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高中物理竞赛之力学部分:刚体力学大解析(可编辑精品)

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判天地之美,析万物之理—庄子

高中物理竞赛之力学大解析

刚体力学

概述:刚体指大小和形状都不变的物体,实质上可以把刚体看作是质量连续分布的且任意两质量元之间距离保持不变的质点系。

一、刚体的状态 1.静止的刚体

条件: (1)所受的合外力为零

(2)所受的合力矩为零 例题:1—82

2.运动的刚体(刚体的平面运动)

刚体运动过程中的特点:其上任意两点的连线始终保持平行。 (1)定轴转动

转动:刚体上所有质点都绕同一直线做圆周运动,这种运动称为刚体的转动,这条直线称为转动轴。

定轴转动:转动轴固定不动 (2)角速度、角加速度

角速度是矢量,方向由右手法则确定如图所示说明;角速度与线速度的关系:r v ?=ω 角加速度:dt

d ω

β=

,角加速度也是矢量,方向:对于定轴转动来说与角速度的方向相同。 (3)定轴转动定律

※对转轴的力矩M =Fl ,作用效果使刚体绕轴转动,逆转取正,顺转取负

※角动量L :一质点绕某转动轴做圆周运动,则该质点绕此转动轴的角动量为L =mvr ;假如有许多质点呢?质点系绕该转动轴的角动量为L =∑m i v i r i ,对于定轴转动的刚体的角动

量L =∑m i v i r i =∑m i r i 2

ω ※转动惯量J :刚体中各质元质量与其到转动轴线垂直距离平方乘积之和,即J =∑m i r i 2,

刚体中各质元是连续分布的则J =?

dm r 2

,所以L =J ω

例题分析(关于转动惯量的计算) 例1.薄圆环对中心轴线的转动惯量 分析:如图所示J =mR 2 (微元法)

常见的刚体的转动惯量

圆柱体对柱体轴线的转动惯量:J =

221

mR 圆柱环对柱体轴线的转动惯量:J =)(2

12

221R R m +(割补法)

细杆对过中心且与杆垂直的轴线的转动惯量:J =ml 2/12 实圆柱体对中心直径的转动惯量J= mR 2/4+ ml 2/12

l

分析:左右两部分对中心转轴的转动惯量是一样的,则只要算出其中一部分的转动惯量就可以了,则将左边部分分成n 等份,每分的质量为m /2n ,

J /2=???

?

??????? ??++??? ??+??? ??+??? ??∞→2

2222223222222lim n l n n m n l n m n l n m n l n m n

=()

???

?????++++??? ??∞→n n l n m n 2

22232122lim =()()???

?

????++??? ??∞→1216122lim 2n n n n l n m n 实球体对任意直径的转动惯量:J =2mR 2/5

薄球壳对任意直径的转动惯量:J =2mR 2/3 ※关于转动惯量的两个定理: ①平行轴定理:J =J C +md 2 ②垂直轴定理:J z = J x + J y

利用上述定理分析细圆环对任意切线的转动惯量:J =3mR 2/2

※定轴转动定律

刚体在做定轴转动时,刚体的角加速度与刚体所受到的合外力距成正比,与刚体的转动惯量成反比。

即M =J β(类比与牛二定律F =ma ) 例题分析:

例2.质量为M =16kg 的实心滑轮,半径R 为0.15m 。一根细绳绕在滑轮上,一端挂一质量为m =8kg 的物体。求(1)静止开始1秒钟后,物体下降的距离。(2)绳子的张力。

分析:R

a

MR TR 221=

ma T mg =-

则a =5m/s 2,2

2

1at h ==2.5m T =40N

练习:1—78答案加速度为5.79m/s 2,绳子的张力分别为69.9N ,和75.8N 。 (4)定轴转动的功能原理

转动动能:定轴转动的刚体中,所有的质元作圆周运动的动能之和即刚体的转动动能,

22

1

ωJ E K =

力矩的功:力矩作用下,使刚体发生转动,转动过程中转动动能发生变化,则力矩对刚

体做了功,即力矩的功。

定轴转动的动能定理:

合外力矩对刚体做的功等于刚体转动动能的增加量 即2022

121ωωJ J W -=

例题分析:

例:一质量为M ,半径为R 的圆盘,盘上绕有绳子,一端挂一质量为m 的物体。问物体由静止开始下落高度h 时,其速度为多大呢?

l

2022121ωω?J J TR =

? 2

022

121mv mv Th mgh -=-

又因 ??=R h ωR v = 00=v 00=ω 22

1

MR J =

解得:m

M mgh

v 222

+=

练习:匀质杆的质量为m ,长为l ,一端为光滑的支点,最初处于水平位置,释放后杆向下摆动,求杆在铅垂直位置时,其下端点的线速度v 。(gl v 3=) ※机械能守恒定律(对刚体也是适用的) (5)刚体定轴转动的角动量守恒 角动量:L =J ω

冲量矩:Mt (时间t 内)适用力矩不变,如果力矩随时间变化则在t 时间内冲量矩:?

Mdt 类比动量定理得到角动量定理:

?Mdt =112

2

ωω

J J -

例题分析 例题1—79

分析:对木块用动量定理 t f mv mv ?-=-0 对圆柱体用角动量定理 t fR J J ?=-0ωω 又因

00=ω R v ω=

则 2

01m R J v v +

=

角动量守恒定律:

当M 合=0时,则1122ωωJ J =

刚体所受的合力矩为零时,则刚体的角动量保持不变 延伸:物体系的角动量守恒

内容:若选一系统,此系统中,有质点(多个)和刚体,此系统对于某一转动轴的合力矩为零,则整个系统对该转动轴的角动量守恒。即

i

i

i i

i

r v m J ∑∑+ω=恒量

例题分析

例1:一长为l ,质量为M 的杆,可绕支点O 自由转动,另一质量为m ,速度为v 的子弹射入距支点为a 的棒内。问子弹刚穿进棒内时,棒的角速度为多少?(设棒穿进棒的时间很短)

分析:对M 和m 的系统角动量守恒

则ω??

? ??+=2

231ma Ml mva 所以??

? ??+=

2231m a Ml m va ω

再问能偏转的最大角度是多少呢?

v 0 R

v

分析:利用转动动能定理

)cos 1(2)cos 1(31212

22ααω-+-=??

? ??+l Mg mga ma Ml 解得:??

? ??+??? ??+-=Mgl mga ma Ml a v m 213121cos 222

22α

例题2:1—85

分析:m 离盘时的速度为R v ω=0,则g

R g v h 222

22

0ω=

= 盘破碎前后系统角动量守恒:R mv mR MR MR 02222121+'??

?

??-=ωω

所以ωω=',角速度不变,余下部分的角动量是ω??

? ??-2221mR MR 转动动能为:2

222121ω??

