2013年高中物理得分宝典系列 11专题二 第5章 物理学应用

2013年高中物理得分宝典系列 11专题二 第5章 物理学应用内容摘要：

1、过山车是一项富有刺激性的娱乐工具。 那种风驰电掣、有惊无险的快感令不少人着迷。 如果你对物理学感兴趣的话。 那么在乘坐过山车的过程中不仅能够体验到冒险的快感，还有助于理解力学定律。 实际上，过山车的运动包含了许多物理学原理，人们在设计过山车时巧妙地运用了这些原理。 如果能亲身体验一下由能量守恒、加速度和力交织在一起产生的效果，那感觉真是妙不可言。 为了研究过山车的原理，某兴趣小组提出了下列设想：取一个与水平方向夹角为 37、长为 l = 粗糙倾斜轨道 过水平轨道 竖直圆轨道相连，出口为水平轨道个轨道除 以外都是光滑的。 其 道以微小圆弧相接，如图所示。 一个小物块以初速度 s 从某一高处水平抛出，到 A 点 2、时速度方向恰好沿 向，并沿倾斜轨道滑下。 已知物块与倾斜轨道的动摩擦因数 = （g10m/s 2 1）求小物块到达 A 点时速度。 （2） 要使小物块不离开轨道，并从轨道出，求竖直圆弧轨道的半径应该满足什么条件。 （3）为了让小物块不离开轨道，并且能够滑回倾斜轨道 竖直圆轨道的半径应该满足什么条件。 解析：（1）小物块做平抛运动，经时间 t 到达 A 处时，令下落的高度为 h，水平分速度为 直速度为 物块恰好沿斜面 向滑下，则 = 3 m/s，所以小物块到 A 点的速度为 5m/s；（2）物体落在斜面上后，受到斜面的摩擦力 f = F N = 物块进入圆轨道到达最高点时有最小速度 时物块受到的重力恰好 3、提供向心力，令此时的半径为 R 0，则 0物块从抛出到圆轨道最高点的过程中，根据动能定理有：mg(h + 2 l = 联立上式，解得：R 0 = 若物块从水平轨道 出， 则圆弧轨道的半径满足 R 1 送带是应用广泛的一种传送装置，传送带传送物体时滑块与传送带相互作用的滑动摩擦力，是参与改变滑块运动状态的重要原因之一，滑块与传送带等速的时刻，是相对运动的方向及滑动摩擦力的方向改变的时刻，也是滑块运动状态转折的临界点。 ，其中传送带经过 域时是水平的，经过 域时变为圆弧形(圆弧由光滑模板形成，未画出)，经过 域时是倾斜的， 与 将大量的质量均为 m 的小货箱一个一个在 A 处放到传送带上，放置时初速 4、为零，经传送带运送到 D 处，D 和 A 的高度差为 h。 稳定工作时传送带速度不变，上各箱等距排列，相邻两箱的距离为 L。 每个箱子在A 处投放后，在到达 B 之前已经相对于传送带静止，且以后也不再滑动(忽略经 时的微小 滑动)。 已知在一段相当长的时间 T 内，共运送小货箱的数目为 N。 这装置由电动机带动，传送带与轮子间无相对滑动，不计轮轴处的摩擦。 求电动机的平均输出功率 P。 解析：以地面为参考系(下同)，设传送带的运动速度为 0v，在水平段的运输过程中，小货箱先在滑动摩擦力作用下做匀加速运动，直到其速度与传送带的速度相等。 设这段路程为 s，所用的时间为 t，加速度为 a，则对小货箱有2这段时间 5、内传送带运动的路程为 由上可得： 20用 传送带对小货箱做功为201送带克服小货箱对它的摩擦力做功20021者之差就是克服摩擦力做功发出的热量 20可见，在小货箱加速过程中，小货箱获得的动能与发出的热量相等。 T 时间内电动机输出的功为 此功用于增加 N 个小货箱的动能、势能和使小货箱加速时程中克服摩擦力发出的热量，即有 (N1)L，它应等于传送带在 T 时间内运动的距离，即有 (因 T 很大，故 N 亦很大。 联立解得： （2011 江苏）如图所示，演员正在进行杂技表演。 由图可估算出他将一只鸡蛋抛出的过程中对鸡蛋所做的功最接近于（ ）A B3J C30J D300 提示：生活经验告诉我们： 10 6、 个鸡蛋大约 1 斤即 一个鸡蛋的质量约为 ，鸡蛋大约能抛高度 h= W=0项 A 正确。 2 （2011 海南）一质量为 1质点静止于光滑水平面上，从 t=0 时起，第 1 秒内受到 2N 的水平外力作用，第 2 秒内受到同方向的 1N 的外力作用。 下列判断正确的是 （ ）A02s 内外力的平均功率是 9/4 2 秒内外力所做的功是 5/4 2 秒末外力的瞬时功率最大D第 1 秒内与第 2 秒内质点动能增加量的比值是 4/52示：由动量定理或运动学规律求出 1s 末、2s 末速度分别为：m/s、v 2=3m/s ，故 02s 内合力做功为 ，1s 末、2s 末的功率分别为：4W、3W；第 1 7、秒内与第 2 的增加量分别为： ， ，比值为 4：5。 2 （2011 全国新课标）一质点开始时做匀速直线运动，从某时刻起受到一恒力作用。 此后，该质点的动能可能（ ）A一直增大B先逐渐减小至零，再逐渐增大C先逐渐增大至某一最大值，再逐渐减小D先逐渐减小至某一非零的最小值，再逐渐增大3示：当恒力方向与速度在一条直线上，质点的动能可能一直增大，也可能先逐渐减小至零，再逐渐增大。 