方向上做自由落体运动,根据高度求出竖直分速度,结合平行四边形定则求出夹角,从而比较大小.
【解答】解:落地时速度与竖直方向的夹角的正切值为:,可知h最大时,初速度最小时,速度与竖直方向的夹角最小,可知B正确,A、C、D错误.
故选:B.
如图所示,甲、乙、丙三小球分别位于如图所示的竖直平面内,甲、乙在同一条直线上,甲、丙在同一条水平线上,P点在丙球正下方.某时刻,甲、乙、丙同时开始运动,甲以水平速度v0平抛,乙以水平速度v0沿水平面向右做匀速直线运动,丙做自由落体运动,则下列说法错误的是( )
A.无论初速度v0大小如何,甲、乙、丙三球一定会同时在P点相遇
B.若甲、乙、丙三球同时相遇,则一定发生在P点
C.若甲、丙两球在空中相遇,此时乙球一定在P点
D.若甲、乙两球在水平面上相遇,此时丙球一定在P点
知识点:物理
A
【考点】平抛运动;自由落体运动.
【分析】平抛运动在水平方向做匀速直线运动,竖直方向上做自由落体运动,两个分运动具有等时性.
【解答】解:甲做平抛运动,在水平方向上做匀速直线运动,所以在在未落地前任何时刻,甲乙都在一竖直线上,最后在地面上相遇,可能在P点前,也可能在P点后;甲在竖直方向上做自由落体运动,所以在未落地前的任何时刻,甲丙在同一水平线上,两球相遇点可能在空中,可能在P点.所以,若三球同时相遇,则一定在P点,若甲丙两球在空中相遇,乙球一定在P点,若甲乙两球在水平面上相遇,丙球一定落地.故B、C、D正确,A错误.
本题选错误的,故选A.
如图所示,小球位于距墙MO和地面NO等远的一点A,在球的右边紧靠小球有一点光源S.当小球以速度v水平抛出后,恰好落在墙角O处,当小球在空中运动时,在墙上就有球的影子由上向下运动,其影子中心的运动是( )
A.匀速直线运动
B.自由落体运动
C.变加速运动
D.初速度为零的匀加速直线运动,加速度小于g
知识点:物理
A
【考点】平抛运动.
【分析】根据图中两个三角形相似得到影子位移与时间的关系式,再根据自由落体运动位移时间关系公式列式,然后联立得到影子位移与时间的关系式,最后分析讨论.
【解答】解:由图中两个三角形相似可得,,而h=,联立解得x=,即影子的位移与时间成正比,所以小球在点光源照射下的影子在墙上的运动是匀速直线运动;
故选:A.
如图所示,在粗糙水平板上放一个物块,使水平板和物块一起在竖直平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动.a、b为水平直径,c、d为竖直直径,在运动中木板始终保持水平,物块相对于木板始终静止,则( )
A.物块始终受到三个力作用
B.从a到b,物块处于超重状态
C.从b到a,物块处于超重状态
D.只有在a、b、c、d四点,物块受到的合外力才指向圆心
知识点:物理
C
【考点】向心力.
【分析】木板B托着木块A在竖直平面内逆时针方向一起做匀速圆周运动,A所受的合力提供圆周运动所需的向心力.当加速度方向向上时,物体处于超重状态,加速度向下时,物体处于失重状态.
【解答】解;A、在cd两点处,只受重力和支持力,在其他位置处物体受到重力,支持力、静摩擦力作用,故A错误;
B、从a运动到b,向心加速度有向下的分量,所以物体处于失重状态,故B错误;
C、从b运动到a,向心加速度有向上的分量,所以物体处于超重状态,故C正确;
D、物体作匀速圆周运动,合外力提供向心力,所以合外力始终指向圆心,故D错误;
故选:C
在高速公路的拐弯处,通常路面都是外高内低.如图所示,在某路段汽车向左拐弯,司机左侧的路面比右侧的路面低一些.汽车的运动可看作是做半径为R的圆周运动.设内外路面高度差为h,路基的水平宽度为d,路面的宽度为L.已知重力加速度为g.要使车轮与路面之间的横向摩擦力(即垂直于前进方向)等于零,则汽车转弯时的车速应等于( )
A. B. C. D.
知识点:物理
D
【考点】向心力.
【分析】由题意知汽车拐弯时所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供,根据受力分析求解即可.
【解答】解:设路面的斜角为θ,作出汽车的受力图
如上图,由牛顿第二定律得:
又由数学知识得
所以有
即
故选:D.
