- 机械能守恒定律
- 共8461题
(2016春•玉溪校级月考)如图所示,光滑轨道LMNPQMK固定在水平地面上,轨道平面在竖直面内,MNPQM是半径为R的圆形轨道,轨道LM与圆形轨道MNPQM在M点相切,轨道MK与圆形轨道MNPQM在M点相切,b点、P点在同一水平面上,K点位置比P点低,b点离地高度为2R,a点离地高度为2.5R,若将一个质量为m的小球从左侧轨道上不同位置由静止释放,关于小球的运动情况,以下说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:ABC、设小球恰好通过P点时速度为v.此时在P点,由重力提供向心力,根据牛顿第二定律得:mg=m.
设小球释放点到地面的高度为H.从释放到P点的过程,由机械能守恒定律得:mgH=mg•2R+mv2,解得:H=2.5R.
所以将小球从LM轨道上a点由静止释放,小球恰好到达P点,能做完整的圆周运动,由机械能守恒守恒可知,一定能沿轨道运动到K点.
而将小球从LM轨道上b点或a、b点之间任一位置由静止释放,不能到达P点,在到达P前,小球离开圆轨道,也就不能到达K点.故A、B、C错误.
D、小球做斜上抛运动时水平方向做匀速直线运动,到最大高度时水平方向有速度,设斜抛的最大高度为H′,根据机械能守恒定律得:
mgH=mv2+mgH′,v>0,则H′<H,故小球做斜上抛运动时距离地面的最大高度一定小于由静止释放时的高度,故D正确.
故选:D
如图所示,小球以初速度为v0从光滑斜面底部向上滑动,恰能到达最大高度为h的斜面顶部.图中A是内轨半径大于h的光滑轨道,B是内轨半径小于h的光滑轨道,C是内轨直径等于h的光滑轨道,D是长为1/2h的轻杆(可绕固定点O转动,小球与杆的下端相碰后粘在一起).小球在底端时的初速度都为v0,则小球在以上四种情况中能到达高度h的是( )
正确答案
解析
解:小球从光滑斜面底部向上滑动,恰能到达最大高度为h的斜面顶部时速度为零.
①小球到达最高点的速度可以为零,根据机械能守恒定律得:mgh+0=mgh′+0.则h′=h.故①正确.
②若小球到达h高度必须有速度,根据机械能守恒定律得知:mgh+0=mgh′+mv2.则h′<h.所以不达到高度h.故②错误.
③小球到达最高点的速度不能为零,最小速度应为 v=(由mg=m
解得),所以小球达不到最高点就离开轨道做斜抛运动.故③错误.
④杆子可以提供支持力,所以到达最高点时速度可以为零,根据机械能守恒定律可知,小球能达到最高点即高h处,故④正确.
故选:D.
如图,可视为质点的小球A、B用不可伸长的细软轻线连接,跨过固定在地面上半径为R有光滑圆柱,A的质量为B的两倍.当B位于地面时,A恰与圆柱轴心等高.将A由静止释放,B上升的最大高度是( )
正确答案
解析
解:设B的质量为m,则A的质量为2m,
以A、B组成的系统为研究对象,
在A落地前,由动能定理可得:
-mgR+2mgR=(m+2m)v2-0,
以B为研究对象,在B上升过程中,
由动能定理可得:-mgh=0-mv2,
则B上升的最大高度H=R+h,
解得:H=;
故选C.
如图所示,把小车放在倾角为30°的光滑斜面上,用轻绳跨过定滑轮使之与盛有沙子的小桶相连,不计滑轮质量及摩擦,已知小车的质量为3m,小桶与沙子的总质量为m,小车从静止释放后,在小桶上升竖直高度为h的过程中( )
正确答案
解析
解:AC、在整个的过程中,小桶向上做加速运动,加速度向上,所以小桶受到的拉力大于重力,小桶处于超重状态.故AC错误;
B、在小桶上升竖直高度为h的过程中只有重力对小车和小桶做功,由动能定律得:3mg•h•sin30°-mgh=(3m+m)v2
解得:v=,故B正确;
D、小车和小桶具有相等的最大速度,所以小车的最大动能为:Ekm=•3mv2=
mgh,故D错误.
故选:B
如图所示,AEBCDO是处于竖直平面内的光滑轨道,AEB是半径为R=1.5m的1/4圆周轨道,CDO是直径为1.5m的半圆轨道.AEB轨道和CDO轨道通过极短的水平轨道(长度忽略不计)平滑连接.半径OA处于水平位置,直径OC处于竖直位置.质量m=0.1kg的小球由A点的正上方高H的P点处自由落下,从A点进入竖直平面内的轨道运动(小球经过A点时无机械能损失),小球恰能通过CDO轨道最高点.并落在AEB轨道上的E点,不计空气阻力,g取10m/s2.求:
(1)高度H的大小;
(2)当小球通过CDO轨道最低点C时对轨道的压力大小;
(3)θ角的大小.(用反三角函数表示)
正确答案
解析
解:(1)因为小球恰能通过O点,故有:mg=m
解得:v0=
小球从P→O机械能守恒,故:mgH=
r=,可得H=
(2)P→C机械能守恒 mg(H+R)=
在C点用向心力公式得:
联立得:N=6mg=6N
(3)小球离开O点做平抛运动,初速度为
由平抛运动规律得:
Rsinθ=vOt
Rcosθ=
联立得:cos2θ+cosθ-1=0
解得cosθ=,舍去负值得cosθ=
;
所以;
答:(1)高度H的大小为0.375m;
(2)当小球通过CDO轨道最低点C时对轨道的压力大小为6N;
(3)θ角的大小为.
