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1.1 拋體運動
階段檢測
(時間:90分鐘 滿分:100分)
一、選擇題(本題共10小題,每小題5分,共50分。1~6為單項選擇題,7~10為多項選擇題。)
1.一質(zhì)點在某段時間內(nèi)做曲線運動,則在這段時間內(nèi)( )
A.速度一定在不斷改變,加速度也一定不斷改變
B.速度可以不變,但加速度一定不斷改變
C.質(zhì)點不可能在做勻變速運動
D.質(zhì)點在某點的速度方向一定是曲線上該點的切線方向
解析 物體做曲線運動的條件是合力的方向與速度方向不在同一直線上,故速度方向時刻改變,所以曲線運動是變速運動,其加速度不為零,但加速度可以不變,例如平拋運動,就是勻變速運動,故A、B、C錯誤;曲線運動的速度方向時刻改變,質(zhì)點在某點的速度方向一定是曲線上該點的切線方向,故D正確。
答案 D
2.(2018江門高一檢測)一物體在光滑的水平桌面上運動,在相互垂直的x方向和y方向上的分運動速度隨時間變化的規(guī)律如圖1所示。關(guān)于物體的運動,下列說法正確的是( )
圖1
A.物體做速度逐漸增大的曲線運動
B.物體運動的加速度先減小后增大
C.物體運動的初速度大小是50 m/s
D.物體運動的初速度大小是10 m/s
解析 由圖知,x方向的初速度沿x軸正方向,y方向的初速度沿y軸負方向,則合運動的初速度方向不在y軸方向上;x軸方向的分運動是勻速直線運動,加速度為零,y軸方向的分運動是勻變速直線運動,加速度沿y軸方向,所以合運動的加速度沿y軸方向,與合初速度方向不在同一直線上,因此物體做曲線運動。根據(jù)速度的合成可知,物體的速度先減小后增大,故A錯誤;物體運動的加速度等于y方向的加速度,保持不變,故B錯誤;根據(jù)圖象可知物體的初速度大小為v0== m/s=50 m/s,故C正確,D錯誤。
答案 C
3.如圖2所示為湖邊一傾角為30的大壩的橫截面示意圖,水面與大壩的交點為O。一人站在A點處以速度v0沿水平方向扔小石塊,已知AO=40 m,忽略人的身高,如圖2所示,不計空氣阻力,取g=10 m/s2。下列說法正確的是( )
圖2
A.若v0>18 m/s,則石塊可以落入水中
B.若v0<20 m/s,則石塊不能落入水中
C.若石塊能落入水中,則v0越大,落水時速度方向與水平面的夾角越大
D.若石塊不能落入水中,則v0越大,落到斜面上時速度方向與斜面的夾角越大
解析 石塊做平拋運動剛好落入水中時,40sin 30=gt2,40cos 30=v0t,解得v0≈17.32 m/s,選項A正確,B錯誤;設(shè)落水時速度方向與水平面的夾角為α,tan α==,v0越大,落水時速度方向與水平面的夾角越小,選項C錯誤;若石塊不能落入水中,設(shè)落到斜面上時速度方向與水平方向的夾角為β,tan β==2tan 30,可知β與v0無關(guān),故選項D錯誤。
答案 A
4.如圖3所示,將質(zhì)量為2m的重物懸掛在輕繩的一端,輕繩的另一端系一質(zhì)量為m的小環(huán),小環(huán)套在豎直固定的光滑直桿上,光滑定滑輪與直桿的距離為d?,F(xiàn)將小環(huán)從與定滑輪等高的A處由靜止釋放,當小環(huán)沿直桿下滑距離也為d時(圖中B處),下列說法正確的是(重力加速度為g)( )
圖3
A.小環(huán)釋放后的極短時間內(nèi)輕繩中的張力一定等于2mg
B.小環(huán)到達B處時,重物上升的高度為(-1)d
C.小環(huán)在B處的速度與重物上升的速度大小之比等于
D.小環(huán)在B處的速度與重物上升的速度大小之比等于2
解析 小環(huán)釋放后,其下落速度v增大,繩與豎直桿間的夾角θ減小,故小環(huán)沿繩 方向的速度v1=vcos θ增大,由引可知小環(huán)釋放后的極短時間內(nèi)重物具有向上的加速度,繩中張力一定大于2mg,A項錯誤;小環(huán)到達B處時,繩與直桿間的夾角為45,重物上升的高度h=(-1)d,B項正確;如圖所示,將小環(huán)速度v進行正交分解,v1=vcos 45=v,所以小環(huán)在B處的速度與重物上升的速度大小之比等于,C、D項錯誤。
答案 B
