(3分)如图所示,一小物块被夹子夹紧,夹子通过轻绳悬挂在小…——2017 高考物理第 5 题答案解析

2017_江苏卷

2017 江苏 第 5 题 单选题 区分题
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5.(3分)如图所示,一小物块被夹子夹紧,夹子通过轻绳悬挂在小环上,小环套在水平光滑细杆上,物块质量为M,到小环的距离为L,其两侧面与夹子间的最大静摩擦力均为F.小环和物块以速度v向右匀速运动,小环碰到杆上的钉子P后立刻停止,物块向上摆动。整个过程中,物块在夹子中没有滑动。小环和夹子的质量均不计,重力加速度为 g。下列说法正确的是(  )

A. 物块向右匀速运动时,绳中的张力等于2F
B. 小环碰到钉子 P 时,绳中的张力大于 2F
C. 物块上升的最大高度为 $\frac { 2 v ^ { 2 } } { g }$
D. 速度v不能超过 $\sqrt { \frac { ( 2 F - M g ) L } { M } }$
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D

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【考点】37:牛顿第二定律;45:运动的合成和分解

【专题】31:定性思想;43:推理法;517:运动的合成和分解专题

【分析】匀速运动时,处于平衡状态,整体分析,即可判定绳子中张力;

当做圆周运动时,最低点,依据牛顿第二定律,结合向心力表达式,即可确定张力与 $\mathrm { M g }$ 的关系,与2F 关系无法确定;

利用机械能守恒定律,即可求解最大高度;

根据两侧面与夹子间的最大静摩擦力均为 F,利用牛顿第二定律,结合向心力,即可求解。

【解答】解:A、物块向右匀速运动时,则夹子与物体 M,处于平衡状态,那么绳中的张力等于 $\mathrm { M g }$ ,与2F 大小关系不确定,故A 错误;

B、小环碰到钉子 P 时,物体 M 做圆周运动,依据最低点由拉力与重力的合力提供向心力,因此绳中的张力大于 $\mathrm { M g }$ ,而与2F大小关系不确定,故B错误;

C、依据机械能守恒定律,减小的动能转化为重力势能,则有: ${ \frac { 1 } { 2 } } M v ^ { 2 } = M g h$ ,那么物块上升的最大高度为 $\mathrm { h } { = } \frac { v ^ { 2 } } { 2 g } ,$ ,故C错误;

D、因夹子对物体M的最大静摩擦力为2F,依据牛顿第二定律,结合向心力表达式,对物体M,则有: $2 \mathrm { F } - \mathrm { M } \mathbf { g } { = } \mathrm { M } { \frac { v _ { m } ^ { 2 } } { L } }$ ,解得: $\mathrm { v _ { m } } = \sqrt { \frac { ( 2 F - M g ) L } { M } }$ ,故D正确;

故选:D。

【点评】考查平衡条件的内容,掌握圆周运动是变速运动,处于非平衡状态,理解向心力的表达式,及牛顿第二定律的运用,最后掌握机械能守恒的条件及其内容。

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