当恒力方向与速度不在一条直线上，质点的动能可能一直增大，也可能先逐渐减小至某一非零的最小值，再逐渐增大。 所以正确答案是 A、B、D。 4 （2011 全国新课标）一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落，到最低。 假定空气阻 8、力可忽略，运动员可视为质点，下列说法正确的是（ ）A运动员到达最低点前重力势能始终减小B蹦极绳张紧后的下落过程中，弹性力做负功，弹性势能增加C蹦极过程中，运动员、地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒D蹦极过程中，重力势能的改变与重力势能零点的选取有关5 （2011 海南）现要通过实验验证机械能守恒定律。 实验装置如图 1 所示：水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上 A 点处有一带长方形遮光片的滑块，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 的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上 B 点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间 t。 用 d 表示 A 点到导轨低端 9、C 点的距离，h 表示 A 与 C 的高度差，b 表示遮光片的宽度，s 表示 A 、B 两点的距离，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。 用 g 表示重力加速度。 完成下列填空和作图；（1）若将滑块自 A 点由静止释放，则在滑块从 A 运动至 B 的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为 ，动能的增加量可表示为。 若在运动过程中机械能守恒， 与 s 的关系式为 = _。 21）多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点（A 点）下滑，测量相应的 s 与 果如下表所示：1 2 3 4 5s（m） 104s2 ） s 为横坐标， 为纵坐标，在答题卡上对1 10、位置的坐标纸中描出第 1 个至第 5 个数据点；根据 5 个数据点作直线，求得该直线的斜率 k= 104 （保留 3 位有效数字）由测得的 h、d、b、M 和 m 数值可以计，将 k 和 行比较，若其差值在实验允许的范围内，则可认为21实验验证了机械能守恒定律。 5 （1） ()1()1()（2）如图 1）重力势能的减少量，()到达 B 点的速度为 ，动能的增加量211()()若在运动过程中机械能守恒， 可得：21()（2）利用图象可求得斜率为 04用实验数据分别进行逐差法得直线斜率为 04留 3 位有效数字为 04 6 （2011 浙江）节 能 混 合 动 力 车 是 一 种 可 以 利 用 11、汽 油 及 所 储 存 的 电 能 作 为 动 力 来 源的 汽 车。 有 一 质 量 m=1000 混 合 动 力 轿 车 ， 在 平 直 公 路 上 以 0km/h 的 速 度 匀速 行 驶 ， 发 动 机 的 输 出 功 率 为 P=50驾驶员看到前方有 80km/h 的限速标志时，保持发动机的功率不变，立即启动利用电磁阻尼带动的发电机工作给电池充电，使轿车做减速运动，运动 L=72m 后，速度变为 2km/h。 此过程中发动机功率的 1/5 用于轿车的牵引，4/5 用于供给发电机工作，发动机输送给发电机的能量最后有 50%转化为电池的电能。 假设轿车在上述运动过程中所受阻力保持不变。 求（ 12、1）轿车以 90km/h 的速度在平直公路上匀速行驶时，所受阻力 F 阻 的大小；（2）轿车从 90km/h 减速到 72km/h 的过程中，获得的电能 E 电 ；（3）轿车仅用其在上述减速过程中获得的电能 E 电 维持 72km/h 匀速运动的距离 L。 图 （3）根据题意可知，轿车在平直公路上匀速行驶时受到的阻力仍为。 此过程3210阻中，由能量转化及守恒定律可知，仅有电能用于克服阻力做功 ，代入数据得7 （2011 福建）如图为某种鱼饵自动投放器中的投饵管装置的示意图，其下半部 R 的竖直细管，上半部 半径为 R 的四分之一圆弧弯管，管口沿水平方向，内有一原长为 R、下端固定的轻质弹簧。 投饵时，每次总将弹簧长度压缩到 锁定，在弹簧上端放置一粒鱼饵，解除锁定，弹簧可将鱼饵弹射出去。 设质量为 m 的鱼饵到达管口 C 时，对管壁的作用力恰好为零。 不计鱼饵在运动过程中的机械能损失，且锁定和解除锁定时，均不改变弹簧的弹性势能。 已知重力加速度为 g。 求：（1）质量为 m 的鱼饵到。