高中 | 功率的概念与计算 题目答案及解析

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必修2

第七章 机械能守恒定律

7.3 功率

功率的概念与计算

摆钟是最早能够精确计时的一种工具,至今仍在很多地方使用。

把摆钟的钟摆简化成一个单摆。如果一个摆钟,每小时走慢$1$分钟,可以通过调整钟摆来校准时间,则应该$(\qquad)$

["

增加摆长

","

增加摆锤质量

","

缩短摆长

","

减小摆锤质量

"]
[["C"]]

根据单摆的周期公式$T= 2\pi\sqrt{\dfrac{L}{g}}$,已知摆钟,每小时走慢$1$分钟,说明摆钟的周期变长,需要校准时间则应使周期变短,则应缩短摆长,改变摆锤的质量不会影响摆钟的周期。

故选:$\rm C$

如图,将单摆的摆球从最低点$B$在竖直平面内向右缓慢拉开一个偏角$\theta$$\theta\lt 5^\circ$),并从$A$点静止释放,$C$为左侧最高点,不计空气阻力;

①刚释放摆球的瞬间,摆球       ;

$\rm A$.合力不为零          $\rm B$.向心力为零    

$\rm C$.合力沿切线$a$的方向          $\rm D$.向心力沿$b$的方向

②摆球从开始释放到$B$点的时间为                 

③从$A$运动到$C$点的过程中,其动能随时间的变化关系图像为       ;

$\rm A$      $\rm B$      $\rm C$      $\rm D$

[["$\\rm ABC$","$t=(2n- 1)\\dfrac{\\pi}{2}\\sqrt{\\dfrac{L}{g}}(n=1,2,3,\\cdots)$","$\\rm A$"]]

由题意可知,当摆球在$A$处时,速度为$0$,根据向心力的表达式$F_{{n}}=m\dfrac{v^{2}}{R}$

可知此时向心力为$0$。但加速度不为$0$,受力分析可得合力为$F_{合}=mg\sin \theta$

其中$\theta$为绳子与竖直方向的夹角。即合力不为$0$,方向沿切线$b$的方向。

故选:$\rm ABC$

根据单摆的周期公式$T=2\pi\sqrt{\dfrac{L}{g}}$

可知摆球从释放开始第一次到达最低点$B$的时间为$t=\dfrac{T}{4}=\dfrac{\pi}{2}\sqrt{\dfrac{L}{g}}$

则摆球从释放开始到达最低点$B$的时间为$t=(2n-1)\dfrac{\pi}{2}\sqrt{\dfrac{L}{g}}(n=1,2,3,\cdots)$

图像的斜率表示动能变化的快慢,根据动能定理可知,动能变化的快慢等于重力做功的快慢,即等于重力的瞬时功率,为$P_{G}=mgv_{y}$

$A$点速度为$0$,此时重力的瞬时功率为$0$;在最低点速度为水平方向,此时重力的瞬时功率还为$0$。所以从$A$点到最低点$B$,重力的瞬时功率先变大后变小,从最低点$B$$C$点,重力的瞬时功率先变大后变小,则图像的倾斜程度先变大,后变小,在变大,再变小。

故选:$\rm A$

接上题,若摆球静止在$A$点时,给摆球一个水平向左的冲量$I$,使得摆球能够继续绕悬挂点$O$在竖直平面内做一个完整的圆周运动,则需要的最小冲量为多大?

[["

$I=m\\sqrt{gL(3+ 2\\cos\\theta)}$

"]]

设给摆球一个水平向左的冲量$I$,小球获得初速度为$v_{0}$,由动量定理$I=mv_{0}$

小球在最高点时,由牛顿第二定律$mg=m\dfrac{v^{2}}{L}$

从最低点到最高点,由机械能守恒定律$\dfrac{1}{2}mv_{0}^{2}=\dfrac{1}{2}mv^{2}+mgL(1+\cos\theta)$

联立可得需要的最小冲量为$I=m\sqrt{gL(3+2\cos\theta)}$

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