- 机械能守恒定律
- 共8461题
如图所示,在竖直平面内固定有两个很靠近的同心圆轨道,A、B分别为最高点和最低点(图中未标出),外圆光滑内圆粗糙.一质量为m=0.2kg的小球从轨道的最低点以水平向右的初速度v0开始运动,球的直径略小于两圆间距,球运动的轨道半径R=0.5m,重力加速度g取10m/s2,不计空气阻力,设小球过最低点B时重力势能为零,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、若小球运动到最高点时受到为0,则小球在运动过程中一定与内圆接触,受到摩擦力作用,要克服摩擦力做功,机械能不守恒,故A正确;
B、如果内圆光滑,小球在运动过程中不受摩擦力,小球在运动过程中机械能守恒,如果小球运动到最高点时速度为0,由机械能守恒定律得:mv02=mg•2R,小球在最低点时的速度
,由于内圆粗糙,小球在运动过程中要克服摩擦力做功,则小球在最低点时的速度应大于2
m/s,故B错误;
C、小球如果不挤压内轨,则小球到达最高点速度最小时,小球的重力提供向心力,由牛顿第二定律得:mg=m,由于小球不挤压内轨,则小球在整个运动过程中不受摩擦力作用,只有重力做功,机械能守恒,从最低点到最高点过程中,由机械能守恒定律得:
mv02=
mv2+mg•2R,解得:v0=5m/s,则小球要不挤压内轨,速度应大于等于5m/s,故C正确;
D、根据得小球的初速度为
<5m/s,则小球在运动过程中要与内轨接触,要克服摩擦力做功,机械能减少,最终小球将在轨道的下半圆内做往复运动,到达与圆心同高位置处速度为零,则小球的最终机械能为:E=mgR=0.2×10×0.5=1J,故D正确;
故选:ACD.
如图所示,在光滑的水平地面上有一个表面光滑的物块P,它的质量为M,一长为L的轻杆下端用光滑铰链连接于O点,O点固定于地面上,轻杆的上端连接着一个可视为质点的小球Q,它的质量为m,且M=5m.开始时,小球斜靠在物块左侧,它距地面的高度为h,物块右侧受到水平向左推力F的作用,整个装置处于静止状态.若现在撤去水平推力F,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、假设立方体和地面之间有摩擦力,若摩擦力太大,则小球不会推动立方体运动,如摩擦力太小,立方体会在小球落在水平地面上之前离开小球;若摩擦力适中,小球恰好在落到水平地面后与立方体分离.由于物块P与地面间没有摩擦,故P物体会在小球落在水平地面上之前离开小球,故物块先做加速运动(不一定是匀加速),后做匀速运动,故A错误;
B、在小球和物块分离前,当轻杆与水平面的夹角为θ时,由能量守恒定律有:
mg(h-Lsinθ)= ①
将小球的速度沿着水平方向和竖直方向正交分解,有:
vP=vQsinα ②
联立解得:
vQ=
故B正确;
C、对小球和立方体整体受力分析,受重力、杆的弹力T、支持力,在水平方向运用牛顿第二定律,有:Tcosα=(m+M)ax,刚分离时加速度的水平分量为零,故杆的弹力为零,故小球只受重力;故C正确;
D、在分离之前,小球的机械能减小,分离后,只有重力做功,机械能守恒,故D错误;
故选:BC.
如图所示,某滑板爱好者在平台上滑行,他水平离开平台边缘A点时的速度vA=5.0m/s,落在水平地面的B点,其水平位移s1=3.0m.人和滑板与水平地面在B点相互作用后速度方向瞬间变为水平,并沿水平地面滑行s2=8.0m后停止.已知人与滑板可视为质点,其总质量m=60.0kg,沿水平地面滑行过程中所受到的平均阻力大小Ff=60N,空气阻力忽略不计,g取10m/s2.求:
(1)人与滑板在空中运动的时间;
(2)平台距离水平地面的高度;
(3)人和滑板与水平地面在B点相互作用过程中损失的动能.