? ??-=mR MR E k

练习1—87、1—88

(6)刚体的平面运动

一般的刚体的运动既有平动又有转动,这为了分析问题的方便,可以把刚体的运动看成是质心的平动和绕质心的转动。所以在分析刚体运动时,一方面要运用质点的动力学方程及动量定理、动量守恒定律,另一方面要运用转动的动力学方程及角动量定理、角动量守恒定律。注意对于平面运动的刚体运用功能原理时,不能分别列方程,因为能量标量,则注意平面运动的刚体的重力势能等于质心的的重力势能,刚体的动能等于质心的平动动能加上绕质心的转动动能,即

222

1

21ωc c k J mv E +=

例题分析

例题1:1—80

分析:A 做转动,B 刚体做一般的平面运动,看成质心向下加速运动和刚体B 绕质心转动则:

对A :A A A A r m Tr β221=

对B :B B B B r m Tr β22

1=

C B B a m T g m =-

又因:A A

A r a =β

B B B r a =β B

C A a a a -=

解得:()g m m m m a B A B A C 232++= g m m m m T B

A B

A +=3

例题2:1—90

B A

r B

m A

m B r A

C B

A

r B

m A

m B r A

C m B g

T

T

高中物理竞赛(力学)练习题解

1、(本题20分)如图6所示,宇宙飞船在距火星表面H高度处作匀速圆周运动,火星半径为R 。当飞船运行到P点时,在极短时间内向外侧点喷气,使飞船获得一径向速度,其大小为原来速度的α倍。因α很小,所以飞船新轨道不会与火星表面交会。飞船喷气质量可以不计。 (1)试求飞船新轨道的近火星点A的高度h近和远火星点B的高度h远; (2)设飞船原来的运动速度为v0 ,试计算新轨道的运行周期T 。 2,(20分)有一个摆长为l的摆(摆球可视为质点,摆线的质量不计), 在过悬挂点的竖直线上距悬挂点O的距离为x处(x<l)的C点有一固 定的钉子,如图所示,当摆摆动时,摆线会受到钉子的阻挡.当l一定 而x取不同值时,阻挡后摆球的运动情况将不同.现将摆拉到位于竖直 线的左方(摆球的高度不超过O点),然后放 手,令其自由摆动,如果摆线被钉子阻挡后,摆球恰巧能够击中钉子,试 求x的最小值. 3,(20分)如图所示,一根长为L的细刚性轻杆的两端分别连结小球a和 b,它们的质量分别为m a 和m b. 杆可绕距 a球为L/4处的水平 定轴O在竖直平面内转动.初始时杆处于竖直位置.小球b几乎 接触桌面.在杆的右边水平桌面上,紧挨着细杆放着一个质量为 m的立方体匀质物块,图中ABCD为过立方体中心且与细杆共面 的截面.现用一水平恒力F作用于 a球上,使之绕O轴逆时针 转动,求当a转过 角时小球b速度的大小.设在此过程中立方 体物块没有发生转动,且小球b与立方体物块始终接触没有分 离.不计一切摩擦. 4、把上端A封闭、下端B开口的玻璃管插入水中,放掉部分空气后 放手,玻璃管可以竖直地浮在水中(如下图).设玻璃管的质量m=40克,横截面积S=2厘米2,水面以上部分的 长度b=1厘米,大气压强P0=105帕斯卡.玻璃管壁厚度不计,管内空气质量不计. (1)求玻璃管内外水面的高度差h. (2)用手拿住玻璃管并缓慢地把它压入水中,当管的A端在水面下超过某一深度时,放手后玻璃管 不浮起.求这个深度. (3)上一小问中,放手后玻璃管的位置是否变化?如何变化?(计算时可认为管内空气的温度不变) 5、一个光滑的圆锥体固定在水平的桌面上,其轴线沿竖直方向,母线与轴线之间的夹角θ=30°(如右 图).一条长度为l的绳(质量不计),一端的位置固定在圆锥体的顶点O处,另一端拴着一个质量为 m的小物体(物体可看作质点,绳长小于圆锥体的母线).物体以速率v绕圆锥体的轴线做水平匀 速圆周运动(物体和绳在上图中都没画出 ). a O b A B C D F

高中物理竞赛热现象和基本热力学定律

高中物理竞赛——热现象和基本热力学定律 1、平衡态、状态参量 a 、凡是与温度有关的现象均称为热现象,热学是研究热现象的科学。热学研究的对象都是有大量分子组成的宏观物体,通称为热力学系统(简称系统)。当系统的宏观性质不再随时间变化时,这样的状态称为平衡态。 b 、系统处于平衡态时,所有宏观量都具有确定的值,这些确定的值称为状态参量(描述气体的状态参量就是P 、V 和T )。 c 、热力学第零定律(温度存在定律):若两个热力学系统中的任何一个系统都和第三个热力学系统处于热平衡状态,那么,这两个热力学系统也必定处于热平衡。这个定律反映出:处在同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观特征,这一特征是由这些互为热平衡系统的状态所决定的一个数值相等的状态函数,这个状态函数被定义为温度。 2、温度 a 、温度即物体的冷热程度,温度的数值表示法称为温标。典型的温标有摄氏温标t 、华氏温标F (F = 5 9t + 32)和热力学温标T (T = t + 273.15)。 b 、(理想)气体温度的微观解释:K ε = 2 i kT (i 为分子的自由度 = 平动自由度t + 转动自由度r + 振动自由度s 。对单原子分子i = 3 ,“刚性”〈忽略振动,s = 0,但r = 2〉双原子分子i = 5 。对于三个或三个以上的多原子分子,i = 6 。能量按自由度是均分的),所以说温度是物质分子平均动能的标志。 c 、热力学第三定律:热力学零度不可能达到。(结合分子动理论的观点2和温度的微观解释很好理解。) 3、热力学过程 a 、热传递。热传递有三种方式:传导(对长L 、横截面积S 的柱体,Q = K L T T 21-S Δt )、对流和辐射(黑体表面辐射功率J = αT 4) b 、热膨胀。线膨胀Δl = αl 0Δt 【例题3】如图6-5所示,温度为0℃时,两根长度均为L 的、均匀的不同金属棒,密度分别为ρ1和ρ2 ,现膨胀系数分别为α1和α2 ,它们的一端粘合在一起并从A 点悬挂在天花板上,恰好能水平静止。若温度升高到t ℃,仍需它们水平静止平衡,则悬点应该如何调整? 【解说】设A 点距离粘合端x ,则 ρ1(2 L ? x )=ρ2(2 L + x ) ,得:x = ) (2)(L 2121ρ+ρρ-ρ 设膨胀后的长度分别为L 1和L 2 ,而且密度近似处理为不变,则同理有 ρ1(2 L 1 ? x ′)=ρ2 (2 L 2 + x ′) ,得:x ′= ) (2L L 212211ρ+ρρ-ρ 另有线膨胀公式,有 L 1 = L (1 + α1t ),L 2 = L (1 + α2t ) 最后,设调整后的悬点为B ,则AB = x ′? x

