計算題(共42分,解答時請寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟,只寫出最后答案的不能得分。)
14. (8分)將一個質(zhì)量為1kg的小球從某高處以3m/s的初速度水平拋出,測得小球落地點到拋出點的水平距離為1.2m。小球運動中所受空氣阻力忽略不計,g=10 m/s2。求:
(1)小球在空中運動的時間;
(2)拋出點距地面的高度;
(3)小球落地時重力的瞬時功率。
15.(10分)已知“天宮一號”在地球上空的圓軌道上運行時離地面的高度為h.地球半徑為R,地球表面的重力加速度為g,萬有引力常量為G。求:
(1)地球的密度為多少?
(2)“天宮一號”在該圓軌道上運行時速度v的大小;
16.(10分)如圖所示,讓質(zhì)量m=5.0kg的擺球由圖中所示位置A從靜止開始下擺,擺至最低點B點時恰好繩被拉斷。已知擺線長L=1.6m,懸點O與地面的距離OC=4.0m。若空氣阻力不計,擺線被拉斷瞬間小球的機械能無損失。(g取10 m/s2)求:
(1)擺線所能承受的拉力T;
(2)擺球落地時的動能。
17.(14分)為了研究過山車的原理,某興趣小組提出了下列設想:取一個與水平方向夾角為37°、長為l = 2.0m的粗糙傾斜軌道AB,通過水平軌道BC與豎直圓軌道相連,出口為水平軌道DE,整個軌道除 AB 段以外都是光滑的。其AB 與BC 軌道以微小圓弧相接,如圖所示.一個小物塊以初速度 =4.0m/s從某一高處水平拋出,到A點時速度方向恰好沿 AB 方向,并沿傾斜軌道滑下.已知物塊與傾斜軌道的動摩擦因數(shù) μ = 0.50.(g=10 m/s2、sin37°= 0.60、cos37° =0.80)
(1)求小物塊到達A點時速度。
(2)要使小物塊不離開軌道,并從軌道DE滑出,求豎直圓弧軌道的半徑應該滿足什么條件?
(3)為了讓小物塊不離開軌道,并且能夠滑回傾斜軌道 AB,則豎直圓軌道的半徑應該滿足什么條件?