正确答案
解析
解:(1)人和滑板一起在空中做平抛运动,设其在空中飞行的时间为t,
由水平分运动解得:=
s=0.6s
(2)设平台距离地面高度为h,根据平抛运动规律有:h=gt2=1.8m
(3)人和滑板从离开平台边缘A点到刚落地过程中,只有重力做功,机械能守恒.
设人和滑板刚落地时的动能为EkB1,则有:EA=EkB1
即 mgh+mvA2=EkB1
代入数据解得:EkB1=1830J
设人和滑板与水平地面在B点作用后的动能为EkB2,人和滑板与水平地面在B点作用后,在水平地面滑行时只有阻力对它们做功,
根据动能定理有:-Ffs2=0-EkB2,则 EkB2=Ffs2=480J
人和滑板与水平地面在B点相互作用过程中损失的动能为:
△EkB=EkB1-EkB2=1350J
答:
(1)人与滑板在空中运动的时间是0.6s;
(2)平台距离水平地面的高度是1.8m;
(3)人和滑板与水平地面在B点相互作用过程中损失的动能为1350J.
一小球从某高处由静止释放,用t表示下落时间,h表示下落高度,υ表示下落速度,Ek表示物体动能,下列图象正确的是( )
正确答案
解析
解:A、小球做自由落体运动,则有 v=gt,v∝t,v-t图象应是过原点的直线,故A错误.
B、Ek==
,则Ek-t是开口向上的抛物线,故B错误.
C、由v2=2gh得 v-h是开口向右的抛物线,故C错误.
D、Ek==mgh,v-h图象应是过原点的直线,故D正确
故选:D
如图,ABD为竖直平面内的光滑绝缘轨道,其中AB段是水平的,BD段为半径R=0.2m的半圆,两段轨道相切于B点,整个轨道处在竖直向下的匀强电场中,场强大小E=5.0×103 V/m.一不带电的绝缘小球甲,以速度v0沿水平轨道向右运动,与静止在B点带正电的小球乙发生弹性碰撞.已知甲、乙两球的质量均为m=1.0×10-2kg,乙所带电荷量q=2.0×10-5C,g取10m/s2.(水平轨道足够长,甲、乙两球可视为质点,整个运动过程无电荷转移)
(1)甲乙两球碰撞后,乙恰能通过轨道的最高点D,求乙在轨道上的首次落点到B点的距离;
(2)在满足(1)的条件下.求的甲的速度v0;
(3)若甲仍以速度v0向右运动,增大甲的质量,保持乙的质量不变,求乙在轨道上的首次落点到B点的距离范围.
正确答案
解析
解:(1)在乙恰能通过轨道的最高点的情况下,设乙到达最高点的速度为vD,乙离开D点到达水平轨道的时间为t,乙的落点到B点的距离为x,
则由向心力公式得 ①
竖直方向匀加速运动 2R=(
) t2 ②
水平方向匀速运动 x=vDt ③
联立①②③得:x=0.4m ④
(2)设碰撞后甲、乙的速度分别为v甲、v乙,
根据动量守恒有:
mv0=mv甲+mv乙 ⑤
根据机械能守恒定律有:
⑥
联立⑤⑥得:v甲=0,v乙=v0 ⑦
由动能定理得:-mg•2R-qE•2R=mvD2-
mv乙2 ⑧
联立①⑦⑧得:v0=v乙==2
m/s ⑨
(3)设甲的质量为M,碰撞后甲、乙的速度分别为vM、vm,
根据动量守恒有:
Mv0=MvM+mvm⑩
根据机械能守恒定律有
有以上两式可得:vm=
由于M≫m,可得:vD≤vm<2vD
设乙球过D点的速度为vD′,
由动能定理得
联立以上两个方程可得:2m/s≤vD′<8m/s
设乙在水平轨道上的落点到B点的距离为x‘,
则有:x'=vD′t
所以可以解得:0.4m≤x'<1.6m
答:(1)乙在轨道上的首次落点到B点的距离是0.4m;
(2)甲的速度是;
(3)乙在轨道上的首次落点到B点的距离范围是0.4m≤x'<1.6m.