高中物理竞赛预赛试题分类汇编—力学

全国中学生高中物理竞赛预赛试题分类汇编 力学 第16届预赛题. 1.(15分)一质量为M 的平顶小车,以速度0v 沿水平的光滑轨道作匀速直线运动。现将一质量为m 的小物块无初速地放置在车顶前缘。已知物块和车顶之间的动摩擦系数为μ。 1. 若要求物块不会从车顶后缘掉下,则该车顶最少要多长? 2. 若车顶长度符合1问中的要求,整个过程中摩擦力共做了多少功? 参考解答 1. 物块放到小车上以后,由于摩擦力的作用,当以地面为参考系时,物块将从静止开始加速运动,而小车将做减速运动,若物块到达小车顶后缘时的速度恰好等于小车此时的速度,则物块就刚好不脱落。令v 表示此时的速度,在这个过程中,若以物块和小车为系统,因为水平方向未受外力,所以此方向上动量守恒,即 0()Mv m M v =+ (1) 从能量来看,在上述过程中,物块动能的增量等于摩擦力对物块所做的功,即 2 112 mv mg s μ= (2) 其中1s 为物块移动的距离。小车动能的增量等于摩擦力对小车所做的功,即 22021122 Mv mv mgs μ-=- (3) 其中2s 为小车移动的距离。用l 表示车顶的最小长度,则 21l s s =- (4) 由以上四式,可解得 2 2()Mv l g m M μ=+ (5) 即车顶的长度至少应为20 2() Mv l g m M μ=+。 2.由功能关系可知,摩擦力所做的功等于系统动量的增量,即 22 11()22 W m M v Mv =+- (6) 由(1)、(6)式可得 2 2() mMv W m M =-+ (7) 2.(20分)一个大容器中装有互不相溶的两种液体,它们的密度分别为1ρ和2ρ(12ρρ<)。现让一长为L 、密度为 121 ()2 ρρ+的均匀木棍,竖直地放在上面的液体内,其下端离两液体分界面的距离为

20高中物理竞赛力学题集锦

全国中学生物理竞赛集锦(力学) 第21届预赛(2004.9.5) 二、(15分)质量分别为m 1和m 2的两个小物块用轻绳连结,绳跨过位于倾角α =30?的光滑斜面顶端的轻滑轮,滑轮与转轴之间的磨擦不计,斜面固定在水平桌面上,如图所示。第一次,m 1悬空,m 2放在斜面上,用t 表示m 2自斜面底端由静止开始运动至斜面顶端所需的时间。第二次,将m 1和m 2位置互换,使m 2悬空,m 1放在斜面上,发现m 1自斜面底端由静止开始运动至斜面顶端所需的时间为t/3。求m l 与m 2之比。 七、(15分)如图所示,B 是质量为m B 、半径为R 的光滑半球形碗,放在光滑的水平桌面上。A 是质为m A 的细长直杆,被固定的光滑套管C 约束在竖直方向,A 可自由上下运动。碗和杆的质量关系为:m B =2m A 。初始时,A 杆 被握住,使其下端正好与碗的半球面 的上边缘接触(如图)。然后从静止 开始释放A ,A 、B 便开始运动。设A 杆的位置用θ 表示,θ 为碗面的球心 O 至A 杆下端与球面接触点的连线方 向和竖直方向之间的夹角。求A 与B 速度的大小(表示成θ 的函数)。 九、(18分)如图所示,定滑轮B 、C 与动滑轮D 组成一滑轮组,各滑轮与转轴间的摩擦、滑轮的质量均不计。在动滑轮D 上,悬挂有砝码托盘A ,跨过滑轮组的不可伸长的轻线的两端各挂有砝码2和3。一根用轻线(图中穿过弹簧的那条坚直线)拴住的压缩轻弹簧竖直放置在托盘底上,弹簧的下端与托盘底固连,上端放有砝码1(两者未粘连)。已加三个砝码和砝码托盘的质量都是m ,弹簧的劲度系数为k ,压缩量为l 0,整个系统处在静止状态。现突然烧断栓住弹簧的轻线,弹簧便伸长,并推动砝码1向上运动,直到砝码1与弹簧分离。假设砝码1在以后的运动过程中不会与托盘的顶部相碰。求砝码1从与弹簧分离至再次接触经历的时间。 第21届复赛 二、(20分) 两颗人造卫星绕地球沿同一椭圆轨道同向运动,它们通过轨道上同一点的时间相差半个周期.已知轨道近地点离地心的距离是地球半径R 的2倍,卫星通过近地点时的速度R GM 43=v ,式中M 为地球质量,G 为引力常量.卫 星上装有同样的角度测量仪,可测出卫星与任意两点的两条连线之间的夹角.试设计一种测量方案,利用这两个测量仪测定太空中某星体与地心在某时刻的距离.(最后结果要求用测得量和地球半径R 表示) 六、(20分)如图所示,三个质量都是m 的刚性小球A 、B 、C 位于光滑的水平桌面上 (图中纸面),A 、B 之间,B 、C 之间分别用刚性轻杆相连,杆与A 、B 、C 的各连接处皆为“铰链式”的(不能对小球产生垂直于杆方向的作用力).已知杆AB 与BC 的 夹角为π-α ,α < π/2.DE 为固定在桌面上一块挡板,它与AB 连线方向垂直.现令 A 、 B 、 C 一起以共同的速度v 沿平行于AB 连线方向向DE 运动,已知在C 与挡板碰撞过程中C 与挡板之间无摩擦力作用,求碰撞时当C 沿垂直于DE 方向的速度由v 变为0这一极短时间内挡板对C 的冲量的大小. 第二十届预赛(2003年9月5日) 五、(20分)有一个摆长为l 的摆(摆球可视为质点,摆线的质量不计),在过悬挂点的竖直线上距悬挂点O 的距离为x 处(x <l )的C 点有一固定的钉子,如图所示,当摆摆动时,摆线会受到钉子的阻挡.当l 一定而x 取不同值时,阻挡后摆球的运动情况将不同.现将摆拉到位于竖直线的左方(摆球的高度不超过O 点),然后放手,令其自由摆动,如果摆线被钉子阻挡后,摆球恰巧能够击中钉子,试求x 的最小值. 六、(20分)质量为M 的运动员手持一质量为 m 的物块,以速率v 0沿与水平面成a 角的方向向前跳跃(如图) .为了能跳得更远一点,运动员可在跳远全过程中的某一位置处, A B C π-α D E

高中物理竞赛辅导讲义 静力学

高中物理竞赛辅导讲义 第1篇 静力学 【知识梳理】 一、力和力矩 1.力与力系 (1)力:物体间的的相互作用 (2)力系:作用在物体上的一群力 ①共点力系 ②平行力系 ③力偶 2.重力和重心 (1)重力:地球对物体的引力(物体各部分所受引力的合力) (2)重心:重力的等效作用点(在地面附近重心与质心重合) 3.力矩 (1)力的作用线:力的方向所在的直线 (2)力臂:转动轴到力的作用线的距离 (3)力矩 ①大小:力矩=力×力臂,M =FL ②方向:右手螺旋法则确定。 右手握住转动轴,四指指向转动方向,母指指向就是力矩的方向。 ③矢量表达形式:M r F =? (矢量的叉乘),||||||sin M r F θ=? 。 4.力偶矩 (1)力偶:一对大小相等、方向相反但不共线的力。 (2)力偶臂:两力作用线间的距离。 (3)力偶矩:力和力偶臂的乘积。 二、物体平衡条件 1.共点力系作用下物体平衡条件: 合外力为零。 (1)直角坐标下的分量表示 ΣF ix = 0,ΣF iy = 0,ΣF iz = 0 (2)矢量表示 各个力矢量首尾相接必形成封闭折线。 (3)三力平衡特性 ①三力必共面、共点;②三个力矢量构成封闭三角形。 2.有固定转动轴物体的平衡条件:

