- 机械能守恒定律
- 共8461题
质量为M、长为L的长木板,放置在光滑的水平面上,长木板最右端放置一质量为m的小物块,如图8-1所示.现在长木板右端加一水平恒力F,使长木板从小物块底下抽出,小物块与长木板摩擦因数为μ,求把长木板抽出来所做的功.
正确答案
由F=ma得m与M的各自对地的加速度分别为
设抽出木板所用的时间为t,则m与M在时间t内的位移分别为
所以把长木板从小物块底下抽出来所做的功为
如图所示,若在湖水里固定一细长圆管,管内有一活塞,它的下端位于水面上.活塞的底面积S="1" cm2,质量不计,水面上的大气压强p0=1.0×105 Pa.现把活塞缓慢地提高H="15" m,水上升h="10" m,则拉力对活塞做功为___________ J.
正确答案
100
由于大气压的作用水上升10 m,则拉力做功为:
W=gρSh·+p0S(H-h)=(10×1.0×103×1×10-4×
+1.0×105×1×10-4×5 J="100" J.
如图所示,一质量m1=0.2kg的小球,从光滑水平轨道上的一端A处,以v1=2.5m/s的速度水平向右运动. 轨道的另一端B处固定放置一竖直光滑半圆环轨道(圆环半径比细管的内径大得多),轨道的半径R=10cm,圆环轨道的最低点与水平轨道相切;空中有一固定长为15cm的木板DF,F端在轨道最高点C的正下方,竖直距离为5cm。水平轨道的另一端B处有一质量m
2=0.2kg的小球,m1、m2两小球在B处发生的是完全弹性碰撞,重力加速度为g=10m/s2. 求:
(1)经过C点时,小球m2对轨道的作用力的大小及方向?
(2)m2小球打到木板DF上的位置?
正确答案
(1)在B处m1与m2发生的是完全弹性碰撞,有:
①(2分)
②(2分)
由①②式解得:
(1分)
(或:因m1与m2发生的是完全弹性碰撞,且,所以,两球交换速度。得:
。同样给这5分)
由B到C的过程,机械能守恒,有
③(2分)
由③代入数据得
在C点,对m2根据牛顿第二定律
:
④(2分)
由④代入数据得: (2分)
据牛顿第三定律知:小球对轨道的作用力大小为2.5N,方向竖直向上(1分,没有指明方向不给这1分)
(2)小球从C飞出做平抛运动,有
⑤(2分)
⑥(2分)
由⑤⑥解得:,所以物体刚好落在木板的D点上(2分)
略
如图所示,无动力传送带水平放置,传送带的质量M=5kg,长L=5m,轮与轴间的摩擦及轮的质量均不计.质量为m=2kg的工件从光滑弧面上高为h=0.45m的a点由静止开始下滑,到b点又滑上静止的传送带,工件与皮带之间的动摩擦因数,求:
⑴工件离开传送带时的速度;
⑵工件在传送带上运动的时间;
⑶系统损失的机械能.
正确答案
(1)工件离开传送带时的速度为1m/s
(2)工件在传送带上运动的时间
(3)系统损失的机械能等于滑动摩擦力跟工件与传送带间的相对位移的乘积,即
⑴设工件从弧面上下滑到b点时速度为,由机械能守恒定律得
①
假设工件到达传送带c端前已经与传送带速度相等,设为,由于轮的质量及轮与轴间的摩擦不计,传送带可简化为放在光滑水平地面上的长木板,工件和传送带水平方向不受外力,动量守恒,有
②
在此期间,工件匀减速滑动的加速度为 ③
工件的位移 ④
联立①②③④解得,假设成立,即工件在到达传送带左端c之前已经与传送带速度相等,之后与传送带以速度
一起做匀速运动,即工件离开传送带时的速度为1m/s ⑤
⑵工件在传送带上匀减速运动的时间 ⑥
与传送带一起匀速运动的时间 ⑦
工件在传送带上运动的时间 ⑧
⑶在t1时间内,传送带做匀加速运动,加速度 ⑨
匀加速的位移为 ⑩
系统损失的机械能等于滑动摩擦力跟工件与传送带间的相对位移的乘积,即
11
如图所示,水平传送带AB长L=6m,以v0=3m/s的恒定速度转动.水平光滑台面与传送带平滑连接于B点,竖直平面内的半圆形光滑轨道半径R=0.4m,与水平台面相切于C点.一质量m=1kg的物块(可视为质点),从A点无初速释放,当它运动到A、B中点位置时,刚好与传送带保持相对静止.重力加速度g=10m/s2.试求:
⑴物块与传送带之间的动摩擦因数;
⑵物块刚滑过C点时对轨道的压力FN;
⑶物块在A点至少要具有多大的速度,才能通过半圆形轨道的最高点D (结果可用根式表示) .
