高中物理力学实验计算题

(15分) 如图所示，水平轨道AB与竖直半圆形光滑轨道在B点平滑连接，AB段长x=10m，半圆形轨道半径R=2.5m，质量m=0.1kg的小滑块（可视为质点）以一定的速度从水平轨道进入半圆形轨道，沿轨道运动到最高点C，从C点水平飞出。若小滑块从C点水平飞出后恰好落在A点，重力加速度g=10m/s²，试分析求解：

(1)滑块通过C点时的速度大小；
(2)滑块刚进入半圆形轨道时，在B点对轨道的压力大小；

如图为某游乐场内水上滑梯轨道示意图，整个轨道在同一竖直平面内，轨道表面粗糙，点A距水面的高度为H， B点距水面的高度为R，一质量为m的游客（视为质点）从A点由静止开始滑下，到B点时沿水平切线方向滑离轨道后落在水面D点， OD=2R，不计空气阻力，重力加速度为g，求：

(1) 游客滑到B点的速度v_B的大小
(2) 游客运动过程中轨道摩擦力对其所做的功W_f

一位汽车旅游爱好者打算到某风景区去观光，出发地和目的地之间是一条近似于直线的公路．他原计划全程平均速度要达到30km/h，可是走出一半路程之后发现前半段路程他的平均速度仅有20km/h，如果他仍然打算将全程的平均速度提高到原计划水平，那么在后半段路程里他开车的平均速度应达到多少？

(12分)下表是一辆电动自行车的部分技术指标，其中额定车速是指电动自行车满载情况下在水平平直道路上以额定功率匀速行驶的速度。

额定车速	整车质量	载重	额定输出功率	电动机额定工作电压和电流
18km/h	40kg	80kg	180W	36V/6A

 
请参考表中数据，完成下列问题 (g取10 m/s²)：
(1)此电动机的电阻是多少？正常工作时，电动机的效率是多少？
(2)在水平平直道路上行驶过程中电动自行车受阻力是车重（包括载重）的k倍，试计算k的大小。
(3)仍在上述道路上行驶，若电动自行车满载时以额定功率行驶，当车速为2m/s时的加速度为多少？

地球半径为R₀，地表面重力加速度为g₀，登山运动员在某山的山顶做单摆实验，测得单摆的摆长为L，周期为T，由以上条件表示此山的高度。

电动轿车是未来小轿车发展的趋势，某轻型电动轿车，质量（含载重）m =200kg，蓄电池组电动势E=200V，内阻r=0.05Ω，直接对超导电动机（线圈为超导材料，电阻为零）供电，供电电流I=100A，电动机通过传动效率=90％的传动装置带动车轮转动。保持电动机功率不变，假设轿车在运动过程中所受摩擦及空气阻力大小之和恒为f=653N，g=10m/s²，试求:
(1) 若轿车在6s内由静止在水平路面上加速到v=72km/h，则这6s内轿车的位移大小为多少？
(2) 已知某斜坡路面的倾角为，轿车所受摩擦及空气阻力大小不变，则轿车在上坡过程中能达到的最大速度为多少？（）

如图（a）所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上，两导轨间距L=0.2m，电阻R=0.4Ω，导轨上停放一质量m=0.1kg、电阻r=0.1Ω的金属杆，导轨电阻可忽略不计，整个装置处于磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中，磁场方向竖直向下。现用一外力F沿水平方向拉杆，使之由静止开始运动，若理想电压表的示数U随时间t变化的关系如图（b）所示。

（1）试分析说明金属杆的运动情况；
（2）求第2s末外力F的瞬时功率。

如图所示，一根长为L的绝缘轻绳的一端固定在O点，另一端连接着一个带正电的小球，小球可视为质点，其质量为m，电荷量为q。在O点正上方和正下方距O点L处，各固定一个绝缘弹性挡板A和B，两个挡板尺寸很小，均竖直放置。此装置处在一个竖直匀强电场中，电场强度的大小为，方向最初竖直向上。现将小球拉到O点右侧同一高度且距O点L处，给它一个竖直向上的初速度 。此后小球在A、B之间的右侧区域竖直面内做圆周运动，并不时与A、B挡板碰撞，在小球与A、B挡板碰撞时，通过两挡板上安装的传感器和控制电路，控制电场方向在碰后瞬间反向，不计碰撞中的能量损失，重力加速度为g，求：

