- 机械能守恒定律
- 共8461题
如图所示,小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上,在将弹簧压缩到最短的整个过程中,不计空气阻力,下列叙述中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、小球下落过程中,弹簧的弹力对小球做负功,小球机械能减小.故A错误;
B、小球和弹簧接触过程中,弹力先大于重力,后弹力小于重力,小球先做加速运动,当弹簧弹力等于重力时速度最大,然后做减速运动,故其动能先增大后减小.
对于小球与弹簧组成的系统机械能守恒,则知重力势能和弹性势能之和先减小后增大,故B正确.
C、根据系统的机械能守恒知,小球下落过程中动能、重力势能以及弹簧弹性势能三者之和保持不变,重力势能一直减小,则动能和弹性势能之和一直增大,故C错误.
D、由于弹性势能一直增大,因此动能和重力势能之和一直减小,故D错误.
故选:B.
如图所示,质量为M=5kg的物体放在水平地面上,上方栓接劲度系数为100N/m的轻质弹簧.开始时弹簧处于原长,现用手拉着弹簧上端P点缓慢向上移动直到物体离开地面一段距离.此过程中P点上升了2m,重力加速度g取10m/s2.则物体重力势能增加( )
正确答案
解析
解:手拉着弹簧上端P点缓慢向上移动,可以看成物体是处于平衡状态.
根据胡克定律得:
弹簧的伸长量为:△x=
在这一过程中,P点的位移是H.
所以物体上升的高度为:△h=H-△x=2-0.5m=1.5m
所以物体重力势能的增加量为:Mg△h=5×10×1.5J=75J
故选:B
如图,从竖直面上大圆(直径d)的最高点A,引出两条不同的光滑轨道,端点都在大圆上,同一物体由静止开始,从A点分别沿两条轨道滑到底端,则( )
正确答案
解析
解:A、对物体在斜面上受力分析,由牛顿第二定律可求得,a=gcosα;根据运动学公式x=
at2,可得,2Rcosα═
gcosαt2,t=2
,因此下滑时间与斜面的倾角无关,只与圆弧的半径及重力加速度有关,故A正确;
B、物体沿不同斜面下滑的高度不同,重力做功不同,故B错误;
C、物体下滑过程只有重力做功,机械能守恒,物体初状态机械能相等,由机械能守恒定律可知,物体到达底端时的机械能相等,故C错误;
D、物体下滑过程重力做功不同,由动能定理可知,物体到达底端时的动能不同,故D错误;
故选:A.
如图所示,M为固定在水平桌面上的有缺口的方形木块,abcd为半径是R的
光滑圆弧形轨道,a为轨道最高点,de面水平且有一定长度.今将质量为m的小球在d点的正上方高为h处由静止释放,其自由下落到d处切入轨道内运动,不计空气阻力,则( )
正确答案
解析
解:A、小球恰能通过a点的条件是小球的重力提供向心力,根据牛顿第二定律:
mg=m
解得:v=
根据动能定理:mg(h-R)=mv2
得:h=1.5R
可知只有满足h≥1.5R,释放后小球才能通过a点,故A错误;
BCD、小球离开a点时做平抛运动,用平抛运动的规律,
水平方向的匀速直线运动:x=vt
竖直方向的自由落体运动:R=gt2,
解得:x=R>R,故无论怎样改变h的大小,都不可能使小球通过a点后落回轨道内,小球将通过a点不可能到达d点.只要改变h的大小,就能改变小球到达a点的速度,就有可能使小球通过a点后,落在de之间或之外.故BD错误,C正确.
故选:C.
如图所示,与水平面成θ=37°的光滑斜面与一光滑圆轨道相切于A点,斜面AB的长度 s=2.3m.让物体(可视为质点)从B点静止释放,恰能沿轨道运动到圆轨道的最高点C,空气阻力忽略不计(取sin37°=0.6,cos37°=0.8),
(1)求圆轨道的半径R.
