高中 | 斜面问题 题目答案及解析

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必修1

第四章 牛顿运动定律

4.6 用牛顿运动定律解决问题(一)

斜面问题

如图甲所示,倾角为$\theta$的光滑斜面固定在水平地面上,细线一端与可看成质点的质量为$m$的小球相连,另一端穿入小孔$O$与力传感器(位于斜面体内部)连接,传感器可实时记录细线拉力大小及扫过的角度。初始时,细线水平,小球位于小孔$O$的右侧,现敲击小球,使小球获得一平行于斜面向上的初速度$v_{0}$,测得细线拉力$T$的大小随细线扫过角度$\alpha$的变化图像如图乙所示,图中$F_{0}$已知,小球到$O$点距离为$l$,重力加速度为$g$,则下列说法正确的是$(\qquad)$

["

小球位于初始位置时的加速度大小为$\\dfrac{v_{0}^{2}}{l}$

","

小球通过最高点时速度大小为$\\sqrt{gl}$

","

小球通过最高点时速度大小为$v_{0}\\sqrt{\\dfrac{mg\\sin\\theta}{F_{0}}}$

","

小球通过最低点时速度大小为$v_{0}\\sqrt{\\dfrac{F_{0}-mg\\sin\\theta}{F_{0}}}$

"]
[["C"]]

$\rm A$.小球位于初始位置时的向心加速度为$a_{1}=\dfrac{v_{0}^{2}}{l}$,沿斜面向下的加速度为$a_{2}=g\sin\theta$,根据加速度的合成知识可知,小球位于初始位置时的加速度大于$\dfrac{v_{0}^{2}}{l}$,故$\rm A$错误;

$\rm B$.由图乙可知,小球通过最高点时细线的拉力为零,在斜面上重力和支持力的合力提供向心力,则有$mg\sin\theta=m\dfrac{v_{1}^{2}}{l}$,解得$v_{1}=\sqrt{gl\sin\theta}$,故$\rm B$错误;

$\rm C$.小球在初始位置时,有$F_{0}=m\dfrac{v_{0}^{2}}{l}$,则小球通过最高点时速度为$v_{1}=\sqrt{gl\sin\theta}=\sqrt{\dfrac{mg\sin\theta}{F_{0}}}v_{0}$,故$\rm C$正确;

$\rm D$.小球通过最低点时,有$2F_{0}-mg\sin\theta=m\dfrac{v_{2}^{2}}{l}$,解得小球通过最低点的速度为$v_{2}=\sqrt{\dfrac{2F_{0}-mg\sin\theta}{F_{0}}}v_{0}$,故$\rm D$错误。

故选:$\rm C$

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如图甲是物流用机器人运送、投递包裹的场景。简化图如乙所示,工作人员在供包台将包裹放在机器人的水平托盘上,包裹将自动送至方形分拣口,停止运动后缓慢翻起托盘,让包裹滑入投递口。其启动和制动过程可视为匀变速直线运动,抵达分拣口时,速度恰好减为零,翻转托盘倾角缓慢增大,直至包裹下滑,包裹与托盘接触面动摩擦因数为,最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力,重力加速度大小取。现把质量的包裹从供包台沿直线运至相距的分拣口处,在运行过程中包裹与水平托盘保持相对静止。运行最大速度,机器人运送包裹途中,看作质点。求: 如图所示,水平放置的传送带与光滑的圆弧轨道相切于点,圆弧与斜面相切于点,斜面足够长。某时刻将一个质量为的物块(可视为质点)从点轻放到传送带上。已知物块与传送带、斜面之间的动摩擦因数均为,传送带的长度,始终以向右传动,圆弧对应的圆心角为,半径,求: 如图为游乐场滑道的示意图,内壁光滑的水平半圆形管道与倾角的倾斜管道和水平直管道顺滑连接,管道的端离管道所在平面的高度,管道的跨度,离水面的高.质量的游客(可视为质点)从端静止滑下,游客与管道的动摩擦因数,与管道的动摩擦因数,游客经过点时速度大小不变,整个过程空气阻力不计,重力加速度取。(,)求: 如图所示,小球从平台上抛出,正好落在临近平台的一倾角为的光滑斜面上,且速度方向恰好沿斜面,并沿光滑斜面下滑,已知斜面顶端与平台的高度差,重力加速度取,,,求 如图所示,一小球自平台上水平抛出,恰好无碰撞地落在邻近平台的一倾角为的斜面顶端,并沿斜面下滑。已知斜面高度,斜面顶端与平台的高度差,小球与斜面的动摩擦因数,重力加速度取,,。求: 如图所示,质量为的物体在沿斜面的恒力作用下从底端沿斜面向上匀速运动到顶端,斜面高,倾斜角为。现撤去力,将物体放在斜面顶端,发现物体在轻微扰动后可匀速下滑,重力加速度大小为。则在物体上升过程中,恒力做的功为
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