| 绳、杆的关联速度问题 题目答案及解析

稿件来源:高途

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必修2

第五章 曲线运动

5.1 曲线运动

绳、杆的关联速度问题

一抛物线形状的光滑固定导轨竖直放置,$O$为抛物线导轨的顶点,$O$点离地面的高度为$h$$A$$B$两点相距$2h$,轨道上套有一个小球$M$,小球$M$通过轻杆与光滑地面上的小球$N$相连,两小球的质量均为$m$,轻杆的长度为$2h$。现将小球$M$从距地面竖直高度为$\dfrac{3}{4}h$处静止释放,下列说法正确的是$(\qquad)$

["

小球$M$即将落地时,它的速度方向与水平面的夹角为$30^\\circ$

","

小球$M$ 即将落地时,它的速度方向与水平面的夹角为$60^\\circ$

","

从静止释放到小球$M$即将落地,轻杆对小球$N$ 做的功为$\\dfrac{1}{4}mgh$

","

若小球$M$ 落地后不反弹,则地面对小球$M$ 的作用力的冲量大小为$m\\sqrt{gh}$

"]
[["C"]]

$\rm AB$、小球$M$ 即将落地时,它的速度方向与抛物线轨道相切,根据平抛规律的推论可知,小球$M$ 的速度方向与水平方向的夹角满足:$\tan\theta = \dfrac{h}{\dfrac{2h}{2}} = 1$

所以可得:$\theta=45^\circ$,故$\rm AB$错误;

$\rm C$、设小球 $M$ 即将落地时,速度大小为$v_{1}$,小球$N$的速度大小为 $v_{2}$,根据系统机械能守恒有$\dfrac{3}{4}mgh = \dfrac{1}{2}mv_{1}^{2} + \dfrac{1}{2}mv_{2}^{2}$

小球 $M$ 与小球 $N$沿杆方向的速度相等,有:$v_{1}\cos\theta=v_{2}$

解得:$v_{1} = \sqrt{gh},v_{2} = \sqrt{\dfrac{gh}{2}}$

根据动能定理可得,从静止释放到小球 $M$ 即将落地,轻杆对小球 $N$ 做的功为:$W_{杆} = \dfrac{1}{2}mv_{2}^{2} = \dfrac{1}{4}mgh$,故$\rm C$正确;

$\rm D$、小球 $M$ 落地与地面相互作用的过程中不反弹,以竖直向上方向为正,根据动量定理有:$I_{地}+I_{G}+I_杆+I_{轨}=0-(- m\sqrt{gh})$,由于轨道、轻杆对小球有作用力,且小球$M$ 有重力,所以|$I_{地}|\gt |I_{合}|= m\sqrt{gh}$,故$\rm D$错误。

故选:$\rm C$

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如图所示,一根轻质弹簧一端固定于光滑竖直杆上,另一端与质量为的滑块连接,穿在杆上,一根轻绳跨过定滑轮将滑块和重物连接起来,重物的质量,把滑块从图中点由静止释放后沿竖直杆上下运动,当它经过、两点时弹簧对滑块的弹力大小相等,已知与水平面的夹角,长为,与垂直,不计滑轮的摩擦力,重力加速度为,,,滑块从到的过程中,下列说法正确的是 如图所示,当小车向左运动,物体向上做匀速直线运动。图示时刻,小车的速度大小为。下列说法正确的是 如图所示,在固定的光滑水平杆上,质量为的物体用细线跨过光滑的定滑轮连接质量为的物体,用手托住使整个系统静止,此时轻绳刚好拉直,且,,,重力加速度为。现由静止释放,让、开始运动,则下列说法正确的是 如图所示,物块用不可伸长的轻绳绕过轻质光滑定滑轮与置于光滑水平面上的物块连接,物块、的质量均为,施加外力使物块、保持静止,此时轻绳恰好处于伸直状态。某时刻撤去外力,两物块同时由静止开始运动,当物块下落高度为时,其加速度大小为,方向竖直向下,此时连接物块的轻绳与水平方向的夹角为,整个过程物块始终未离开水平面,已知重力加速度为。当物块下落高度为时,下列说法正确的是 如图所示,一半径为的光滑大圆环竖直固定在水平面上,其上套一小环,、为圆环上关于竖直直径对称的两点,将点下方圆环拆走,若小环从大圆环的最高点由静止开始下滑,当小环滑到点时,恰好对大圆环无作用力。已知重力加速度大小为,若让小环从最高点由静止下滑从点滑离,小环滑离点时竖直分速度大小为 如图所示,杆绕点在竖直平面内匀速转动,并带动套在固定光滑竖直杆上的小环向下运动,某一时刻小环运动到点时速度正好为,。已知,则杆的角速度大小为
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