- 机械能守恒定律
- 共8461题
如图所示,光滑圆弧轨道固定放置在竖直平面内,一质量为m的小球位于轨道内侧最低点,现给小球一水平初速度,使小球沿着轨道运动且始终不脱离轨道,当小球再次运动到轨道最低点时对轨道的压力大小可能是( )
正确答案
解析
解:当小球运动到圆周的四分之一时,由机械能守恒得:
v=
支持力=3mg,
又因为初速度不为零,所以只要大于mg,小于3mg即可满足不离开轨道的条件;
当小球能到达最高点,v0=恰好完成圆周运动的时候,由机械能守恒得:
v1=
此时的支持力=6mg,
因为恰好到达最高点时的速度小于,小球将脱离轨道,故只要大于6mg即可满足不离开轨道的条件.
故选:BD
过山车是一种惊险的游乐工具,其运动轨道可视为如图所示的物理模型.已知轨道最高点A离地面高为h=12.8m,圆环轨道半径为R=5m,过山车质量为m=150kg,重力加速度g取10m/s2,求:
(1)若不计一切阻力,该车从A点静止释放后,经过最低点B时的速度为多大?
(2)当过山车经过圆形轨道最高点C时,轨道对车的作用力为多大?
正确答案
解析
解:(1)若不计一切阻力,只有重力做功,由机械能守恒得:
mgh=
则得,vB==
m/s=16m/s;
(2)在A到C的过程中,由机械能守恒可知:mg(h-2R)=
在C点,由重力和轨道的压力的合力提供向心力,则得:
mg+N=m
联立以上两式,得:N=m-mg=mg[
-1]=150×10×[
-1]N=180N;
答:
(1)车从A点静止释放后,经过最低点B时的速度为16m/s.
(2)当过山车经过圆形轨道最高点C时,轨道对车的作用力为180N.
如图所示,BC为半径等于
m竖直放置的光滑细圆管,O为细圆管的圆心,在圆管的末端C连接倾斜角为45°、动摩擦因数μ=0.6的足够长粗糙斜面,一质量为m=0.5kg的小球从O点正上方某处A点以v0水平抛出,恰好能垂直OB从B点进入细圆管,小球从进入圆管开始受到始终竖直向上的力F=5N的作用,当小球运动到圆管的末端C时作用力F立即消失,小球能平滑地冲上粗糙斜面.(g=10m/s2)求:
(1)小球从O点的正上方某处A点水平抛出的初速度v0为多少?
(2)小球在圆管中运动时对圆管的压力是多少?
(3)小球在CD斜面上运动的最大位移是多少?
正确答案
解析
解:(1)小球从A运动到B为平抛运动,有:
rsin45°=v0t
在B点,有:tan45°=
解以上两式得:v0=2m/s
(2)在B点据平抛运动的速度规律有:vB==2
m/s
小球在管中的受力分析为三个力:由于重力与外加的力F平衡,故小球所受的合力仅为管的外轨对它的压力,得小球在管中做匀速圆周运动,由圆周运动的规律得细管对小球的作用力N=m=5
N
根据牛顿第三定律得小球对细管的压力N′=N=5N;
(3)在CD上滑行到最高点过程,根据牛顿第二定律得:
mgsin45°+μmgcos45°=ma
解得:a=g(sin45°+μcos45°)=
根据速度位移关系公式,有:
;
答:(1)小球从O点的正上方某处A点水平抛出的初速度v0为2m/s;
(2)小球在圆管中运动时对圆管的压力是5N;
(3)小球在CD斜面上运动的最大位移是m.
在下列几种运动中,机械能守恒的是( )
正确答案
解析
解:A、汽车加速过程,汽车牵引力做功,机械能增加,机械能不守恒,故A错误;
B、物体沿光滑斜面下滑,只有重力做功,机械能守恒,故B正确;
C、物体做自由落体运动,只有重力做功,机械能守恒,故C正确;
D、跳伞运动员在降落伞打开后匀速下落,动能不变,重力势能减小,机械能减小,机械能不守恒,故D错误;
故选:BC.