(多选题)洗衣机的甩干筒在转动时有一衣物附在筒壁上,如图,则此时( )
A.衣物受到重力、筒壁的弹力和摩擦力的作用
B.衣物随筒壁做圆周运动的向心力是由于摩擦的作用
C.筒壁的弹力随筒的转速增大而增大
D.筒壁对衣物的摩擦力随转速增大而增大
知识点:物理
AC
【考点】向心力;牛顿第二定律.
【分析】衣服随脱水桶一起做匀速圆周运动,靠合力提供向心力,在水平方向上的合力提供向心力,竖直方向合力为零.根据牛顿第二定律进行分析.
【解答】解:AB、衣物受到重力、筒壁的弹力和摩擦力的作用,靠弹力提供向心力.分析受力时,不单独分析向心力,故A正确,B错误.
CD、在竖直方向上,衣服所受的重力和摩擦力平衡,所以摩擦力不变.
因弹力提供向心力,由F=mω2r知,当转速增大,向心力增大,则弹力F增大,故C正确,D错误.
故选:AC.
(多选题)关于两个互成角度(θ≠0,θ≠180°)的初速度不为零的匀变速直线运动的合运动,下列说法正确的是( )
A.一定是直线运动
B.一定是曲线运动
C.可能是直线运动,也可能是曲线运动
D.一定是匀变速运动
知识点:物理
CD
【考点】运动的合成和分解.
【分析】两个运动的合运动到底是直线运动还是曲线运动,我们要看合外力与速度方向的关系,找出合外力和初速度方向进行判断.
【解答】解:互成角度的两个初速度的合初速度为V,两个加速度的合加速度为a,如图,
由物体做曲线运动的条件可知,当V与a共线时为匀变速直线运动,当V与a不共线时,为匀变速曲线动,但仍是匀变速运动,故AB错误,CD正确;
故选:CD.
一个内壁光滑的圆锥形筒的轴线垂直水平面,圆锥筒固定,有质量相同的小球A和B沿着筒的内壁在水平面内做匀速圆周运动,如图所示,A的运动半径较大,则( )
A.A球的角速度必小于B球的角速度
B.A球的线速度必小于B球的线速度
C.A球的运动周期必大于B球的运动周期
D.A球对筒壁的压力必大于B球对筒壁的压力
知识点:物理
AC
【考点】向心力;牛顿第二定律.
【分析】对小球受力分析,受重力和支持力,合力提供向心力,根据牛顿第二定律列式求解即可.
【解答】解:A、以小球为研究对象,对小球受力分析,小球受力如图所示,
由牛顿第二定律得:mgtanθ=m,
解得:v=,
则ω==,
T==2π,
由图示可知,对于AB两个球来说,重力加速度g与角θ相同,
A的转动半径大,B的半径小,因此,A的角速度小于B的角速度,A的线速度大于B的线速度,A的周期大于B的周期,故AC正确,B错误;
D、由受力分析图可知,球受到的支持力FN=,由于两球的质量m与角度θ相同,则桶壁对AB两球的支持力相等,由牛顿第三定律可知,两球对桶壁的压力相等,故D错误;
故选:AC.
长为L的细绳,一端系一质量为m的小球,另一端固定于某点,当绳竖直时小球静止,现给小球一水平初速度v0,使小球在竖直平面内做圆周运动,并且刚好过最高点,则下列说法中正确的是( )
A.小球过最高点时速度为零
B.小球开始运动时绳对小球的拉力为m
C.小球过最高点时绳对小球的拉力为mg
D.小球过最高点时速度大小为
知识点:物理
D
【考点】向心力.
【分析】小球在竖直平面内做圆周运动,刚好越过最高点,知在最高点绳子的拉力为零,靠重力提供向心力,根据牛顿第二定律求出最高点的速度.
【解答】解:小球刚好越过最高点,知绳子的拉力T=0,根据牛顿第二定律得:
mg=m
解得:v=,故D正确.
故选:D
如图所示,在研究平抛运动时,小球A沿轨道滑下,离开轨道末端(末端水平)时撞开接触开关S,被电磁铁吸住的小球B同时自由下落,改变整个装置的高度H做同样的实验,发现位于同一高度的A、B两个小球总是同时落地,该实验现象说明了A球在离开轨道后( )
A.水平方向的分运动是匀速直线运动
B.水平方向的分运动是匀加速直线运动
C.竖直方向的分运动是自由落体运动
D.竖直方向的分运动是匀速直线运动
知识点:物理
C
【考点】平抛物体与自由落体同时落地;运动的合成和分解.
【分析】球A与球B同时释放,同时落地,由于B球做自由落体运动,A球做平抛运动,说明A球的竖直分运动与B球相同.