如图所示,一个可视为质点的质量为m的小球以初速度v飞出高为H的桌面,当它经过距离地面高为h的A点时的速度为vA,所具有的机械能是(以桌面为零势能面,不计空气阻力)( )
正确答案
解析
解:由于不计空气阻力,物体运动过程中机械能守恒,选择桌面为零势能面,
开始是机械能为:E=0+
当它经过距离地面高为h的A点时机械能是,
同时机械能也等于动能和势能之和,所以A点时机械能也是,
故BC错误,AD正确.
故选AD.
(2015秋•攸县校级期中)如图所示,倾角为α的光滑斜面与半径为R=0.4m的半圆形光滑轨道在同一竖直平面内,其中斜面与水平面BE光滑连接,水平面BE长为L=0.4m,直径CD沿竖直方向,C、E可看作重合.现有一可视为质点的小球从斜面上距B点竖直距离为H的地方由静止释放,小球在水平面上所受阻力为其重力的
.(取g=10m/s2)
(1)若要使小球经E处水平进入圆形轨道且能沿轨道运动,H至少要有多高?若小球恰能沿轨道运动,那么小球在水平面DF上能滑行多远?
(2)若小球释放处离B点的高度h小于(1)中H的最小值,小球可击中与圆心等高的G点,求此h的值.
正确答案
解析
解:(1)小球从光滑轨道下滑,机械能守恒,设到达B点时的速度大小为υ.则:mgH=
因为小球在水平面上所受阻力为其重力的,根据牛顿第二定律得:
a==2m/s2
小球能在竖直平面内做圆周运动,在圆周最高点必须满足mg≤,
联立以上几式并代入数据解得:H≥0.28m
小球恰能沿轨道运动,根据动能定理得:
mg•2R-kmgx=0-
解得:x=5m
(2)若h<H,小球过E点后做平抛运动,设球经E点时的速度大小为υx,则击中G点时:
竖直方向:R=①
水平方向:R=υxt…②
由动能定理有:mgh-kmgL=③
由①②③解得h=0.18m
答:(1)若要使小球经E处水平进入圆形轨道且能沿轨道运动,H至少要有0.28m,若小球恰能沿轨道运动,那么小球在水平面DF上能滑行5m;
(2)若小球释放处离B点的高度h小于(1)中H的最小值,小球可击中与圆心等高的G点,此h的值为0.18m.
在下列现象或者物理过程中,机械能守恒的是( )
正确答案
解析
解:A、树叶下落过程中,空气阻力和浮力对其做负功,机械能不守恒.故A错误;
B、水平抛出的石块只受重力,机械能守恒,故B正确.
C、沿斜面匀速上行的汽车,动能不变,重力势能增加,故机械能增加,故C错误;
D、空中飞舞的柳絮空气阻力和浮力对其做功,则机械能不守恒,故D错误.
故选:B.
如图所示,一固定在竖直平面内的光滑的半圆形轨道ABC,其半径R=0.5m,轨道在C处与水平地面相切,在C处放一小物块,给它一水平向左的初速度v0=5m/s,结果它沿CBA运动,通过A点,最后落在水平地面上的D点,求C、D间的距离x.取重力加速度g=10m/s2.
正确答案
解析
解:设小物块的质量为m,过A处时的速度为v,由A到D经历的时间为t,
由机械能守恒可得:
mv02=
mv2+2mgR ①
由平抛运动的规律可知:
2R=gt2②
x=vt③
由①②③式并代入数据得
x=1 m
CD间的距离为1m.
如图所示,位于竖直平面上的
圆弧形光滑轨道,半径为R=0.2m,OB沿竖直方向,圆弧轨道上端A距地面高度为H=0.4m,质量为m=2kg的小球从A点由静止释放,经过B点,最后落在地面上的C点处.不计空气阻力,重力加速度取g=10m/s2.求:
(1)小球刚运动到B点时,速度为多大?
(2)小球刚运动到B点时,对圆弧轨道的压力多大?
(3)小球落地点C与B的水平距离S为多大?
正确答案
解析
解:(1)设小球经过B点时的速度大小为vB,对小球从A到B的过程,由机械能守恒得:
mgR=
解得:vB=2m/s
(2)在B点根据向心力公式得:
N-mg=m
解得:N=60N
根据牛顿第三定律得:小球对圆弧轨道的压力为60M
(3)小球从B点抛出后做平抛运动,则有:
t==0.2s
则s=vBt=0.4m
答:(1)小球刚运动到B点时,速度为2m/s;
(2)小球刚运动到B点时,对圆弧轨道的压力为60N;
(3)小球落地点C与B的水平距离S为0.4m.
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