3.一般物体的平衡条件: (1)合外力为零。 (2)合力矩为零。 4.摩擦角及其应用 (1)摩擦力 ①滑动摩擦力:f k = μk N(μk-动摩擦因数) ②静摩擦力:f s ≤μs N(μs-静摩擦因数) ③滑动摩擦力方向:与相对运动方向相反 (2)摩擦角:正压力与正压力和摩擦力的合力之间夹角。 ①滑动摩擦角:tanθk=μ ②最大静摩擦角:tanθsm=μ ③静摩擦角:θs≤θsm (3)自锁现象 三、平衡的种类 1.稳定平衡: 当物体稍稍偏离平衡位置时,有一个力或力矩使之回到平衡位置,这样的平衡叫稳定平衡。2.不稳定平衡: 当物体稍稍偏离平衡位置时,有一个力或力矩使它的偏离继续增大,这样的平衡叫不稳定平衡。 3.随遇平衡: 当物体稍稍偏离平衡位置时,它所受的力或力矩不发生变化,它能在新的位置上再次平衡,这样的平衡叫随遇平衡。 【例题选讲】 1.如图所示,两相同的光滑球分别用等长绳子悬于同一点,此两球同时又支撑着一个等重、等大的光滑球而处于平衡状态,求图中α(悬线与竖直线的夹角)与β(球心连线与竖直线的夹角)的关系。 面圆柱体不致分开,则圆弧曲面的半径R最大是多少?(所有摩擦均不计) R

高中物理竞赛训练题 - 《静力学》奥赛试题

2003年高一物理奥赛培训系列练习 第一讲 共点力的处理 班次 姓名 得分 1、(本题20分)如图1所示,一根重8牛顿的均质直棒 AB ,其A 端用悬线悬挂在O 点,现用F = 6牛顿的水平 恒力作用于B 端,当达到静止平衡后,试求:(1)悬绳 与竖直方向的夹角α;(2)直棒与水平方向的夹角β。 2、(本题10分)均质铁链如图2悬挂在天花板上,已知悬挂处的铁链的切线与天花板的夹角为θ,而铁链总重为G, 试求铁链最底处的张力。 3、(本题20分)如图3所示,两不计大小的定滑轮被等高地固定在天花板上,跨过滑轮的轻绳悬挂三部分重物。A 、B 部分的重量是固定的,分别是A G = 3牛顿和B G = 5牛顿,C G 则可以调节大小。设绳足够长,试求能维持系统静止平衡的C G 取值范围。 图 2 θ 图1 F O A B αβA B C 图 3

4、(本题10分)如图4所示,被固定在竖直平面的大环半径为R , 另有一质量为m 的光滑小环套在大环上,并通过劲度系数为K、自由长度为L ( L < 2R )的轻质弹簧系在大环的顶点A 。试求小环静止平衡时弹簧与竖直方向的夹角θ。 5、(本题20分)如图5所示,均质杆AB置于互相垂直的两斜面上,杆两端与斜面摩擦系数均为μ,右边斜面的倾角为α。试求:平衡时,杆与斜面AC的夹角θ的可取值范围。 6、(本题20分)图6的系统中,所有接触面均粗糙,B静止 在C上,而A沿C匀速下滑,且α<β,试判断地面对C的 摩擦力大小情况、地面对C的支持力与ABC三者重力之和的 关系。 θ A m 图 4 A B α  90-α θ 图 5 A B C αβ 图 6

高中物理竞赛力学练习题解

1、(本题20分)如图6所示,宇宙飞船在距火星表面H 高度处作匀速圆周运动,火星半径为R 。当飞船运行到P 点时,在极短时间内向外侧点喷气,使飞船获得一径向速度,其大小为原来速度的α倍。因α很小,所以飞船新轨道不会与火星表面交会。飞船喷气质量 可 以 不 计 。 (1)试求飞船新轨道的近火星点A 的高度h 近和远火星点B 的高度h 远 ; (2)设飞船原来的运动速度为v 0 ,试计算新轨道的运行周期T 。 2,(20分)有一个摆长为l 的摆(摆球可视为质点,摆线的质量不计),在过悬挂点的竖直线上距悬挂点O 的距离为x 处(x <l )的C 点有一固定的钉子,如图所示,当摆摆动时,摆线会受到钉子的阻挡.当l 一定而x 取不同值时,阻挡后摆球的运动情况将不同.现将摆拉到位于竖直线的左方(摆球的高度不超过O 点),然后放 手,令其自由摆动,如果摆线被钉子阻挡后,摆球恰巧能够击中钉子,试求x 的最小值. 3,(20分)如图所示,一根长为L 的细刚性轻杆的两端分别连结小球a 和b ,它们的质量分别为m a 和 m b . 杆可绕距a 球为L/4处的水平定轴O 在竖直平面内转动.初始时杆处于竖直位置.小球b 几乎接触桌面.在杆的右边水平桌面上,紧挨着细杆放着一个质量为m 的立方体匀质物块,图中ABCD 为过立方体中心且与细杆共面的截面.现用一水平恒力F 作用于a 球上,使之绕O 轴逆时针转动, 求当a 转过 角时小球b 速度的大小.设在此过程中立方体物块没有发生转动,且小球b 与立方体物块始终接触没有分离.不计一切摩擦. 4、把上端A 封闭、下端B 开口的玻璃管插入水中,放掉部分空气后放手,玻璃管可以竖直地 浮在水中(如下图).设玻璃管的质量m=40克,横截面积S=2厘米2,水面以上部分的长度b=1 厘米,大气压强P 0=105帕斯卡.玻璃管壁厚度不计,管内空气质量不计. (1)求玻璃管内外水面的高度差h. (2)用手拿住玻璃管并缓慢地把它压入水中,当管的A 端在水面下超过某一深度时,放手后玻璃管不浮起.求这个深度. a O b A B C D F

全国中学生高中物理竞赛集锦(力学)答案

全国中学生物理竞赛集锦(力学)答案 第21届预赛(2020.9.5) 二、第一次,小物块受力情况如图所示,设T 1为绳中张力,a 1为两物块加速度的大小,l 为斜面长,则有 1111 m g T m a -= (1) 1221 sin T m g m a α-= (2) 2 11 2 l a t = (3) 第二次,m 1与m 2交换位置.设绳中张力为T 2,两物块加速度的大小为a 2,则有 2222m g T m a -= (4) 2112sin T m g m a α-= (5) 2 2123t l a ?? = ??? (6) 由(1)、(2)式注意到α =30?得 12 11222() m m a g m m -= + (7) 由(4)、(5)式注意到α =30?得 21 21222() m m a g m m -= + (8) 由(3)、(6)式得 2 19 a a = (9) 由(7)、(8)、(9)式可解得

