- 机械能守恒定律
- 共8461题
如图所示,一轻质弹簧竖直放置,下端固定在水平面上,上端处于a位置,当一重球放在弹簧上端静止时,弹簧上端被压缩到b位置.现将重球从高于a位置的c位置沿弹簧轴线自由下落,弹簧被重球压缩到最低位置d.以下关于重球运动的说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、重球下落压缩弹簧由a至d的过程中,小球受到向下的重力和向上的弹力,弹力先小于重力,后大于重力,合力先向下后向上,所以小球先加速后减速,当小球运动到b时动能最大,故A错误.
B、以重球、弹簧和地球构成的系统为研究对象,只有重力和弹力做功,总机械能守恒,故B正确.
C、对小球c到d运用动能定理,有WG-W弹=0-0.知从c到d重力做的功和a至d过程克服弹簧弹力做的功相等,而重力做功等于重力势能的减少量,所以由a至d过程中重球克服弹簧弹力做的功等于重球由c下落至d处时重力势能减少量.故C正确.
D、根据机械能守恒定律可知:重球在b位置处具有的动能等于重球由c下落到b处减少的重力势能与弹力获得的弹性势能之差,故D错误.
故选:BC.
如图为某种鱼饵自动投放器中的投饵管装置示意图,其下半部AB是一长为2R的竖直细管,上半部BC是半径为R的四分之一圆弧弯管,管口沿水平方向,AB管内有一原长为R、下端固定的轻质弹簧,投饵时,每次总将弹簧长度压缩到0.5R后锁定,在弹簧上段放置一粒鱼饵,解除锁定,弹簧可将鱼饵弹射出去,设质量为m的鱼饵到达管口C时,对管壁的作用力恰好为零.不计鱼饵在运动过程中的机械能损失,且锁定和解除锁定时,均不改变弹簧的弹性势能,已知重力加速度为g.求:
(1)质量为m的鱼饵到达管口C时的速度大小v1;
(2)弹簧压缩到0.5R时的弹性势能Ep;
(3)已知地面与水面相距1.5R,若使该投饵管绕AB管的中轴线OO′在90°角的范围内来回缓慢转动,每次弹射时只放置一粒鱼饵,鱼饵的质量在m到m之间变化,且均能落到水面.持续投放足够长时间后,鱼饵能够落到水面的最大面积S是多少?
正确答案
解析
解:(1)质量为m的鱼饵到达管口C时做圆周运动的向心力,完全由重力提供,
则 mg=m…①
由①式解得:v1=…②
(2)从弹簧释放到最高点C的过程中,弹簧的弹性势能全部转化为鱼饵的机械能,由系统的机械能守恒定律有
Ep=mg(1.5R+R)+…③
由②③式解得:Ep=3mgR…④
(3)不考虑因缓慢转动装置对鱼饵速度大小的影响,质量为m的鱼饵离开管口C后做平抛运动,
设经过t时间落到水面上,离OO′的水平距离为x1,由平抛运动规律有:
4.5R=gt2…⑤
x1=v1t+R…⑥
由⑤⑥式解得:x1=4R…⑦
当鱼饵的质量为m时,设其到达管口C时速度大小为v2,由机械能守恒定律得:
Ep=mg(1.5R+R)+
(
m)
…⑧
由④⑧式解得:v2=3…⑨
质量为m的鱼饵落到水面上时,设离OO′的水平距离为x2,则
x2=v2t+R…⑩
由⑤⑨⑩式解得:x2=10R
鱼饵能够落到水面的最大面积为:S=(π
-
)=21πR2
答:(1)鱼饵到达管口C时的速度大小v1为;
(2)弹簧压缩到0.5R时的弹性势能为3mgR;
(3)鱼饵能够落到水面的最大面积是21πR2.
如图所示,小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上,从小球接触弹簧到将弹簧压缩到最短的过程中,下列关于机械能变化的叙述中不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、小球开始受到的重力大于弹力,加速度方向向下,做加速运动,然后重力小于弹力,加速度方向向上,做减速运动,所以小球的动能先增大后减小.故A正确.
B、从小球接触弹簧到将弹簧压缩到最短的过程中,弹簧的形变量逐渐增大,则弹性势能逐渐增大;小球一直在下降,则小球的重力势能逐渐减小.故B、C正确.
D、小球的动能、重力势能和弹簧的弹性势能之和不变,即机械能的总和不变.故D错误.
因选不正确的,故选:D
如图所示,物体放在轻弹簧上,沿竖直方向在A、B之间作简谐运动,今物体在A、B之间的D点和C点沿DC方向运动(D、C图上未画出)的过程中,弹簧的弹性势能减少了3.0J,物体的重力势能增加了1.0J,则在这段运动过程中( )
正确答案
解析
解:A、由于物体的重力势能增加了1.0J,重力做功做负功,则物体的运动方向一定是向上的,故A错误.
B、系统中只有重力和弹簧的弹力做功,系统的机械能守恒.由弹簧的弹性势能减少了3.0J,重力势能增加了1.0J,则根据系统的机械能守恒可知物体的动能增加2.0J,故B错误.
C、由于动能增加,物体正靠近平衡位置,C比D更靠近平衡位置,物体又是向上运动的,所以D点一定在平衡位置以下,故C错误.
D、由于动能增加,物体的运动方向向上,物体经过D点时的运动方向指向平衡位置,故D正确.