(2)设物体从C点落回斜面AB上的P点,试通过计算判断P位置比圆心O高还是低.
正确答案
解析
解:(1)物体在最高点C时只受重力,根据 mg=
得物体在最高点C的速度
物体从B至C的过程中根据动能定理得:
代入数据,解方程组,得R=0.6 m
(2)设物体一直平抛至与O等高处,则,
水平位移
又由图可得O到斜面的水平距离为 >sx
所以物体的落点位置P低于O.
答:(1)求圆轨道的半径R为0.6m.
(2)物体的落点位置P低于O.
如图所示,质量为m的物块从A点由静止开始下落,加速度是
,下落H到B点后与一轻弹簧接触,又下落h后到达最低点C,在由A运动到C的过程中,空气阻力恒定,则( )
正确答案
解析
解:A、对于物体来说,从A到C要克服空气阻力做功,从B到C又将一部分机械能转化为弹簧的弹力势能,因此机械能肯定减少.故A错误.
B、对于物块和弹簧组成的系统来说,物体减少的机械能为(克服空气阻力所做的功+弹簧弹性势能),而弹簧则增加了弹性势能,因此整个系统机械能减少量即为克服空气阻力所做的功.故B错误.
C、由A运动到C的过程中,物体的动能变化为零,重力势能减小量等于机械能的减小量.
所以物块机械能减少mg(H+h),故C错误.
D、物块从A点由静止开始下落,加速度是g,根据牛顿第二定律得:
f=mg-ma=mg,所以空气阻力所做的功-
mg(H+h),
整个系统机械能减少量即为克服空气阻力所做的功,
所以物块、弹簧和地球组成的系统机械能减少mg(H+h),故D正确,
故选:D.
将地面上静止的货物竖直向上吊起,货物由地面运动至最高点的过程中,v-t图象如图所示.以下判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、前3 s内货物加速上升,加速度竖直向上,处于超重状态,故A正确;
B、最后2 s内货物的加速度大小为a==
=3m/s2<g,所以根据牛顿第二定律得知,货物还受到其他力作用,故B错误.
C、前3s内做匀加速直线运动,前3s内的平均速度=
=
=3m/s.最后2 s内货物做匀减速直线运动,平均速度为
=
=
=3m/s,故C正确.
D、第3 s末至第5 s末的过程中,货物匀速运动,受到向上的拉力,拉力做正功,其机械能不守恒,故D错误;
故选AC.
如图所示,半径为R=0.2m的光滑
圆弧AB在竖直平面内,圆弧B处的切线水平.B端高出水平地面h=0.8m,O点在B点的正下方.将一质量为m=1.0kg的滑块从A点由静止释放,落在水平面上的C点处,(g取10m/s2)求:
(1)滑块滑至B点时对圆弧的压力及的OC长度;
(2)在B端接一长为L=1.0m的木板MN,滑块从A端释放后正好运动到N端停止,求木板与滑块的动摩擦因数μ.
(3)若将木板右端截去长为△L的一段,滑块从A端释放后将滑离木板落在水平面上P点处,要使落地点P距O点的最远,△L应为多少?
正确答案
解析
解:(1)滑块从光滑圆弧下滑过程中,根据机械能守恒定律得
mgh1=m
,
得vB==2m/s
在B点,重力和支持力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
N-mg=m
解得:N=mg+m=3mg=30N;
根据牛顿第三定律,压力与支持力相等,也为30N;
滑块离开B点后做平抛运动,则
竖直方向:h2=gt2
水平方向:x=vBt
联立得到x=vB
代入数据,解得:x=0.8m
(2)滑块从B端运动到N端停止过程,根据动能定理得
-μmgL=0-m
代入解得μ=0.2
(3)若将木板右端截去长为△L的一段后,设滑块滑到木板最右端时速度为v,由动能定理得
-μmg(L-△L)=mv2-
m
滑块离开木板后仍做平抛运动,高度不变,运动时间不变,则
落地点距O点的距离S=L-△L+vt
联立整理得,S=0.8-△L
根据数学知识得知,当=0.4时,S最大,即△L=0.16m时,S最大.