1211 19 m m = (10) 评分标准:本题15分,(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)式各2分,求得(10)式再给3分。 七、由题设条件知,若从地面参考系观测,则任何时刻,A 沿竖直方向运动,设其速度为v A ,B 沿水平方向运动,设其速度为v B ,若以B 为参考系,从B 观测,则A 杆保持在竖直方向,它与碗的接触点在碗面内作半径为R 的圆周运动,速度的方向与圆周相切,设其速度为V A 。杆相对地 面的速度是杆相对碗的速度与碗相对地面的速度的合速度,速度合成的矢量图如图中的平行四边形所示。由图得 A A sin V v θ= (1) B A cos V v θ= (2) 因而 B A cot v v θ= (3) 由能量守恒 A 22 B B A A 12 1cos 2m gR m v m v θ=+ (4) 由(3)、(4)两式及m B =2m A 得 A 22cos sin 1cos gR v θ θ θ =+ (5) B 2 2cos cos 1cos gR v θ θ θ =+ (6) 评分标准: 本题(15)分.(1)、(2)式各3分,(4)式5分,(5)、(6)两式各2分。 九、设从烧断线到砝码1与弹簧分离经历的时间为△t ,在这段时间内,各砝码和砝码 图1

(完整word版)全国中学生物理竞赛真题汇编(热学)

全国中学生物理竞赛真题汇编---热学 1.(19Y4) 四、(20分)如图预19-4所示,三个绝热的、容积相同的球状容器A 、B 、C ,用带有阀门K 1、K 2的绝热细管连通,相邻两球球心的高度差 1.00m h =.初始时,阀门是关闭的,A 中装有1mol 的氦(He ),B 中装有1mol 的氪(Kr ),C 中装有lmol 的氙(Xe ),三者的温度和压强都相同.气体均可视为理想气体.现打开阀门K 1、K 2,三种气体相互混合,最终每一种气体在整个容器中均匀分布,三个容器中气体的温度相同.求气体温度的改变量.已知三种气体的摩尔质量分别为 31He 4.00310kg mol μ--=?? 在体积不变时,这三种气体任何一种每摩尔温度升高1K ,所吸收的热量均为 3/2R ,R 为普适气体常量. 2.(20Y3)(20分)在野外施工中,需要使质量m =4.20 kg 的铝合金构件升温;除了保温瓶中尚存有温度t =90.0oC 的1.200kg 的热水外,无其他热源。试提出一个操作方案,能利用这些热水使构件从温度t 0=10.0oC 升温到66.0oC 以上(含66.0oC),并通过计算验证你的方案. 已知铝合金的比热容c =0.880×103J ·(k g·oC)-1 , 水的比热容c = 4.20×103J ·(kg ·oC)-1 ,不计向周围环境散失的热量. 3.(22Y6)(25分)如图所示。两根位于同一水平面内的平行的直长金属导轨,处于恒定磁场中。 磁场方向与导轨所在平面垂直.一质量为m 的均匀导体细杆,放在导轨上,并与导轨垂 直,可沿导轨无摩擦地滑动,细杆与导轨的电阻均可忽略不计.导轨的左端与一根阻值为 尺0的电阻丝相连,电阻丝置于一绝热容器中,电阻丝的热容量不计.容器与一水平放置的开口细管相通,细管内有一截面为S 的小液柱(质量不计),液柱将l mol 气体(可视为理想气体)封闭在容器中.已知温度升高1 K 时,该气体的内能的增加量为5R /2(R 为普适气体常量),大气压强为po ,现令细杆沿导轨方向以初速V 0向右运动,试求达到平衡时细管中液柱的位移. 4.(16F1)20分)一汽缸的初始体积为0V ,其中盛有2mol 的空气和少量的水(水的体积可以忽略)。平衡时气体的总压强是3.0atm ,经做等温膨胀后使其体积加倍,在膨胀结束时,其中的水刚好全部消失,此时的总压强为2.0atm 。若让其继续作等温膨胀,使体积再次加倍。试计算此时: 1.汽缸中气体的温度; 2.汽缸中水蒸气的摩尔数; 3.汽缸中气体的总压强。 假定空气和水蒸气均可以当作理想气体处理。 5.(17F1)在一大水银槽中竖直插有一根玻璃管,管上端封闭,下端开口.已知槽中水银液面以上的那部分玻璃管 的长度l=76cm,管内封闭有n=1.0×10-3 mol的空气,保持水银槽与玻璃管都不动而设法使玻璃管内空气的温度缓慢地降低10℃,问在此过程中管内空气放出的热量为多少?已知管外大气的压强为76cmHg,每摩尔空 气的内能U=CVT,其中T为绝对温度,常量CV=20.5J·(mol·K)-1 ,普适气体常量R=8.31J·(m ol·K)-1 31Kr 83.810kg mol μ--=??31Xe 131.310kg mol μ--=??

【预赛三一自招】2020高中物理竞赛习题专题四:刚体动力学(Word版含答案)

高中物理竞赛习题专题四:刚体动力学 1.均匀细棒OA 可绕通过其一端O 而与棒垂直的水平固定光滑轴转动,如图所示,今使棒从水平位置由静止开始自由下落,在棒摆到竖直位置的过程中,下述说法正确的是( ) (A) 角速度从小到大,角加速度不变 (B) 角速度从小到大,角加速度从小到大 (C) 角速度从小到大,角加速度从大到小 (D) 角速度不变,角加速度为零 2.假设卫星环绕地球中心作椭圆运动,则在运动过程中,卫星对地球中心的( ) (A) 角动量守恒,动能守恒 (B) 角动量守恒,机械能守恒 (C) 角动量不守恒,机械能守恒 (D) 角动量不守恒,动量也不守恒 (E) 角动量守恒,动量也守恒 3.水分子的形状如图所示,从光谱分析知水分子对AA′轴的转动惯量JAA′=1.93 ×10-47 kg·m2 ,对BB′轴转动惯量JBB′=1.14 ×10-47 kg·m2,试由此数据和各原子质量求出氢和氧原子的距离D 和夹角θ.假设各原子都可当质点处理. 4.用落体观察法测定飞轮的转动惯量,是将半径为R 的飞轮支承在O点上,然后在绕过飞轮的绳子的一端挂一质量为m 的重物,令重物以初速度为零下落,带动飞轮转动(如图).记下重物下落的距离和时间,就可算出飞轮的转动惯量.试写出它的计算式.(假设轴承间无摩擦). 5.质量为m1 和m2 的两物体A、B 分别悬挂在图(a)所示的组合

轮两端.设两轮的半径分别为R 和r,两轮的转动惯量分别为J1 和J2 ,轮与轴承间、绳索与轮间的摩擦力均略去不计,绳的质量也略去不计.试求两物体的加速度和绳的张力. 6.如图所示,一通风机的转动部分以初角速度ω0 绕其轴转动,空气的阻力矩与角速度成正比,比例系数C 为一常量.若转动部分对其轴的转动惯量为J,问:(1) 经过多少时间后其转动角速度减少为初角速度的一半?(2) 在此时间内共转过多少转? 7.如图所示,一长为2l 的细棒AB,其质量不计,它的两端牢固地联结着质量各为m的小球,棒的中点O 焊接在竖直轴z上,并且棒与z轴夹角成α角.若棒在外力作用下绕z 轴(正向为竖直向上)以角直速度ω=ω0(1 -e-t ) 转动,其中ω0 为常量.求(1)棒与两球构成的系统在时刻t 对z 轴的角动量;(2) 在t =0时系统所受外力对z 轴的合外力矩.