故选:D
如图所示,质量、初速度大小都相同的A、B、C三个小球,在同一水平面上,A球竖直上抛,B球以倾斜角θ斜向上抛,空气阻力不计,C球沿倾角为θ的足够长光滑斜面上滑,它们上升的最大高度分别为hA、hB、hC,则( )
正确答案
解析
解:对于A、C两个球,达到最高点时,A、C两个球的速度均为零,物体的动能全部转化为重力势能,所以A、C的最大高度相同;
对于B球来说,由于B是斜抛运动,在水平方向上有一个速度,这个分速度的动能不会转化成物体的重力势能,所以B球在最高点时的重力势能要比AC两球的小,所以高度要比AC两球的高度小,所以D正确.
故选D.
兴趣小组利用如图所示装置研究碰撞过程中的能量问题.装置中质量为m1=0.4kg的小球A被用长为L=0.4m的细线悬挂起来,在悬挂点的下方有一根直立的细杆,细杆的上方放置一个质量为m2=0.2kg的小球B,B球离地高度H=1.25m.开始时将摆球A拉起,使细线绷直且水平.由静止释放小球,当小球摆到最低点时刚好与轻杆上端的B球发生对心碰撞,碰后B球水平向左抛出,测得落地点与杆的下端相距s=1.41m,而A球在碰后继续向左摆动,摆起的最大角度为60°.取g=10m/s2.试求:
(1)当小球下摆至OA连线与竖直方向间的夹角为θ时,小球重力的瞬时功率多大?
(2)通过定量分析指出:AB组成的系统在碰撞过程中机械能是否守恒?
正确答案
解析
解:(1)对小球由初始位置下摆至OA连线与竖直方向间的夹角为θ的过程,由机械能守恒有 ①
而重力的瞬时功率为 ②
解得
(2)取B球静止在杆上位置为零势能点
A球在碰撞前的机械能:EA1=m1gL ⑤
碰撞后的机械能:EA2=m1gL(1-cos60°) ⑥
所以在碰撞过程中,A球损失的机械能:
△EA=EA1-EA2=m1gL cos60°=0.4×10×0.4×=0.8(J)
B球在被碰后作平抛运动,设运动时间为t.
在竖直方向上:H=gt2⑦
在水平方向上:S=vBt⑧
所以,B球碰后的速度大小
vB==
=2.82(m/s)⑨
故,B球在碰撞中获得的机械能
△EB=(J)⑩
故在误差允许范围内可以认为AB组成的系统在碰撞过程中机械能守恒.
答:
(1)当小球下摆至OA连线与竖直方向间的夹角为θ时,小球重力的瞬时功率是8cos.
(2)在误差允许范围内可以认为AB组成的系统在碰撞过程中机械能守恒.
下列关于物体的重力势能的说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据重力势能的计算式Ep=mgh,由于高度h是相对于参考平面的,具有相对性,选择不同的参考平面,h不同,则重力势能不同,故A正确.
B、由于物体和地球间存在相互的作用力--万有引力,物体才具有重力势能,所以物体的重力势能实际上是物体和地球组成的系统所共有的,故B正确.
C、重力对物体做正功,物体的高度下降,物体的重力势能应减小,故C错误.
D、物体位于参考平面时,高度为零,物体的重力势能为零,物体高度下降时,重力做正功,重力势能减小,则知物体位于所选的参考平面以下时,物体的重力势能应小于零,为负值,故D正确.
故选:ABD.
下列说法正确的是(不计空气阻力)( )
正确答案
解析
解:A、推出的铅球在空中运动的过程中,只受到重力的作用,所以它的机械能守恒,故A正确.
B、物体机械能守恒的条件是只有重力或者是弹力做功,物体可以受到其它力,但其它力不做功,或做功之和为零即可,故B错误;
C、物体所受合外力为零,只能是动能不变,但势能不一定如何变,故机械能不一定守恒,故C错误;
D、物体的动能不变,所受的合外力做功为零,但合外力不一定为零,如匀速圆周运动.故D错误;
故选:A
如图所示,弹簧固定在水平地面上,一小球自弹簧上端某高度h(h>0)处下落,不计空气阻力及弹簧压缩过程中的能量损失.关于此后小球运动过程,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、B小球从接触弹簧开始向下运动过程中,弹力先小于重力,合力向下,加速度向下,小球做加速运动,处于失重;
随着压缩量的增大,弹簧的弹力增大,当弹力大于重力时,小球所受的合力向上,加速度向上,小球做减速运动,处于超重状态;
小球向上运动的过程中,同理可知,加速度向上后向下,小球先处于超重状态,后处于失重状态,故小球从接触弹簧开始,到离开弹簧的过程中,速度与加速度方向先相同后相反,再相同后相反,故AB错误.
C、小球向下运动,从接触弹簧到压缩到最低的过程中,重力一直做正功,形变量一直增大,故重力势能一直减小,弹性势能一直增加,故C正确.
D、对于小球而言,除重力外,还有弹簧的弹力做功,其机械能不守恒,故D错误.
故选:C
质量为0.1kg的物体自离地面高80m做自由落体运动,物体在下落过程中前3s内重力做的功为______,功率为______,物体在高80m处的重力势能为______,物体落地时动能是______,物体在______高处动能和势能相等.(以地面为零势能面)
正确答案
45J
15W
80J
80J
40m
解析
解:物体在3s内下落的高度为:h=gt2=
×10×9=45m;
则重力做功为:W=mgh=0.1×10×45J=45J;
重力的功率为:P==
=15W;
物体的重力势能为:EP=mgh=80J;
由机械能守恒可知,落地时的动能等于开始时的重力势能,故落地时动能为80J;
由机械能守恒可知:mgh′+mv2=80J;
mgh′=mv2;
则可知物体在40m处动能和势能相等;
故答案为:45J;15W;80J;80J;40m.
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