高中物理力学实验计算题

如图所示，在一个大小为V/m，方向水平向左的匀强电场中，有一个小物块，质量为80g，带正电荷，与水平轨道之间的动摩擦因数0.2，在水平轨道的末端处，连接一个光滑的半圆形轨道，半径为40cm，取10m/s²，求：

（1）若小物块恰好运动到轨道的最高点，那么小物块应该从水平轨道的哪个位置释放？
（2）如果在第（1）问的位置释放小物块，当它运动到（轨道中点）点时对轨道的压力等于多少？

(15分)如图甲所示，弯曲部分AB和CD是两个半径相等的1/4圆弧，中间的BC段是竖直的薄壁细圆管(细圆管内径略大于小球的直径)，分别与上下圆弧轨道相切连接，BC段的长度L可作伸缩调节，下圆弧轨道与地面相切，其中D、A分别是上、下圆弧轨道的最高点与最低点，整个轨道固定在竖直平面内，一小球多次以某一速度从A点水平进入轨道而从D点水平飞出，今在A、D两点各放一个压力传感器，测试小球对轨道A、D两点的压力，计算出压力差ΔF，改变BC的长度L，重复上述实验，最后绘得的ΔF-L图象如图乙所示。(不计一切摩擦阻力，g取10m/s²)

⑴某一次调节后，D点的离地高度为0.8m，小球从D点飞出，落地点与D点的水平距离为2.4m，求小球经过D点时的速度大小；
⑵求小球的质量和弯曲圆弧轨道的半径。

在半径为R=12000km的某星球表面， 宇航员做了如下实验，实验装置如图所示。竖直面内的光滑轨道有轨道AB和圆轨道BC组成，将质量为m=0.1kg的小球，从轨道AB上高H处的某点静止滑下，用力传感器测出小球经过C点是对轨道的压力F，改变H的大小，可测出相应的F大小，F随H的变化关系如图乙所示，求：

（1）圆轨道的半径；
（2）该星球表面的重力加速度大小；
（3）该星球的第一宇宙速度。

山东省实验中学秋季运动会胜利召开,李同学对运动场的塑胶跑道特别感兴趣,他想测出运动鞋与塑胶跑道之间的摩擦因数,于是他做了如下的实验,用弹簧秤测出一只崭新运动鞋的重力为2.5N, 用弹簧秤水平拉着这只运动鞋在跑道上匀速运动时,弹簧秤的示数为2N.
①请利用上述数据算出运动鞋与塑胶跑道之间的动摩擦因数；
②若已知弹簧秤的量程为10N,0刻度与10N刻度之间的距离为8cm， 则该秤弹簧的劲度系数为多少N/m？（弹簧秤是精确的）
③若运动员穿着完全相同的运动鞋站在塑胶跑道上，运动鞋与塑胶跑道间的动摩擦因数是否变化？请说明原因。

做变速直线运动的物体，若前一半位移的平均速度为4m/s，后一半位移的平均速度是8m/s，求全程的平均速度。

如图所示，在竖直向下的匀强电场中，一个质量为m带负电的小球从斜轨道上的A点由静止滑下，小球通过半径为R的圆轨道顶端的B点时恰好不落下来。已知轨道是光滑而又绝缘的，且小球的重力是它所受的电场力2倍。求：

（1）A点在斜轨道上的高度h为多少？
（2）小球运动到最低点时对轨道的最小压力为多少？

如图所示，半径为、质量为m的小球用两根不可伸长的轻绳a、b连接，两轻绳的另一端系在一根竖直杆的A、B两点上，A、 B两点相距为l，当两轻绳伸直后，A、B两点到球心的距离均为l。当竖直杆以自己为轴转动并达到稳定时（细绳a、b与杆在同一竖直平面内）。求：

（1）竖直杆角速度ω为多大时，小球恰离开竖直杆?
（2）轻绳a的张力F_a与竖直杆转动的角速度ω之间的关系。

如图所示，用一劲度系数k=100N/m的轻质弹簧秤水平拉着质量m=1kg的物体向右做匀速直线运动，此时弹簧秤示数F=2N。

（1）画出此时的受力分析图，并求弹簧秤的形变量x₁和物体与地面间的动摩擦系数μ。
（2）如果弹簧秤突然变为竖直向上拉物体，使物体继续维持原来的匀速直线运动，则此时的弹簧秤形变量x₂为多少？物体与地面间的动摩擦系数又为多少？

如图所示，某位马拉松选手从A点静止出发，沿曲线ABCDE轨迹的箭头方向运动，AB、ABC、ABCD、ABCDE四段曲线轨迹运动所用的时间分别是：10 s、20s、40s、60s。

