组卷网 > 高中物理综合库 > 力学 > 运动和力的关系 > 牛顿运动定律的应用 > 牛顿运动定律的两类基本问题 > 牛顿定律与直线运动-复杂过程
题型:解答题 难度:0.15 引用次数:2954 题号:15879079
某兴趣小组设计的连锁机械游戏装置如图所示。左侧有一固定的四分之一圆弧轨道,其末端B水平,半径为3L;在轨道末端等高处有一质量为m的“”形小盒C(可视为质点),小盒C与大小可忽略、质量为3m的物块D通过光滑定滑轮用轻绳相连,左侧滑轮与小盒C之间的绳长为2L;物块D压在质量为m的木板E左端,木板E上表面光滑,下表面与水平桌面间动摩擦因数(最大静摩擦力等于滑动摩擦力),木板E右端到桌子右边缘固定挡板(厚度不计)的距离为L;质量为m且粗细均匀的细杆F通过桌子右边缘的光滑定滑轮用轻绳与木板E相连,木板E与定滑轮间轻绳水平,细杆F下端到地面的距离也为L;质量为0.25m的圆环(可视为质点)套在细杆F上端,环与杆之间滑动摩擦力和最大静摩擦力相等,大小为0.5mg。开始时所有装置均静止,现将一质量为m的小球(可视为质点)从圆弧轨道顶端A处由静止释放,小球进入小盒C时刚好能被卡住(作用时间很短可不计),此时物块D对木板E的压力刚好为零。木板E与挡板相撞、细杆F与地面相撞均以原速率反弹,最终圆环刚好到达细杆的底部。不计空气阻力,重力加速度为g,求:
(1)小球与小盒C相撞后瞬间,小盒C的速度;
(2)小球在四分之一圆弧轨道上克服摩擦力所做的功;
(3)木板E与挡板碰后,向左返回的最大位移;
(4)细杆F的长度。

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【推荐1】如图所示,一足够高且顶端带有圆形小孔的桌子置于水平面上,一根长为L、质量为M的细杆顶端用轻绳悬挂后穿过小孔处于竖直静止状态,一质量为的小虫(可以视为质点)静止在杆的最下端,小虫正下方足够远处有一点燃的蜡烛。杆的中点位于桌面小孔所在位置,某时刻剪断顶端轻绳瞬间,小虫开始竖直向上运动。已知小虫与杆之间的动摩擦因数足够大,保证小虫与杆之间不发生相对滑动。若杆运动过程中始终保持竖直,且与桌面小孔不接触,桌子台面的厚度和运动过程中空气阻力均可以忽略不计,重力加速度为g。为了避免被灼烧,小虫在剪断轻绳后可以采用不同的方式竖直向上运动到桌面,请对下面几种可能的方式进行分析:
(1)若小虫采用竖直向上起跳的方式跳离细杆,则小虫至少需要消耗多少能量E才能从小孔跳至桌面?
(2)若小虫采用从初速度为零开始匀加速沿杆上爬的方式到达桌面,为了安全到达,则加速度a应满足什么条件?
(3)若杆的上端足够长,开始时下端与小孔之间的距离仍为,小虫采用(2)中匀加速的方式从初速度为零开始运动到达桌面,则小虫到达桌面需要消耗的最小能量为多大?
   
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【推荐2】某工厂输送物件的传送系统由倾角为的传送带和一倾角相同的长木板组成,物件和传送带间的动摩擦因数、与木板的动摩擦因数。传送带以的恒定速度顺时针转动。现将物件P无初速置于传送带A点,发现当物件到达端时刚好相对传送带静止,到达点时速度恰好为零随即被机械手取走。物件可以看成质点,皮带与木板间可认为无缝连接,重力加速度。求:
(1)传送带的长度
(2)木板的长度以及物件从所需的时间
(3)假如机械手未能在点及时将物件取走,导致物件重新下滑,则此后它第四次向上返回时离点的最大距离?
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【推荐3】如图(a),质量为m的篮球从离地H高度处由静止下落,与地面发生一次非弹性碰撞后反弹至离地h的最高处。设篮球在运动过程中所受空气阻力的大小是篮球所受重力的倍(为常数且),且篮球每次与地面碰撞的碰后速率与碰前速率之比相同,重力加速度大小为g
(1)求篮球与地面碰撞的碰后速率与碰前速率之比;
(2)若篮球反弹至最高处h时,运动员对篮球施加一个向下的压力F,使得篮球与地面碰撞一次后恰好反弹至h的高度处,力F随高度y的变化如图(b)所示,其中已知,求的大小;
(3)篮球从H高度处由静止下落后,每次反弹至最高点时,运动员拍击一次篮球(拍击时间极短),瞬间给其一个竖直向下、大小相等的冲量I,经过N次拍击后篮球恰好反弹至H高度处,求冲量I的大小。


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