5.有一步槍,先后以不同的速度v1、v2、v3射出三顆子彈,各速度矢量如圖4所示,不計空氣阻力,那么子彈的射高和射程的關(guān)系是( )
圖4
A.h甲>h乙>h丙 B.h甲
x乙>x丙 D.x甲tA,選項A正確;在x軸方向上,有x=v0t,知B質(zhì)點沿x軸的位移大于A質(zhì)點沿x軸的位移,選項B錯誤;由運動學公式知v=,h相同,則v大小相同,則質(zhì)點A、B落地時的速率大小相等,選項C正確,D錯誤。
答案 AC
10.跳臺滑雪是奧運比賽項目之一,利用自然山形建成的跳臺進行,某運動員從弧形雪坡上沿水平方向飛出后,又落回到斜面雪坡上,如圖8所示,若斜面雪坡的傾角為θ,飛出時的速度大小為v0,不計空氣阻力,運動員飛出后在空中的姿勢保持不變,重力加速度為g,則( )
圖8
A.如果v0不同,該運動員落到雪坡時的位置不同,速度方向也不同
B.如果v0不同,該運動員落到雪坡時的位置不同,但速度方向相同
C.運動員在空中經(jīng)歷的時間是
D.運動員落到雪坡時的速度大小是
解析 運動員落到雪坡上時,初速度越大,落點越遠;位移與水平方向的夾角為θ,設(shè)速度與水平方向的夾角為α,則有tan α=2tan θ,所以初速度不同時,落點不同,但速度方向與水平方向的夾角相同,故選項A錯誤,B正確;由平拋運動規(guī)律可知x=v0t,y=gt2,且tan θ=,可解得t=,故選項C正確;運動員落到雪坡上時,速度大小v==v0,故選項D錯誤。
答案 BC
二、非選擇題(本題共6小題,共50分)
11.(4分)如圖9甲所示的演示實驗中,A、B兩球同時落地,說明____________________________________________________________________。
某同學設(shè)計了如圖乙所示的實驗:將兩個斜滑道固定在同一豎直面內(nèi),最下端水平,把兩個質(zhì)量相等的小鋼球,從斜面的同一高度由靜止同時釋放,滑道2與光滑水平板吻接,則他將觀察到的現(xiàn)象是____________________________________,這說明_____________________________________________________________。
圖9
答案 做平拋運動的小球在豎直方向上做自由落體運動 上面小球砸在下面小球上 做平拋運動的小球在水平方向上做勻速運動
12.(6分)未來在一個未知星球上用如圖10甲所示裝置研究平拋運動的規(guī)律。懸點O正下方P點處有水平放置的熾熱電熱絲,當懸線擺至電熱絲處時能輕易被燒斷,小球由于慣性向前飛出做平拋運動?,F(xiàn)對小球采用頻閃數(shù)碼照相機連續(xù)拍攝。在有坐標紙的背景屏前,拍下了小球在做平拋運動過程中的多張照片,經(jīng)合成后,照片如圖乙所示。a、b、c、d為連續(xù)四次拍下的小球位置,已知照相機連續(xù)拍照的時間間隔是0.10 s,照片大小如圖中坐標所示,又知該照片的長度與實際背景屏的長度之比為1∶4,則:
圖10
(1)由以上信息,可知a點________(選填“是”或“不是”)小球的拋出點。
(2)由以上及圖信息,可以推算出該星球表面的重力加速度為________ m/s2。
(3)由以上及圖信息可以算出小球平拋的初速度是________ m/s。
(4)由以上及圖信息可以算出小球在b點時的速度大小是________ m/s。
解析 (1)由初速度為零的勻加速直線運動經(jīng)過相等的時間內(nèi)通過位移之比為1∶3∶5可知,a點為拋出點。
(2)由ab、bc、cd水平距離相同可知,a到b、b到c運動時間相同,設(shè)為T,在豎直方向有Δh=gT2,T=0.10 s,可求出g=8 m/s2。
(3)由兩位置間的時間間隔為0.10 s,水平距離為8 cm,x=vt,得水平速度為
0.8 m/s。
(4)b點豎直分速度為ac間的豎直平均速度,根據(jù)速度的合成求b點的合速度,vyb= m/s=0.8 m/s,所以vb== m/s。
答案 (1)是 (2)8 (3)0.8 (4)
13.(8分)一質(zhì)量為1 kg的物體自距地面20 m高處由靜止釋放,同時受到水平向右、大小為5 N的恒力作用,求:
(1)物體在水平方向上做什么運動?經(jīng)多長時間落地?