高中物理竞赛 动力学

动力学 1、如图1所示,在光滑的固定斜面上,A 、B 两物体用弹簧相连,被一水平外力F 拉着匀速上滑。某瞬时,突然将F 撤去,试求此瞬时A 、B 的加速度a A 和a B 分别是多少(明确大小和方向)。 已知斜面倾角θ= 30°,A 、B 的质量分别为m A = 1kg 和m B = 2kg ,重力加速度g = 10m/s 2。 (a A = 0 ;a B = 7.5m/s 2 ,沿斜面向下。) 2倾角为α的固定斜面上,停放质量为M 的大平板车,它与斜面的摩擦可以忽略不计。平板车上表面粗糙,当其上有一质量为m 的人以恒定加速度向下加速跑动时,发现平板车恰能维持静止平衡。试求这个加速度a 值。 3:光滑水平桌面上静置三只小球,m 1=1kg 、m 2=2kg 、m 3=3kg ,两球间有不可伸长的轻绳相连,且组成直角三角形,α=37°.若在m 1上突然施加一垂直于m 2、m 3连线的力F =10N ,求此瞬时m 1受到的合力,如图1所示 . 图 5

4:图4所示。为斜面重合的两楔块ABC及ADC,质量均为M,AD、BC两面成水平,E为质量等于m的小滑块,楔块的倾角为a,各面均光滑,系统放在水平平台角上从静止开始释放,求两斜面未分离前E的加速度。 5 长分别为l1和l2的不可伸长的轻绳悬挂质量都是m的两个小球,如图4所示,它们处于平衡状态。突然连接两绳的中间小球受水平向右的冲击(如另一球的碰撞),瞬间内获得水平向右的速度v0,求这瞬间连接m2的绳的拉力为多少? 图5 6:定滑轮一方挂有m1=5kg的物体,另一方挂有轻滑轮B,滑轮B两方挂着m2=3kg与m3=2kg的 物体(图5),求每个物体的加速度。

高中物理竞赛(力学)试题解

高中物理竞赛(力学)试题解

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1、(本题20分)如图6所示,宇宙飞船在距火星表面H高度处作匀速圆周运动,火星半径为R 。当飞船运行到P点时,在极短时间内向外侧点喷气,使飞船获得一径向速度,其大小为原来速度的α倍。因α很小,所以飞船新轨道不会与火星表面交会。飞船喷气质量可以不计。 (1)试求飞船新轨道的近火星点A的高度h近和远火星点B的高度h远; (2)设飞船原来的运动速度为v0 ,试计算新轨道的运行周期T 。 2,(20分)有一个摆长为l的摆(摆球可视为质点,摆线的质量不计), 在过悬挂点的竖直线上距悬挂点O 的距离为x处(x<l)的C点有 一固定的钉子,如图所示,当摆摆动时,摆线会受到钉子的阻挡.当 l一定而x取不同值时,阻挡后摆球的运动情况将不同.现将摆拉到 位于竖直线的左方(摆球的高度不超过O点),然后放 手,令其自由摆动,如果摆线被钉子阻挡后,摆球恰巧能够击中钉子,试 求x的最小值. 3,(20分)如图所示,一根长为L的细刚性轻杆的两端分别连结小球a和 b,它们的质量分别为m a 和m b. 杆可绕距a球为L/4处的水平 定轴O在竖直平面内转动.初始时杆处于竖直位置.小球b几乎 接触桌面.在杆的右边水平桌面上,紧挨着细杆放着一个质量为 m的立方体匀质物块,图中ABCD为过立方体中心且与细杆共面 的截面.现用一水平恒力F作用于a球上,使之绕O轴逆时针 转动,求当a转过 角时小球b速度的大小.设在此过程中立方 体物块没有发生转动,且小球b与立方体物块始终接触没有分 离.不计一切摩擦. 4、把上端A封闭、下端B开口的玻璃管插入水中,放掉部分空气后 放手,玻璃管可以竖直地浮在水中(如下图).设玻璃管的质量m=40克,横截面积S=2厘米2,水面以上部分的 长度b=1厘米,大气压强P0=105帕斯卡.玻璃管壁厚度不计,管内空气质量不计. (1)求玻璃管内外水面的高度差h. (2)用手拿住玻璃管并缓慢地把它压入水中,当管的A端在水面下超过某一深度时,放手后玻璃管 不浮起.求这个深度. (3)上一小问中,放手后玻璃管的位置是否变化?如何变化?(计算时可认为管内空气的温度不变) 5、一个光滑的圆锥体固定在水平的桌面上,其轴线沿竖直方向,母线与轴线之间的夹角θ=30°(如右 图).一条长度为l的绳(质量不计),一端的位置固定在圆锥体的顶点O处,另一端拴着一个质量为 m的小物体(物体可看作质点,绳长小于圆锥体的母线).物体以速率v绕圆锥体的轴线做水平匀 速圆周运动(物体和绳在上图中都没画出). a O b A B C D F

高中物理竞赛(静力学) (1)

第一讲:力、物体的平衡 补充:杠杆平衡(即力矩平衡),对任意转动点都平衡。 一、力学中常见的三种力 1.重力、重心 重心的定义: ++++= g m g m gx m gx m x 212211,当坐标原点移到重心上,则两边的重力矩平衡。 问题:半径R =30cm 的均匀圆板上挖出一个半径r =15cm 的内切圆板,如图a 所示,求剩下部分的重心。 2.弹力、弹簧的弹力(F =kx ,或F =-kx ) (1)两弹簧串联总伸长x ,F =? 由x 1+x 2=x ,k 1x 1=k 2x 2,得2112k k x k x +=,所以kx k k x k k x k F =+===2 12122. (2)并联时F =(k 1+k 2)x . (3)把劲度系数为k 的弹簧均分为10段,每段劲度系数k =(10k ) 1. 一个重为G 的小环,套在竖直放置的半径为R 的光滑大圆上。一个劲度系数为k ,自然长度为L (L <2R )的轻质弹簧,其上端固定在 大圆环最高点,下端与小环相接,不考虑一切摩擦,小环静止时弹簧与竖直方向的夹角为: 2. . (答案:G kR kL 22cos 1--) 3.摩擦力 (1)摩擦力的方向: 静摩擦力的方向:跟运动状态与外力有关。 滑动摩擦力的方向:跟相对运动方向相反。 3. 如图所示,在倾角θ=300 的粗糙斜面上放一物体,物体的重力为G ,现用与斜面底边平行的水平作用力F (F =G /2)推物体,物体恰好在 斜面上作匀速直线运动,则物体与斜面的动摩擦因数为 . (答案:3 6) (2)摩擦角:f 和N 的合力叫全反力,全反力的方向跟弹力的方向的最大夹角(f 达到最大)叫摩擦角,摩擦角=tan -1f /N =tan -1 。摩 擦角与摩擦力无关,对一定的接触面,是一定的。 水平地面上有一质量为m 的物体,受斜向上的拉力F 作用而匀速移动,物体与地面间的动摩擦因数为,则为使拉力F 最小,F 与水平地面 间的夹角多大F 的最小值为多少? 二、物体的平衡 1.三力平衡特点 (1)任意两个的合力与第三个力是一对平衡力

