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材料 问题:如图所示,将小球从光滑的四分之一圆弧轨道上的A点无初速度释放,运动到…

常识判断 · 科技 · 物理化学常识 · 2023年 上海 练习题

材料 问题:如图所示,将小球从光滑的四分之一圆弧轨道上的A点无初速度释放,运动到B点后以的速度沿水平方向飞出,最终落在水平地面上的D点。假设四分之一圆弧的半径为r,B点的高度为h,为了使小球的落地点在D点的左侧,忽略空气阻力,下列操作一定可行的是( )。 ①同时增大r和h ②增大r并减小h ③保持r不变,减小h ④保持h、r均不变,将光滑的圆弧轨道变成粗糙的轨道

材料
问题:如图所示,将小球从光滑的四分之一圆弧轨道上的A点无初速度释放,运动到

图源:粉笔题库

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A. ①②B. ①③C. ③④D. ②④
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正确答案:C

【正确率 76%】
由题意可知,小球从B点沿水平方向飞出,且只受重力作用,故小球从B点运动到D点的过程中做平抛运动。为了使小球的落地点在D点的左侧,则需减小小球在水平方向上的位移,由于小球在水平方向不受力的作用,因此小球在水平方向上以[图]的速度做匀速直线运动,根据水平位移公式[图]可知,可通过减小小球的水平速度[图]和飞行时间t来减小小球的水平位移。
小球从B点运动到D点的过程中,其在竖直方向上做自由落体运动,根据竖直方向上的位移公式[图]可知,小球的飞行时间t由B点的高度,即BC之间的距离h决定,h越小则t越小。
小球从A点运动到B点的过程中,由于四分之一圆弧轨道光滑,只有重力对小球做功,故小球机械能守恒,因此小球从A点运动到B点的过程中,其减少的重力势能全部转化为动能。而小球在A点的重力势能[图],小球在B点的动能[图],因此[图],则[图],则小球离开B点时的速度[图]由四分之一圆弧轨道的半径r决定,r越小,[图]越小。
①同时增大r和h,则[图]和t都增大,水平位移增大,小球落地点在D点右侧,该操作不可行;
②增大r并减小h,则[图]增大t减小,水平位移是增大还是减小无法判定,该操作不一定可行;
③保持r不变,减小h,则[图]不变t减小,水平位移减小,小球落地点在D点左侧,该操作一定可行;
④若圆弧轨道粗糙,小球从A点运动到B点的过程中,机械能不守恒,有一部分机械能会转化为内能,存在机械能的损失,导致小球到达B点时的水平速度[图]减小,而h不变则t不变,因此水平位移减小,小球落地点在D点左侧,该操作一定可行。
综上所述,①②错误,③④正确。
故正确答案为C。

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