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高中物理
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综合题
1.
(2022高三上·岳阳月考)
如图所示,是一儿童游戏机的简化示意图。光滑游戏面板与水平面成一夹角
, 半径为
的四分之一圆弧轨道BC与长度为
的AB直管道相切于B点,C点为圆弧轨道最高点(切线水平),管道底端A位于斜面底端,轻弹簧下端固定在AB管道的底端,上端系一轻绳,绳通过弹簧内部连一手柄P。经过观察发现:无弹珠时(弹簧无形变),轻弹簧上端离B点距离为
, 缓慢下拉手柄P使弹簧压缩,后释放手柄,弹珠经C点被射出,最后击中斜面底边上的某位置(图中未标出),根据击中位置的情况可以获得不同的奖励。假设所有轨道均光滑,忽略空气阻力,弹珠可视为质点。直管AB粗细不计。(最后结果可用根式表示)
(1) 调整手柄P的下拉距离,可以使弹珠经BC轨道上的C点射出并击中斜面底边时距A最近,求此最近距离。
(2) 设弹珠质量为m,
, 该弹簧劲度系数
(g为重力加速度,弹簧的弹性势能可用
计算(x为弹簧的形变量,要达到(1)中条件,求弹珠在离开弹簧前的最大速度。
(3) 在坐标中定性画出(2)中弹珠从静止到达B处的速度与时间(
)关系图像。图中横坐标轴上的
、
及
分别表示弹珠第一次达速度最大值、脱离弹簧、及到达B处的时刻,纵坐标轴上的
为滑块在
时刻的速度大小,
为弹珠在离开弹簧前的最大速度。(本问不要求写过程)
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