【解答】解:球A与球B同时释放,同时落地,时间相同;
A球做平抛运动,B球做自由落体运动;
将球A的运动沿水平方向和竖直方向正交分解,两个分运动同时发生,具有等时性,因而A球的竖直分运动与B球时间相等,改变整个装置的高度H做同样的实验,发现位于同一高度的A、B两个小球总是同时落地,说明在任意时刻在两球同一高度,即A球的竖直分运动与B球完全相同,说明了平抛运动的竖直分运动是自由落体运动;
故选C.
如图所示,某同学在研究平抛运动的实验中,在小方格纸上画出小球做平抛运动的轨迹后,又在估计上取出a、b、c、d四个点(轨迹已擦去).已知小方格纸的边长L=2.5cm,g取10m/s2.请你根据小方格纸上的信息,通过分析计算完成下面几个问题:
(1)小球从a→b、b→c、c→d所经历的时间 (填“相等”或“不相等”).
(2)a点 (填是或不是)小球的抛出点.
(3)平抛运动在竖直方向上是自由落体运动,根据小球从a→b、b→c、c→d的竖直方向位移差,求出小球从a→b、b→c、c→d所经历的时间是 s.
(4)再根据水平位移,求出小球平抛运动的初速度的大小v0= m/s.
知识点:物理
(1)相等,(2)不是,(3)0.05,(4)1.
【考点】研究平抛物体的运动.
【分析】(1)根据水平方向上小球从a→b、b→c、c→d水平位移是否相等判断经历的时间是否相等.
(2)根据竖直方向上相等时间内的位移之比是否为1:3:5,判断a点是否是抛出点.
(3)根据竖直方向上连续相等时间内的位移之差是一恒量求出相等的时间间隔.
(4)根据水平位移和时间间隔求出初速度的大小.
【解答】解:(1)平抛运动在水平方向上做匀速直线运动,在相等时间内的位移相等,可知小球从a→b、b→c、c→d所经历的时间相等.
(2)平抛运动在竖直方向上做自由落体运动,在相等时间内竖直方向上的位移之比为1:3:5,而ab、bc、cd竖直方向上的位移之比为1:2:3,可知a点不是小球的抛出点.
(3)根据△y=L=gT2得,相等的时间间隔T==.
(4)小球平抛运动的初速度的大小v0=.
故答案为:(1)相等,(2)不是,(3)0.05,(4)1.
如图所示,长为l的绳子下端连着质量为m的小球,上端悬于天花板上,当把绳子拉直时,绳子与竖直线夹角为60°,此时小球静止于光滑水平桌面上.
(1)当球以ω=做圆锥摆运动时,绳子张力T为多大?桌面受到压力N为多大?
(2)当球以角速度ω=做圆锥摆运动时,绳子的张力及桌面受到的压力各为多少?
知识点:物理
解:(1)对小球受力分析,作出力图如图1.
根据牛顿第二定律,得
Tsin60°=mω2Lsin60°①
mg=N+Tcos60° ②
又ω=
解得
T=mg,N=
(2)设小球对桌面恰好无压力时角速度为ω0,即N=0
代入①②得ω0=
由于ω=>ω0,故小球离开桌面做匀速圆周运动,则N=0此时小球的受力如图2.设绳子与竖直方向的夹角为θ,则有
mgtanθ=mω2•Lsinθ③
mg=Tcosθ ④
联立解得 T=4mg
答:(1)当球以ω=做圆锥摆运动时,绳子张力T=mg,桌面受到压力N=;
(2)当球以角速度ω=做圆锥摆运动时,绳子的张力为4mg,桌面受到的压力为零.
【考点】牛顿第二定律;向心力.
【分析】(1)当球做圆锥摆运动时,小球在水平面内做匀速圆周运动,由重力、水平面的支持力和绳子拉力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律,采用正交分解法列方程求解绳子的张力和支持力,再由牛顿第三定律求出桌面受到的压力.
(2)当小球对桌面恰好无压力时,由重力和绳子拉力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律求解此时小球的角速度.根据角速度ω=与临界角速度的关系,判断小球是否离开桌面.若小球桌面做圆周运动,再由牛顿第二定律求解绳子的张力.
如图所示,在匀速转动的圆盘上,沿直径方向上放置以细线相连的A、B两个小物块.A的质量为mA=2kg,离轴心r1=20cm,B的质量为mB=1kg,离轴心r2=10cm,A、B与盘面间相互作用的摩擦力最大值为其重力的0.5倍,试求:
(1)当圆盘转动的角速度ω0为多少时,细线上开始出现张力?
