如图(a)所示,倾角θ=30(的光滑固定斜杆底端固定一电量为Q=2×10-4C的正点电荷,将一带正电小球(可视为点电荷)从斜杆的底端(但与Q未接触)静止释放,小球沿斜杆向上滑动过程中能量随位移的变化图像如图(b)所示,其中线1为重力势能随位移变化图像,线2为动能随位移变化图像。(g=10m/s2,静电力恒量K=9×109N·m2/C2)则:
(1)描述小球向上运动过程中的速度与加速度的大小变化情况;
(2)求小球的质量m和电量q;
(3)斜杆底端至小球速度最大处由底端正点电荷形成的电场的电势差U;
(4)在图(b)中画出小球的电势能( 随位移s变化的图线。(取杆上离底端3m处为电势零点)
【改编】宇航员乘坐航天飞船,在距月球表面高度为H的圆轨道绕月运行。经过多次变轨最后登上月球。宇航员在月球表面做了一个实验:将长度L的细绳一端固定,另一端系质量m的金属球,并让金属球恰好能在竖直面内作圆周运动。已知引力常量为G,月球半径为R,小球在最高点的速度为v,求:
(1)月球表面的重力加速度(不考虑月球自转的影响);
(2)航天飞船在高度为H圆轨道运行的速度。
杂技演员在做“水流星”表演时,用一根细绳两端各系一只盛水的杯子,抡起绳子,让杯子在竖直面内做半径相同的圆周运动,如图所示.杯内水的质量m=0.5 kg,绳长l=60 cm ,g=10m/s2.求:
(1)在最高点水不流出的最小速率.
(2)水在最高点速率v=3 m/s时,水对杯底的压力大小.
如图所示,倾角为37的粗糙斜面的底端有一质量m=1kg的形小滑块,小滑块与斜面间的动摩擦因数
=0.25。现小滑块以某一初速度v从斜面底端上滑,同时在斜面底端正上方有一小出,经过0.4s,小球恰好垂直斜面方向落入凹槽,此时,小滑块还在上滑过程中。(已知sin37°="0." 6,cos37°=0.8),g取10m/s
,求:
(1)小球水平抛出的速度v0;
(2)小滑块的初速度v。
【改编】如图所示,轨道ABCD的AB段为一半径R=0.2的光滑1/4圆形轨道,BC段为高为h=5
的竖直轨道,CD段为水平轨道。一质量为0.1
的小球由A点从静止开始下滑到B点时对轨道的压力为3N,
离开B点做平抛运动(g取10
/s2),求:
(1)小球到达B点时速度的大小;
(2)小球离开B点后,在CD轨道上的落地点到C的水平距离
(3)如果在BCD轨道上放置一个倾角=45°的斜面(如图中虚线所示),那么小球离开B点后能否落到水平面上?
已知地球与火星的质量之比是8∶1,半径之比是 2∶1,在地球表面用一恒力沿水平方向拖一木箱,箱子能获得10m/s2的加速度。将此箱子送上火星表面,仍用该恒力沿水平方向拖木箱,则木箱产生的加速度为多大?已知木箱与地球和火星表面的动摩擦因数均为0.5,地球表面g = 10m/s2。