【知识点详解】
1. 机械能守恒定律:在只受重力和弹力作用,或者有其他外力作用但这些外力不做功的情况下,一个系统的机械能(动能和势能之和)会保持不变。例如,选项C正确地阐述了这一原理。如果小球在无摩擦的轨道上滑动,只有重力做功,机械能守恒。
2. 抛体运动与平抛运动:水平抛出的物体在空中运动时,可以分解为沿x轴的水平运动和沿y轴的垂直自由落体运动。图象分析题中,物体抵达斜面时速度方向与斜面平行,意味着物体在y轴上的分速度为零,此时物体做水平运动。正确的速度-时间图象应显示出在x轴方向上的匀速直线运动,而在y轴方向上的自由落体运动。
3. 圆周运动与能量转换:在螺旋形轨道中,小球能通过最高点P说明在P点的向心力至少等于重力。小球在轨道中运动时,动能转化为势能,但因为轨道光滑,没有能量损失。因此,小球在最高点P的速率小于在Q点的速率(vP<vQ),角速度也较小(ωP<ωQ),同时向心加速度在P点较大(aP>aQ),轨道对小球的压力FP小于FQ,因为小球在P点的切向速度更小,需要的向心力相对较小。
4. 功和功率:力F对滑块做功的计算取决于力的大小和滑块在力方向上的位移。由图可知,力F随时间呈线性增长,因此在第1s、第2s、第3s内,力F所做的功W1、W2、W3依次增加,即W1<W2<W3。
5. 动能定理与摩擦力:在半圆形轨道中,质点从P点滑到Q点,由于正压力为2mg,大于重力,表明质点在Q点的速度不为零,动能未全部转化为势能。因此,克服摩擦力所做的功等于动能的减少,即初始动能减去Q点的动能,由于Q点动能不为零,克服摩擦力所做的功小于mgR。
6. 地球同步卫星与GPS卫星:地球同步卫星相对于地球表面是静止的,运行周期为24小时,而GPS卫星的周期为12小时。发射卫星的最小速度是第一宇宙速度(7.9km/s),但要达到特定轨道需要更高的速度。GPS卫星的视角比地球同步卫星大,因为它们覆盖的范围更广。至于机械能,由于不知具体轨道高度和速度,无法直接比较北斗同步卫星与GPS卫星的机械能。
7. 连接体问题与功率:对于质量不同的两球,m1由c点下滑到a点的过程中,由于m1大于m2,m1的速度会逐渐大于m2。因此,m1所受重力的功率会增大。若m1恰好能滑到a点,两球组成的系统机械能守恒,考虑m1对m2的拉力做功,可得出m1=2m2。
8. 变力与运动:物体受到两个外力作用做匀速直线运动,若改变一个力的方向但大小不变,物体可能做匀加速或匀减速直线运动,也可能做曲线运动,取决于合力方向与速度方向的关系。
9. 物体在曲面运动:质点P在容器内壁下滑,克服摩擦力做功W,最低点的向心加速度a与支持力N与重力、摩擦力及速度有关。根据牛顿第二定律,向心加速度a与支持力N的关系不能直接确定。
10. 凹槽与小物块:小物块B从槽左端滑下,当到达最低点时,凹槽被固定挡板粘住,瞬间速度变为零。小物块继续向右运动,其最大高度与初动能、势能转换和能量守恒有关。凹槽对小物块的功等于小物块动能的变化,即W=-mgR,因为动能全部转化为势能。在凹槽被粘住瞬间,小物块对凹槽的压力大小等于小物块的重力,即mg。
这些题目涉及了高中物理中的多个核心概念,包括机械能守恒、抛体运动、圆周运动、功和功率、动能定理、地球卫星轨道、连通体问题、变力作用下的运动以及物体在曲面的运动。这些知识点都是高中物理学习的重要组成部分,对于理解物理现象和解决问题具有关键作用。