（1）如果要研究此位选手的速度变化特征，能否把运动员看成质点？
（2）如果选手在AB段的前4s做匀加速直线运动，之后做匀速直线运动，求加速度为多大？
（3）求选手在ABCD段的平均速度。

消防车的供水系统主要由水泵、输水管道和水炮组成。如图所示，消防水炮离地高度为H，建筑物上的火点离地高度为h，水炮与火点的水平距离为x，水泵的功率为P，整个供水系统的效率η=0.6。假设水从水炮水平射出，其中水泵、输水管道没有画出，水泵放置于地面，不计空气阻力，取g=10m/s²。

（1）、若H=80m，h=60m，水炮出水速度v₀=30m/s，试求水炮与起火建筑物之间的水平距离x；
（2）、在（1）问中，若水炮每秒出水量m₀="60" kg，试求水泵的功率P；
（3）、当完成高层灭火后，还需要对散落在火点正下方地面上的燃烧物进行灭火，将水炮竖直下移至H´=45m，假设供水系统的效率η不变，水炮出水口的横截面积不变，水泵功率应调整为P´，则P´应为多大？

(16分)如图所示，ABDO是处于竖直平面内的光滑轨道，AB是半径R＝15m的四分之一圆周轨道，半径OA处于水平位置，BDO是直径为15m的半圆轨道，D为BDO轨道的中央，一个小球P从A点的正上方距水平半径OA高H处自由落下，沿竖直平面内的轨道通过D点时对轨道的压力等于其重力的倍，试求：

⑴高度H的大小；
⑵讨论此球能否到达BDO轨道的O点，并说明理由；
⑶小球沿轨道运动后再次落到轨道上的速度的大小和方向。

(12分)F1是英文Formula One的缩写，即一级方程式赛车，是仅次于奥运会和世界杯的世界第三大赛事。F1 赛车的变速系统非常强劲，从时速0加速到100 km/h仅需2.3秒，此时加速度仍达10m/s²，时速为200 km/h时的加速度仍有3m/s²，从0加速到200 km/h再急停到0只需12秒。假定F1 赛车加速时的加速度随时间的增大而均匀减小，急停时的加速度大小恒为9.2 m/s²。上海F1赛道全长5.451km，比赛要求选手跑完56圈决出胜负。求：
（1）若某车手平均时速为210km/h，则跑完全程用多长时间？
（2）该车手的F1 赛车的最大加速度。

如图所示，在竖直方向上A、B物体通过劲度系数为k的轻质弹簧相连，A放在水平地面上，B、C两物体通过细绳绕过光滑轻质定滑轮相连，C放在固定的光滑斜面上，斜面倾角为30°，用手按住C，使细绳刚刚拉直但无拉力作用，并保证ab段的细绳竖直、cd段的细绳与斜面平行。已知A、B的质量分别为m₁、m₂，C的质量为2m，重力加速度为g，细绳与滑轮之间的摩擦力不计，开始时整个系统处于静止状态，释放C后它沿斜面下滑，斜面足够长，且物体A恰不离开地面。求：

(1)物体A恰不离开地面时，物体C下降的高度；
(2)其他条件不变，若把物体C换为质量为2（m+△m）的物体D，释放D后它沿斜面下滑，当A恰不离开地面时，物体B的速度为多大？

如图，光滑固定斜面倾角为α，斜面底端固定有垂直斜面的挡板C，斜面顶端固定有光滑定滑轮.质量为m的物体A经一轻质弹簧与下方挡板上的质量也为m的物体B相连，弹簧的劲度系数为k，A、B都处于静止状态.一条不可伸长的轻绳绕过轻滑轮，一端连物体A，另一端连一轻挂钩.开始时各段绳都处于伸直状态，A上方的一段绳平行于斜面.现在挂钩上挂一质量为M的物体D并从静止状态释放，已知它恰好能使B离开挡板但不继续上升.若让D带上正电荷q，同时在D运动的空间中加上方向竖直向下的匀强电场，电场强度的大小为E，仍从上述初始位置由静止状态释放D，则这次B刚离开挡板时D的速度大小是多少？已知重力加速度为g.

如图所示，在竖直方向上A、B两物体通过劲度系数为k的轻质弹簧相连，A放在水平地面上；B、C两物体通过细绳绕过轻质定滑轮相连，C放在固定的光滑斜面上。用手拿住C，使细线刚刚拉直但无拉力作用，并保证ab段的细线竖直、cd段的细线与斜面平行。已知A、B的质量均为m，C的质量为4m，重力加速度为g，细线与滑轮之间的摩擦不计，开始时整个系统处于静止状态。释放C后它沿斜面下滑，A刚离开地面时，B获得最大速度，

求：（1）当物体A从开始到刚离开地面时，物体C沿斜面下滑的距离
（2）斜面倾角α
（3）B的最大速度。