正确答案
⑴ ⑵
⑴对物块,由静止开始做匀加速直线运动,由牛顿第二定律和运动学公式有
(2分)
(2分)
解得 (1分)
⑵物块刚滑过C点时的速度vC=vB=3m/s
在C点,有 (2分)
解得 FN=32.5N (1分)
由牛顿第三定律知,物块对轨道的压力大小为32.5N,方向竖直向下. (1分)
⑶物块经过半圆轨道最高点D的最小速度为 (1分)
由C到D的过程中,由动能定理有 (1分)
解得 (1分)
可见,物块从A到B的全过程中一直做匀减速直线运动,到达B端的速度至少为
(1分)
由⑴问可知,物块在传送带上减速运动时的加速度大小a=1.5m/s2
由运动学公式有 (1分)
解得 (1分)
如图所示,一水平方向的传送带以恒定的速度v=2m/s沿顺时针方向匀速转动,传送带右端固定着一光滑的半径R=0.45m的四分之一圆弧轨道,圆弧底端与传送带相切。一质量为0.5kg的物体,从圆弧轨道最高点由静止开始滑下,物体与传送带之间的动摩擦因数为μ=0.2,不计物体滑过圆弧与传送带交接处时的能量损失,传送带足够长,g=10m/s2. 求:
(1)物体滑上传送带向左运动的最远距离及此过程中物体与传送带摩擦所产生的内能
(2)物体第一次从滑上传送带到离开传送带所经历的时间;
正确答案
.(1) (2 分)
(2) (2分)
.解:(1)沿圆弧轨道下滑过程中 (1分) 得
(1分)
物体在传送带上运动的加速度 (1分)
向左滑动的最大距离 (2分)物体在传送带上向左运动的时间
(1分) 物体向左运动过程中与传送带摩擦所产生内能为:
(2 分)
(2)物体向右运动速度达到v时,已向右移动的距离 (2分)
所用时间 (1分) 匀速运动的时间
(1分)
(2分)
(1)在“验证机械能守恒定律”实验中,除铁架台、铁夹、学生电源、纸带和重物外,还需选用下述仪器中的哪几种?( )
(2)在一次实验中,质量m=1kg的重物自由下落,在纸带上打出一系列的点,如图(相邻两点时间间隔为0.02s),单位cm,重力加速度g=9.80m/s2,那么:
①纸带的______端与重物相连;
②打点计时器打下计数点B时,物体的速度vB=______m/s;
③从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量?Ep=______J,此过程中物体动能的增加量?EK=______J;(保留三位有效数字)
正确答案
(1)(1分)还需仪器有 BD
(2)(1分)① 左 端
②(3分)vB= 0.98 ;
③ (4分)Ep= 0.491 ; EK= 0.480 (保留三位有效数字)
(1)在“验证机械能守恒定律”实验中,除铁架台、铁夹、学生电源、纸带和重物外,还需要刻度尺和打点计时器
故选BD
(2)①重物做加速运动,所以位移逐渐增大,则纸带的左端与重物相连
②物体的速度vB=,
③从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量?Ep=,此过程中物体动能的增加量?EK=
(12分)一质量为M="2.0" kg的小物块随足够长的水平传送带一起运动,被一水平向左飞来的子弹击中并从物块中穿过,如图(一)所示.地面观察者纪录了小物块被击中后的速度随时间的变化关系如图(二)所示(图中取向右运动的方向为正方向).已知传送带的速度保持不变,g取10 m/s2.
(1)指出小物块随传送带一起运动速度v的方向及大小,并说明理由;
(2)计算物块与传送带间的动摩擦因数μ;
(3)计算传送带总共对外做了多少功?系统有多少能量转化为热能?
正确答案
(1)传送带的速度v的方向向右,大小为2.0 m/s.从速度图像中可以看出,物块被击穿后,先向左做减速运动,速度为零后,又向右做加速运动,当速度等于2 m/s以后随传送带一起向右做匀速运动.(2)μ=0.2(3)36.0(J)
(1)传送带的速度v的方向向右,大小为2.0 m/s.从速度图像中可以看出,物块被击穿后,先向左做减速运动,速度为零后,又向右做加速运动,当速度等于2 m/s以后随传送带一起向右做匀速运动.……………………………………………………………(2分)
(2)由速度图像可得,物块在滑动摩擦力的作用下做匀变速运动的加速度为a,有
a==
m/s2="2.0" m/s2………………………………………………………………(1分)
由牛顿第二定律:得μMg=Ma…………………………………………………………(2分)
得到物块与传送带间的动摩擦因数
μ==
=0.2…………………………………………………………………………(1分)
(3)解法一:由速度图像可知,传送带与物块存在摩擦力的时间只有3秒,传送带在这段时间内移动的位移为s,
s=vt="2.0×3" m="6.0" m……………………………………………………………………(1分)
所以,传送带所做的功
W=fs="4.0×6.0" J="24.0" J…………………………………………………………………(2分)
在物块获得速度到与传送带一起匀速运动的过程中,物块动能减少了ΔEK
ΔEK=-
Mv2=
×2.0×42-
×2.0×22="12.0" J……………………………………(1分)
所以转化的热能EQ=W+ΔEK="24.0+12.0=36.0" J………………………………………(2分)
解法二:
以传送带为参考系,物块以相对于传送带的速度
v′=+v=4.0+2.0=6.0(m/s)……………………………………………………………(2分)
物块被击中后到相对静止的过程中,物块相对传送带通过的路程为:
s′=t=
×3=9(m)………………………………………………………………………(2分)
所以转化的热能EQ=fs′=4.0×9=36.0(J)……………………………………………(2分)
质量为2kg的物体,在水平面上以v1=6m/s速度匀速向西运动,若有一个F=8N,方向向北的恒力作用于物体,在2s内物体的动能增加了 。
正确答案
64J
因为物体向西运动,力的方向向北,故从此物体在向北方向有了速度,根据动量定理可得,物体在2s后在向北的方向上的速度为v=8m/s,所以物体的动能增加了
如图所示,一质量为M的小车停放在光滑水平面上,车上放着一个质量为m的物块,物块与车面的动摩擦因数为μ,现给m一水平向右、大小为的瞬时冲量,则物块在车上滑行的路程s=?。(设物块与车挡板碰撞时没有能量损失)
正确答案
经过若干次碰撞物块与小车以共同的速度一起运动,设两者的共同速度为V,由动量守恒定律得:(1)
在这一过程中,物块和小车组成系统所减少的机械能全部转化为内能,∴(2)
由(1)(2)两式得:
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