如图所示,绝缘光滑的半圆轨道位于竖直平面内,并处于竖直向下的匀强电场中,在轨道的上缘有一个质量为m,带电荷量为+q的小球,由静止开始沿轨道运动.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、物体机械能守恒的条件是只有重力或者是弹力做功,小球在运动的过程中还有电场力对求做功,所以机械能不守恒,故A错误.
B、小球向下运动到轨道最低点的过程中,重力和电场力对小球都做正功,根据动能定理可以知道,小球在轨道最低点时速度最大,所以B正确.
C、对小球由动能定理可得,(mg+qE)R=mV2,在最低点时,由向心力的公式可得,N-mg-qE=m
,联立以上两个方程可得N=3(mg+qE),由牛顿第三定律可知,小球在最低点对轨道的压力为3(mg+qE),所以C错误.
D、根据C的分析,可知D正确.
故选BD.
物体从高1.8m、长3m的光滑斜面的顶端,由静止开始沿斜面滑下,设物体下滑过程中机械能守恒,物体滑到斜面底端的速度大小是______m/s.(g取10m/s2)
正确答案
6
解析
解:物体在斜面上运动的过程中,根据动能定理得:
mgh=mv2-0
得 v==
=6m/s
故答案为:6.
如图示,用长为L的细绳悬挂一个质量为m的小球,悬点O点,把小球拉至A点,使悬线与水平方向成30°角,然后松手,问:小球运动到悬点的正下方B点,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、绳子绷紧的瞬间小球的径向分速度消失,由速度的合成与分解求出切向分量;故此过程机械能不守恒,故A正确;
B、如图:小球从A点到C点做自由落体运动,下落高度为L,则:vc=
.
其切向分量为:υ1=υCcos30°=
小球从C点到B点过程中,由机械能守恒定律有:
mgL(1-sin30°)=m
将υ1代入解得:υB2=gL
对B点由向心力公式得:T-mg=m
解得:T=mg+m=
mg.故BC错误,D正确;
故选:AD
(多选题)如图所示,两块三角形的木板B、C竖直放在水平桌面上,它们的顶点连接在A处,底边向两边分开.一个锥体置于A处,放手之后,奇特的现象发生了,椎体自动地沿木板滚上了B、C板的高处,不计一切阻力.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:椎体自动地沿木板滚上了B、C板的高处的过程中只有重力做功,椎体机械能守恒,重力势能转化为动能,而高度上升,所以重心逐渐降低,故BD正确,AC错误.
故选BD
如图,不可伸长的轻质细绳跨过光滑的轻质滑轮,绳两端各系一小球.a球质量为m,静止于地面;b球质量为3m,用手托住,高度为h,此时绳刚好拉紧.从静止开始释放b,a上升的最大高度为______.(a球不会碰到滑轮)
正确答案
解析
解:设a球到达高度h时两球的速度V,b球落地之前,根据系统机械能守恒得:
3mgh=mgh+•(3m+m)V2
解得 两球的速度都为V=,
b球落地之后:绳子松驰,a球开始做初速为V=的竖直上抛运动,
根据机械能守恒:mgh+mV2=mgH
解得a球能达到的最大高度H=1.5h.
故答案为:h
(2015秋•商丘期末)如图,半径为R,圆心是O的光滑圆环固定在竖直平面内,OC水平,D是圆环最低点.质量为m的小球A与质量为2m的小球B套在圆环上,两球之间用轻杆相连,两球初始位置如图所示.由静止释放,当小球A运动至D点时,小球A的动能为( )
正确答案
解析
解:A、B组成的系统机械能守恒.当A运动至最低点D时,A下降的高度为hA=R+Rsin45°,B上升的高度为 hB=Rsin45°
则有 mghA-2mghB=m
+
•2m
又AB速度大小相同,即vA=vB
小球B的动能为 EkB=•2m
联立得:EkB=mgR
故选:C
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