(2)物體從釋放到落地水平位移是多少?(不計空氣阻力,g取10 m/s2)
解析 (1)釋放后,物體受重力和水平向右的作用力,兩力均為恒力,所以合力F合為恒力,由運動的獨立性知,物體在水平方向上做初速度為零的勻加速直線運動,在豎直方向上做自由落體運動。
在豎直方向上由y=gt2得,物體在空中運動的時間
t== s=2 s。
(2)物體在水平方向上做初速度為零的勻加速直線運動的加速度a水平== m/s2=5 m/s2
水平位移x=a水平t2=522 m=10 m。
答案 (1)做初速度為零的勻加速直線運動 2 s
(2)10 m
14.(10分)在一定高度處把一個小球以v0=30 m/s的速度水平拋出,它落地時的速度大小vt=50 m/s,如果空氣阻力不計,重力加速度g取10 m/s2。求:
(1)小球在空中運動的時間t;
(2)小球在平拋運動過程中通過的水平位移x和豎直位移y;
(3)小球在平拋運動過程的平均速度大小。
解析 (1)設(shè)小球落地時的豎直分速度為vy,由運動的合成可得
vt=,
解得vy== m/s=40 m/s
小球在豎直方向上做自由落體運動,有
vy=gt,解得t== s=4 s
(2)小球在水平方向上的位移為
x=v0t=304 m=120 m
小球的豎直位移為
y=gt2=1042 m=80 m
(3)小球位移的大小為
s== m=40 m
由平均速度公式可得
== m/s=10 m/s。
答案 (1)4 s (2)120 m 80 m (3)10 m/s
15.(10分)將小球以10 m/s的速度斜向上拋出,速度方向與水平方向成30角,求小球在0.8 s內(nèi)的位移及0.8 s末的速度。(不計空氣阻力,g取10 m/s2)。
解析 水平方向vx=v0x=v0cos 30=10cos 30 m/s=5 m/s,
水平位移x=vxt=50.8 m=4 m,
豎直方向v0y=v0sin 30=5 m/s,
豎直位移為
y=v0yt-gt2=50.8 m-100.82 m=0.8 m,
0.8 s末的豎直速度為
vy=v0y-gt=(5-100.8) m/s=-3 m/s,
故s== m≈7.0 m
tan α===,
即此時位移方向與水平方向成α角,α=arctan
v== m/s≈9.2 m/s
tan θ===,
即此時速度方向與水平方向成θ角,θ=arctan 。
答案 7.0 m 與水平方向成α角斜向上,α=arctan 9.2 m/s 與水平方向成θ角斜向下,θ=arctan
16.(2018中山高一檢測)(12分)如圖11所示,水平傳送帶的速度為4.0 m/s,它的右端與等高的光滑水平平臺相接觸。一工件m(可看成質(zhì)點)輕輕放于傳送帶的左端,工件與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ=0.3,經(jīng)過一段時間工件從光滑水平平臺上滑出,恰好落在小車左端。已知平臺與小車的高度差h=0.8 m,小車左端距平臺右端的水平距離s=1.2 m,取g=10 m/s2,求:
圖11
(1)工件水平拋出的初速度v0;
(2)傳送帶的長度L。
解析 (1)工件從平臺右端水平拋出后,做平拋運動。
水平方向:s=v0t,豎直方向:h=gt2,
得v0=s=3 m/s。
(2)由于v0=3 m/s小于水平傳送帶的速度,故可知工件在傳送帶上一直做勻加速運動,工件在傳送帶上所受摩擦力f=μmg,
由牛頓第二定律可知f=ma,
由運動學關(guān)系可知v=2aL,
得L==1.5 m。
答案 (1)3 m/s (2)1.5 m
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