暫無福建高三上期末物理的科目和具體考題,建議咨詢福建教育部門或直接關注考試通知。不過,一般來說,期末物理考試會涉及到上學期所學的知識點和相關內容。
題目:
一個質量為$m$的小球,從半徑為$R$的光滑圓弧軌道上由靜止開始下滑,到達軌道底端時對軌道的壓力大小為重力的多少倍?忽略一切阻力,試求小球離開圓弧軌道后落地的速度大小。
分析:
1. 小球從光滑圓弧軌道上滑下時,受到重力、支持力(彈力)和軌道的支持力。根據牛頓第二定律和運動學公式,可以求得小球在底端時受到的支持力,再根據牛頓第三定律求得壓力的大小。
2. 忽略阻力意味著所有能量損失都來自于小球與軌道之間的碰撞,因此可以運用機械能守恒定律來求解小球離開圓弧軌道后的速度。
答案:
1. 在圓弧軌道上,小球受到重力$mg$、支持力$N$和軌道的支持力$F$的作用。根據牛頓第二定律,有:$F - mg = m\frac{v^{2}}{R}$
解得:$F = mg + m\frac{v^{2}}{R}$
在底端時,小球受到的支持力為:$F_{N} = F = mg + m\frac{v^{2}}{R}$
根據牛頓第三定律,小球對軌道的壓力大小為:$F_{N}^{\prime} = F_{N} = mg + m\frac{v^{2}}{R}$
所以壓力的大小是重力的$mg + m\frac{v^{2}}{R}$倍。
2. 忽略阻力意味著小球在下滑過程中沒有能量損失,因此機械能守恒。根據機械能守恒定律,有:
$mgR = \frac{1}{2}mv^{2} + E_{k}$
其中E_{k}是小球在離開圓弧軌道后在空中具有的動能。由于小球做的是斜拋運動,因此它的運動軌跡是拋物線。設它的落地速度大小為v_{0},則有:
$v_{0}^{2} = v^{2} - 2gR$
將上述兩式聯立,可得:$v_{0} = \sqrt{v^{2} + 2gR}$
所以小球離開圓弧軌道后落地的速度大小為$\sqrt{v^{2} + 2gR}$。
例題解析:
這道題目考察了重力、彈力、壓力、機械能守恒定律等基本物理概念和規律的應用。通過分析小球的運動過程和受力情況,我們可以得到壓力的大小和落地的速度大小。需要注意的是,這道題目中沒有給出小球離開圓弧軌道后的運動軌跡,因此我們只能根據斜拋運動的規律來求解落地速度的大小。如果題目中給出了具體的運動軌跡,那么求解會更加復雜。