全国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案_力学

实验二 在气轨上研究瞬时速度 【思考题参考答案】 1.试测量气轨倾斜角度β,并把实验中所求得的加速度a 和g sin β相比较。 答:测量β的方法:先用匀速法把气垫导轨调节水平,然后,测出两个支点沿气轨的长度L ,测出垫块的高度h ,L h =βsin 。 测量加速度的方法:(1)将两个光电门安放在一定距离的适中位置,读出距离s , (2)滑块装上U 型挡光片,将光电计时器调节到测两个速度状态,让滑块静止下滑测量经过两个光电门的速度v 1、v 2。(3)计算加速度a 并与L h g g =βsin 比较,其中s v v a 22122-=。 注:为消除粘滞阻力影响,可以通过测量四个速度分别计算下滑和上升的加速度。 道理如下:=-=f a a a 下s v v 22122-,s v v a a a f 22423-=+=上,所以s v v v v a 421242322--+= 2.使用平板型挡光片和两个光电门,如何测量滑块 通过倾斜气轨上一点A 的瞬时速度。 答:将光电计时器调到测量一个时间间隔状态,在滑块上装平板型挡光片,控制滑块从气轨上一个固定点P 由静止滑下,从挡光片前沿挡第一光电门开始计时,挡第二光电门停止计时,测出时间t ,根据匀变速运动公式,有at v v v B A +==,而()t l at v v v v B =-=+=22 选择不同的l ,测出t ,计算出t l v =,在坐标纸上画出v —t 曲线,确定斜率和截距,其斜率的绝对值为a /2,截距为A 点的瞬时速度v 。 【补充思考题】测量气轨的阻尼因数。滑块在气轨上运动,由于内摩擦和气轨平整度问题,也会有较小的阻力,一般认为阻力与速度方向相反,大小成正比。即bv f =。

高中物理竞赛辅导习题力学部分

力、物体的平衡 补充:杠杆平衡(即力矩平衡),对任意转动点都平衡。 一、力学中常见的三种力 1.重力、重心 ①重心的定义: ++++=g m g m gx m gx m x 212211,当坐标原点移到重心上,则两边的重力矩平衡。 ②重心与质心不一定重合。如很长的、竖直放置的杆,重心和质心不重合。 如将质量均匀的细杆AC (AB =BC =1m )的BC 部分对折,求重心。 以重心为转轴,两边的重力力矩平衡(不是重力相等): (0.5-x )2G =(x +0.25)2 G ,得x =0.125m (离B 点). 或以A 点为转轴:0.5?2G +(1+0.5)2 G =Gx ', 得x '=0.875m ,离B 点x =1-x '=0.125m. 2.巴普斯定理: ①质量分布均匀的平面薄板:垂直平面运动扫过的体积等于面积乘平面薄板重心通过的路程。 如质量分布均匀的半圆盘的质心离圆心的距离为x , 绕直径旋转一周,2321234R x R πππ?=,得π 34R x = ②质量分布均匀的、在同一平面内的曲线:垂直曲线所在平面运动扫过的面积等于曲线长度乘曲线的重心通过路程。 如质量分布均匀的半圆形金属丝的质心离圆心的距离为x , 绕直径旋转一周,R x R πππ?=242,得π R x 2= 1. (1)半径R =30cm 的均匀圆板上挖出一个半径r =15cm 的内 切圆板,如图a 所示,求剩下部分的重心。 (2)如图b 所示是一个均匀三角形割去一个小三角形 AB 'C ',而B 'C '//BC ,且?AB 'C '的面积为原三角形面积的4 1,已知BC 边中线长度为L ,求剩下部分BCC 'B '的重心。 [答案:(1) 离圆心的距离6R ;(2)离底边中点的距离9 2L ] 解(1)分割法:在留下部分的右边对称处再挖去同样的一个圆,则它关于圆心对称,它的重心在圆心上,要求的重心就是这两块板的合重心,设板的面密度为η,重心离圆心的距离为x . 有力矩平衡: ),2()2(])2(2[222x R R x R R -=-ηπηπ得6 R x ==5cm. 填补法:在没挖去的圆上填上一块受”重力”方向向上的圆,相当于挖去部分的重力被抵消,其重 心与挖去后的重心相同,同理可得6 R x =. 能量守恒法:原圆板的重力势能等于留下部分的重力势能和挖去部分的重力势能之和,可得 6 R x =. (2) ?AB 'C '的面积为原三角形面积的1/4,质量为原三角形质量的4 1,中线长度应为原三角形中线长度的2 1。 设原三角形BC 边的中线长为L 。原重心离BC 边的距离为3 L ,且在中线上。

2019年高中物理竞赛力学试卷

2019年高中物理竞赛力学试卷 时量120分钟总分值200分 【一】选择题(本大题共10小题,每题7分,共70分。每题给出的四个选项中,只有一个选项正确,请将正确选项填入下面表格中) 题号12345678910 1.牛顿时空观也叫经典时空观,以下关于经典时空观及经典力学的说法正确的选项是〔〕 A.经典时空观认为空间和时间是独立于物体及其运动而存在的 B.经典力学的基础是牛顿运动定律,它适用于宏观和微观世界 C.在经典力学中,物体的质量是随运动状态而改变的 D.经典力学也适用于高速运动的宏观物体 2.某同学看到鱼缸中的一条小鱼在水中游动,当小鱼沿直线水平向左减速游动的过程中,他画出的水对鱼的作用力F方向正确的选项是〔〕 3.国家〝十三五〞重点研发计划?现代轨道交通专项?启动时速600公里高速磁悬浮交通和时速200公里中速磁浮交通研发项目。列车速度的提高要解决许多具体的技术问题,其中提高牵引功率就是其中之一。假设列车匀速行驶时,所受阻力大小与速度大小成正比。当磁悬浮列车分别以600km/h和200km/h 的速度匀速行驶时,列车的牵引功率之比为〔〕 A.3:1 B. 6:1 C. 9:1 D. 12:1 4.如下图,两等高的等跄轨道R. h固定于水平桌 面上,当小车沿该轨道转弯时,小车会略微偏向轨 道外侧。为了顺利实现拐弯而不会出轨,小车轮子 最合理的设计是〔〕 5.如下图,置于水平地面带有竖直立杆的底座总质量为0.2kg,竖直立杆长