答:(1)滑块滑至B点时对圆弧的压力为30N,OC的长为0.8m;
(2)木板与滑块的动摩擦因数为0.2;
(3)若将木板右端截去长为△L的一段,滑块从A端释放后将滑离木版落在水平面上P点处,要使落地点距O点的距离最远,△L应为0.16m.
质量为m=2kg的工件轻放到以速度v1=10m/s水平向右匀速传动的传送带Ⅰ的最左端,(传送带Ⅰ绷紧且足够长),经与其上表面相切的竖直放置的光滑半圆形轨道传送到向左运动的传送带Ⅱ上,如图所示.已知光滑半圆形轨道半径为1.6m,传送带Ⅱ的上表面比半圆形轨道的圆心低0.2m.重力加速度g=10m/s2.
(1)若工件与传送带Ⅰ的滑动摩擦因素μ=0.5,试求工件相对传送带Ⅰ滑行的距离为多少?
(2)工件到达半圆形轨道的最低端A点时对轨道的压力为多少?
(3)传送带Ⅱ的右端(传动轮大小不计)距离半圆形轨道的圆心的水平距离最短为多少?
正确答案
解析
解:(1)由f=μmg可得a=5m/;
对于工件 t==2s
对传送带Ⅰ有S1=v1t=20m,对于工件=10m
△S=S1-S2=10m
即工件相对传送带Ⅰ滑行的距离为10m.
(2)工件是以速度v1到达A点
根据FN-mg=
解得
FN=mg+=145N
即工件到达半圆形轨道的最低端A点时对轨道的压力为145N.
(3)设A点重力势能为零,工件到达B点时的速度为v2,根据机械能守恒定律可得
+2mgR=
解得
根据平抛运动可得
x=v2t′
解得
x=3.6m
即传送带Ⅱ的右端(传动轮大小不计)距离半圆形轨道的圆心的水平距离最短为为3.6m.
如图所示,半径为R,内径很小的光滑半圆细管竖立放置,两个质量均为m的小球A、B(小球直径略小于细管直径),以不同的速率沿光滑水平面运动后进入管内,若A球恰好能通过圆周最高点C,B球通过圆周最高点C时,对管壁的作用力为0.75mg.求:
(1)A球到达圆周最高点C时的速度大小
(2)A球刚开始在水平面运动时的速度大小.
(3)A、B球第一次落到水平面地面后,它们间的水平距离.
正确答案
解析
解:(1)设A球到达圆周最高点C时的速度大小为vA,A球恰好能通过圆周最高点时,由重力提供向心力.由牛顿第二定律可得:
…①
解得:…②
(2)设A球刚开始在水平面运动时的速度大小为v′A,小球A从水平面到达最高点的过程中,由机械能守恒得:
…③
解得:…④
(3)设B球到达圆周最高点C时的速度大小为vB,小球A、B离开轨道最高点后都做平抛运动,则有:
S=v•t,…⑤
可得A球的水平位移大小为:,
B球的水平位移大小为:…⑥
情况一:当小球B在最高点受到管壁内侧的作用为N=0.75mg时,
由牛顿第二定律可得:…⑦
A、B球第一次落到水平面地面后,它们间的水平距离为:△S=SA-SB…⑧
联立②⑥⑦⑧解得:△S=R
情况二:当小球B在最高点受到管壁外侧的作用为N=0.75mg时,
由牛顿第二定律可得:…⑨
A、B球第一次落到水平面地面后,它们间的水平距离为:△S=SB-SA …⑩
联立②⑥⑨⑩解得:
答:
(1)A球到达圆周最高点C时的速度大小为.
(2)A球刚开始在水平面运动时的速度大小为.
(3)A、B球第一次落到水平面地面后,它们间的水平距离为R或R-2R.
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