（1）小球与A挡板第一次碰前瞬间，绳中拉力F₁为多少？
（2）小球与B挡板第一次碰前瞬间，绳中的拉力F₂为多少？
（3）若轻绳可以承受的最大拉力为50mg，则在绳断之前，小球与B挡板碰撞了多少次？

如下图所示，在水平向右的匀强电场中，有一光滑绝缘导轨，导轨由水平部分和它连接的位于竖直平面的半圆环ABC构成，现距环最低点A为L的O处有一质量为m的带正电的小球，小球从静止开始沿水平轨道进入圆环，若小球所受电场力与其重力大小相等，圆环轨道的半径为R，则L必须满足什么条件才能使得小球在圆环上运动时不脱离圆环？

一根长为l的丝线吊着一质量为m，带电荷量为q的小球静止在水平向右的匀强电场中，如图所示，丝线与竖直方向成37°角，现突然将该电场方向变为向下且大小不变，不考虑因电场的改变而带来的其他影响(重力加速度为g)，求：

(1)匀强电场的电场强度的大小；(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)，
(2)小球经过最低点对丝线的拉力．

总质量为100 kg的小车，在粗糙水平地面上从静止开始运动，其速度—时间图象如图所示。已知在0—2s时间内小车受到恒定水平拉力F = 1240N，2s后小车受到的拉力发生了变化。试根据图象求：(g取10 m/s²）

（1）0 — 18时间内小车行驶的平均速度约为多少？
（2）t ="1" s时小车的加速度；
（3）小车与地面间的动摩擦因数。

如图所示，半径为R的1/4光滑圆弧轨道与光滑水平面相切于B点，O为光滑圆弧的圆心，其中OB竖直，OC水平，且AB=R，整个空间存在水平向右的匀强电场，质量为m的带正电小球从A点静止释放，其所受电场力为重力的3/4倍，重力加速度为g，求：

（1）小球到达C点时对轨道的压力大小；
（2）小球从A点运动到C点过程中最大速度的大小．

如图所示，质量为m的物体，放在一固定斜面上，当斜面倾角为30°时恰能沿斜面匀速下滑．保持斜面倾角为30°，对物体施加一水平向右的恒力F，使物体沿斜面匀速向上滑行（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）．增大斜面倾角，当倾角超过某一临界角θ₀ 时，则不论水平恒力F多大，都不能使物体沿斜面向上滑行，已知重力加速度为g，试求：

（1）物体与斜面间的动摩擦因数μ；
（2）水平恒力F的大小；
（3）这一临界角θ₀的大小．

如图所示，半径R=0.5m的光滑圆弧面CDM分别与光滑斜面体ABC和斜面MN相切于C、M点，斜面倾角分别如图所示。O为圆弧圆心，D为圆弧最低点，C、M在同一水平高度．斜面体ABC固定在地面上，顶端B安装一定滑轮， 一轻质软细绳跨过定滑轮（不计滑轮摩擦）分别连接小物块P、Q （两边细绳分别与对应斜面平行），并保持P、Q两物块静止．若PC间距为L₁=0.25m，斜面MN足够长，物块P质量m₁= 3kg，与MN间的动摩擦因数，重力加速度g=10m/s²求：（ sin37°=0.6，cos37°=0.8）

（1）小物块Q的质量m₂；
（2）烧断细绳后，物块P第一次到达D点时对轨道的压力大小；
（3）物块P在MN斜面上滑行的总路程．

质量为500t的机车以恒定的功率由静止出发．经5min行驶2.25km．速度达到的最大值54km/h，设阻力恒定且取g=10m/s²，求：
（1）机车的功率；
（2）机车的速度为36km/h 时的加速度。