0.5m,有一质量为0.05kg的小环从杆的下端以4m/s的 初速度向上运动,刚好能到达杆的顶端。在环向上运动 (视为匀变速运动)的过程中,底座对水平地面的压力为 (取重力加速度g=10m/s2 )〔〕 A. 1.7N B. 1.8N C. 2.0N D. 2.3N 6.如下图,从斜面顶端用弹簧枪把一个原来静止的小球以E1的初动能水平弹射出去,小球刚好能落到斜面的底端。小球落到斜面底端时动能为E2。不计空气阻力,斜面倾角B的正切为〔〕 A. 11 2 E E E- B. 11 2 2E E E- C. 11 2 4E E E- D.无法求得θ 7.高层住宅外向上提升重物时常采用如下图装置, 电机通过缆绳牵引重物沿竖直方向匀速上升。地面 上的人通过移动位置使拉绳与竖直方向的夹角β保 持不变,设缆绳与竖直方向的夹角为α缆绳的拉力 为F1,拉绳的拉力为F2。那么在重物沿竖直方向匀 速上升的过程中,以下结论正确的选项是( ) A. F1一定变大,F2可能不变 B. F1可能不变,F2一定变大 C. α可能大于β D. α总是小于β 8.一个小物体以某一初动能在水平地面竖直上抛,然后又落回到地面,假设将小物体抛出时的初动能增大为原来的2倍,假设在运动过程中受空气阻力大小恒定,那么正确的说法是〔〕 A.落回地面的速度变为原来的2倍 B.整个过程运动的时间变为原来的拒倍

高中物理竞赛辅导力学讲义

高中物理《竞赛辅导》力学部分 目录 第一讲:力学中的三种力 第二讲:共点力作用下物体的平衡 第三讲:力矩、定轴转动物体的平衡条件、重心 第四讲:一般物体的平衡、稳度 第五讲:运动的基本概念、运动的合成与分解 第六讲:相对运动与相关速度 第七讲:匀变速直线运动 第八讲:抛物的运动 第九讲:牛顿运动定律(动力学) 第十讲:力和直线运动 第十一讲:质点的圆周运动、刚体的定轴转动 第十二讲:力和曲线运动 第十三讲:功和功率 第十四讲:动能定理 第十五讲:机械能、功能关系 第十六讲:动量和冲量 第十七讲:动量守恒 《动量守恒》练习题 第十八讲:碰撞 《碰撞》专题练习题 第十九讲:动量和能量 《动量与能量》专题练习题 第二十讲:机械振动 《机械振动》专题练习 第二十一:讲机械波 第二十二讲:驻波和多普勒效应

第一讲: 力学中的三种力 【知识要点】 (一)重力 重力大小G=mg ,方向竖直向下。一般来说,重力是万有引力的一个分力,静止在地球表面的物体,其万有引力的另一个分力充当物体随地球自转的向心力,但向心力极小。 (二)弹力 1.弹力产生在直接接触又发生非永久性形变的物体之间(或发生非永久性形变的物体一部分和另一部分之间),两物体间的弹力的方向和接触面的法线方向平行,作用点在两物体的接触面上. 2.弹力的方向确定要根据实际情况而定. 3.弹力的大小一般情况下不能计算,只能根据平衡法或动力学方法求得.但弹簧弹力的大小可用.f=kx(k 为弹簧劲度系数,x 为弹簧的拉伸或压缩量)来计算 . 在高考中,弹簧弹力的计算往往是一根弹簧,而竞赛中经常扩展到弹簧组.例如:当劲度系数分别为k 1,k 2,…的若干个弹簧串联使用时.等效弹簧的劲度系数的倒数为: n k k k 1 ...111+=, 即弹簧变软;反之.若以上弹簧并联使用时,弹簧的劲度系数为:k=k 1+…k n ,即弹簧变硬.(k=k 1+…k n 适用于所有并联弹簧的原长相等;弹簧原长不相等时,应具体考虑) 长为0L 的弹簧的劲度系数为k ,则剪去一半后,剩余 2 L 的弹簧的劲度系数为2k (三)摩擦力 1.摩擦力 一个物体在另一物体表面有相对运动或相对运动趋势时,产生的阻碍物体相对运动或相对运动趋势的力叫摩擦力。方向沿接触面的切线且阻碍物体间相对运动或相对运动趋势。 2.滑动摩擦力的大小由公式f=μN 计算。 3.静摩擦力的大小是可变化的,无特定计算式,一般根据物体运动性质和受力情况分析求解。其大小范围在0<f≤f m 之间,式中f m 为最大静摩擦力,其值为f m =μs N ,这里μs 为最大静摩擦因数,一般情况下μs 略大于μ,在没有特别指明的情况下可以认为μs =μ。 4.摩擦角 将摩擦力f 和接触面对物体的正压力N 合成一个力F ,合力F 称为全反力。在滑动摩擦情况下定义tgφ=μ=f/N ,则角φ为滑动摩擦角;在静摩擦力达到临界状态时,定义tgφ0=μs =f m /N ,则称φ0为静摩擦角。由于静摩擦力f 0属于范围0<f≤f m , 故接触面作用于物体的全反力F '同接触面法线的夹角

第27届全国中学生物理竞赛复赛试题及解答(word版)[1]

第27 届全国中学生物理竞赛复赛试卷 本卷共九题,满分160 分.计算题的解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤.只写出最后结果的不能得分.有数字计算的题.答案中必须明确写出数值和单位.填空题把答案填在题中的横线上,只要给出结果,不需写出求解的过程. 一、(15 分)蛇形摆是一个用于演示单摆周期与摆长关系的实验仪器(见图).若干个摆球位于同一高度并等间距地排成一条直线,它们的悬挂点在不同的高度上,摆长依次减小.设重力加速度g = 9 . 80 m/ s2 , 1 .试设计一个包含十个单摆的蛇形摆(即求出每个摆的摆长),要求满足:( a )每个摆的摆长不小于0 . 450m ,不大于1.00m ; ( b )初始时将所有摆球由平衡点沿x 轴正方向移动相同的一个小位移xo ( xo <<0.45m ) ,然后同时释放,经过40s 后,所有的摆能够同时回到初始状态. 2 .在上述情形中,从所有的摆球开始摆动起,到它们的速率首次全部为零所经过的时间为________________________________________. 二、(20 分)距离我们为L 处有一恒星,其质量为M ,观测发现其位置呈周期性摆动,周期为T ,摆动范围的最大张角为△θ.假设该星体的周期性摆动是由于有一颗围绕它作圆周运动的行星引起的,试给出这颗行星的质量m所满足的方程.若L=10 光年,T =10 年,△θ = 3 毫角秒,M = Ms (Ms为太阳质量),则此行星的质量和它运动的轨道半径r各为多少?分别用太阳质量Ms 和国际单位AU (平均日地 距离)作为单位,只保留一位有效数字.已知 1 毫角秒= 1 1000角秒,1角秒= 1 3600度, 1AU=1.5×108km,光速c = 3.0 ×105km/s.

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