如图所示,底端切线水平且竖直放置的光滑
圆弧轨道的半径为L,其轨道底端P距地面的高度及于右侧竖直墙的距离也均为L,Q为圆弧轨道上的一点,它与圆心O的连线OQ与竖直方向的夹角为60°,现将一质量为m,可视为质点的小球从Q点由静止释放,g=10m/s2,不计空气阻力,试求:
(1)小球在P点时受到的支持力的大小;
(2)在以后的运动过程中,小球第一次与墙壁的碰撞点里墙角的距离是多少?
正确答案
解析
解:(1)小球滑到圆弧轨道低端过程中,由机械能守恒有:
mgL(1-cos60°)=
v=
小球在P点时,由牛顿第二定律:
联立解得:FN=2mg
(2)小球离开P点后做平抛运动,水平位移为L时所用时间为t,则:
L=vt
小球下落的高度为:
解得:h=
则小球第一次碰撞点距B的距离为:d=L-h═0.5L
答:(1)小球在P点时受到的支持力的大小2mg;
(2)小球第一次与墙壁的碰撞点里墙角的距离是0.5L
如图所示,斜面上OB部分光滑,BC部分粗糙,B、C两点与O点的高度差分别为H和2H.将一轻弹簧下端固定在斜面底端O,弹簧处于自然状态时上端位手A点.现让质量为m的物体从斜面上的C点由静止开始下滑,不考虑空气隧力,重力加速度为g,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、由题意可知,物块从静止沿斜面向下运动,说明重力的下滑分力大于最大静摩擦力,物体在BC段一直做匀加速直线运动,最终不可能停在BC段上某点,故A错误;
B、由于物体在BC段运动过程中,由于物体克服摩擦力做功,机械能逐渐减小,而在OB段斜面是光滑的,物体和弹簧组成的系统机械能守恒,所以物体最终将在OB段的某一区域内做往复,故B正确;
C、由于最终物块在OB段的某一区域内做往复运动,最高点在B点下面,设此最高点为D,从开始到D点的整个过程中机械能的损失△E=mghCD,而hCD>H,所以机械能最多损失大于mgH.故C错误;
D、整个过程中,动能最大的位置为物块第一次下滑与弹簧作用时,弹力等于重力的下滑分力的位置,而弹簧的最大势能即为第一次压缩弹簧到最大位置,因为最大动能和此时的重力势能一同转化为最低点的最大弹性势能,所以整个过程中物体的最大动能小于弹簧的最大弹性势能,故D错误;
故选:B
蹦床运动员与床垫接触的过程可简化为下述模型:运动员从高处落到处于自然状态的床垫(A位置)上,随床垫一同向下做变速运动到达最低点(B位置),如图.有关运动员从A运动至B的过程,说法正确是( )
正确答案
解析
解:A、人和蹦床接触后要受到蹦床的弹力的作用,人的机械能转化成了蹦床的弹性势能,所以人的机械能不守恒,故A错误.
B、对人的运动的过程分析可知,人的速度是先增加后减小的,所以B错误.
C、人受到的合力先是向下后向上,所以合力先对人做正功后做负功,故C错误.
D、人受到的合力先是向下后向上,加速度也是先向下后向上,所以人先失重后超重,所以D正确.
故选D.
(2015秋•徐州期末)如图所示,为某质点(质量不变)运动过程中机械能(E)随速度平方(v2)变化的图象,关于该质点到零势能面竖直距离的变化,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、AB过程,质点的机械能不变,v2增大,动能增大,由E=+mgh,知质点到零势能面竖直距离h不断减小,故A、B错误,
CD、BC过程,由机械能概念有 E=+mgh,E-v2图象倾斜的直线,说明mgh不变,则h不变,故C正确,D错误.
故选:C
如图所示,A、B两球分别用长度不等细线悬于等高的悬点,将两球均抬至与悬点等高并将细线拉直然后由静止释放,当两球过最低点时,两球一定有( )
正确答案
解析
解:A、根据动能定理得:mgL=,解得:v=
,因为L不等.所以速度不等,故A错误;
B、根据a=,解得:a=2g,所以两球加速度相等,又a=Lω2,所以角速度不等,故B错误,C正确;
D、两球在运动的过程中,只有重力做功,机械能守恒,但不知道AB质量如何,故不能确定机械能的大小关系,故D错误;
故选:C.
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