【知识点详解】
1. 牛顿运动定律:题目中提到伽利略的理想斜面实验,实际上揭示了物体的运动不需要力来维持,而是由于惯性。这是牛顿第一定律(惯性定律)的基础。牛顿本人提出了牛顿三大运动定律,它们是经典力学的基本原理,描述了力与物体运动状态的关系。
2. 功与能的概念:滑动摩擦力做功不一定为负,取决于物体运动的方向。作用力和反作用力的功可以是正、负或者零,不一定是代数和为零。重力做功与路径无关,只与物体起点和终点的垂直高度差有关。若物体受合外力不为零,机械能不一定变化,例如在保守力场中,只有非保守力做功时机械能才会改变。
3. 向心力和静摩擦力:游客在匀速转动的转盘上受到的静摩擦力提供了向心力,使游客做圆周运动。静摩擦力方向指向圆心,但游客并不处于平衡状态,因为存在向心加速度。
4. 功与能的性质:功是能量转化的度量,单位是焦耳。功的正负表示能量转化的方向,但功是标量,没有方向。能量的单位也是焦耳。
5. 量子通信与卫星轨道:量子卫星的发射速度必须大于第一宇宙速度(约7.9km/s),7.8m/s远小于这个值。量子卫星的轨道高度较低,所以其动能较大,向心加速度较大,绕地球的周期较短。
6. 公路转弯的物理原理:路面设计成内侧低外侧高,以提供向心力防止车辆滑动。当车速低于vc时,车辆会因不足的向心力而向内侧滑动。路面结冰会降低摩擦力,vc的值会变小。若车速高于vc但不超过某一极限,车辆仍不会向外侧滑动。
7. 动力学问题:人以速度v0拉动物体,当绳与水平方向夹角为45°时,物体受到的拉力是物体质量m和速度v0的乘积除以2。因此,人拉力做的功等于mv0的一半。
8. 卷扬机与摩擦力:F对木箱做的功等于木箱动能的增加,同时要考虑克服摩擦力所做的功。木箱克服重力做的功并不一定等于重力势能的增加,因为有摩擦力。
9. 弹簧与小球系统:小球从a到c,系统总机械能守恒(不考虑摩擦和弹簧质量)。小球在b点动能最大,因为之后弹簧压缩会转化为弹性势能。b到c过程中,小球动能的减少等于重力势能的减少和弹簧弹性势能的增加。
10. 汽车动力学:汽车从静止开始,0~t1阶段功率逐渐增大,牵引力也逐渐减小,做变加速运动。当功率达到额定功率P1,牵引力与阻力相等,之后汽车做匀速运动,加速度为零。
11. 悬挂小球做功问题:拉力F做的功等于小球动能的增加,由于小球最终速度为零,动能的增加量为零,所以拉力F做的功为零。不过,考虑到小球重力势能的变化,拉力F做的功可表示为(θcos1-F)mgL。
12. 楔形木块与滑块问题:物块A和B连接在柔软细线上,通过定滑轮滑动。由于A的质量未知,无法直接确定B的运动规律。但可以根据牛顿第二定律分析B的受力情况,进而推导出B的运动状态。
以上是对试卷中各个物理问题的详细解释,涵盖了牛顿定律、功与能、圆周运动、引力、摩擦力、能量守恒、动力学、机械能、向心力等多个核心物理概念。