(2)欲使A、B与盘面间不发生相对滑动,则圆盘转动的最大角速度为多大?(g=10m/s2)
知识点:物理
解:(1)ω较小时,A、B均由静摩擦力充当向心力,ω增大,F=mω2r可知,它们受到的静摩擦力也增大,而r1>r2,所以A受到的静摩擦力先达到最大值.ω再增大,AB间绳子开始受到拉力.
由Ffm=mAr0,得:ω0===5rad/s
(2)ω达到ω0后,ω再增加,B增大的向心力靠增加拉力及摩擦力共同来提供,A增大的向心力靠增加拉力来提供,由于A增大的向心力超过B增加的向心力,ω再增加,B所受摩擦力逐渐减小,直到为零,如ω再增加,B所受的摩擦力就反向,直到达最大静摩擦力.如ω再增加,就不能维持匀速圆周运动了,A、B就在圆盘上滑动起来.设此时角速度为ω1,绳中张力为FT.
对A、B受力分析:
对A有 FfmA+FT=mArA;
对B有 FT﹣FfmB=mBrB;
联立解得:ω1===5rad/s=7.07rad/s
答:(1)当圆盘转动的角速度ω0为5rad/s时,细线上开始出现张力.
(2)欲使A、B与盘面间不发生相对滑动,则圆盘转动的最大角速度为7.07rad/s.
【考点】向心力;牛顿第二定律.
【分析】(1)由题意可知当细线上出现张力时,A与盘间已达的最大静摩擦力,由最大静摩擦力充当向心力,由向心力公式可求得角速度;
(2)根据向心力公式F=mω2r分析两个物体所受的静摩擦力的变化,当A、B都恰好开始滑动时,静摩擦力都达到最大,由向心力公式可求得角速度,此角速度为最大角速度;
一平板车,质量M=100千克,停在水平路面上,车身的平板离地面的高度h=1.25米,一质量m=50千克的小物块置于车的平板上,它到车尾端的距离b=1.0米,与车板间的动摩擦系数μ=0.20,如图所示.今对平板车施一水平方向的恒力,使车向前行驶,结果物块从车板上滑落.物块刚离开车板的时刻,车向前行驶的距离s0=2.0米.求物块落地时,落地点到车尾的水平距离s.(不计路面与平板车间以及轮轴之间的摩擦,结果保留2位有效数字)
知识点:物理
解:以m为研究对象进行分析,m在水平方向只受一个摩擦力f的作用,f=μmg,
根据牛顿第二定律知f=ma1
a1=μg=0.20×10m/s2=2m/s2
如图,
m从A点运动到B点,做匀加速直线运动,sAB=s0﹣b=1.00m,
运动到B点的速度υB为: =,
物块在平板车上运动时间为t1=,在相同时间里平板车向前行驶的距离s0=2.0m,则
s0=,所以平板车的加速度,
此时平板车的速度为 v2=a2t1=4×1=4m/s
m从B处滑落时,以υB为初速度做平抛运动,落到C的水平距离为s1,下落时间为t2,
则 h=,
=0.5s
s1=vBt2=2×0.5m=1.0 m
对平板车M,在m未滑落之前,水平方向受二力作用,即F和物块对平板车的摩擦力f,二者方向相反,平板车加速度为a2,由牛顿第二定律得:F﹣f=Ma2
则有:F=Ma2+f=N=500N
当m从平板车的B点滑落以后,平板车水平方向只受F作用,而做加速度为
a3的匀加速运动,由牛顿第二定律得:F=Ma3 即
,
在m从B滑落到C点的时间t=0.5s内,M运动距离s2为=2.625m
物块落地时,落地点到车尾的水平距离s为
s=s2﹣s1=(2.625﹣1)m≈1.6m
答:物块落地时,落地点到车尾的水平距离s为1.6m.
【考点】牛顿第二定律;匀变速直线运动的位移与时间的关系.
【分析】以m为研究对象进行分析,m在车板上的水平方向只受一个摩擦力f的作用,所以m从A点运动到B点,做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律及运动学基本公式求出运动到B点的速度、位移等,以小车为研究对象,求出平板车的速度;m从B处滑落时,以υB为初速度做平抛运动,根据平抛运动的基本公式求出运动的时间和位移,对平板车M,在m未滑落之前,水平方向受二力作用,即F和物块对平板车的摩擦力f,二者方向相反,当m从平板车的B点滑落以后,平板车水平方向只受F作用,做匀加速直线运动,分别根据运动学基本公式求出位移,进而可求得物块落地时,落地点到车尾的水平距离s