- 机械能守恒定律
- 共8461题
如图所示,A、B是水平传送带的两个端点,起初以v0=1m/s的速度顺时针运转.今将一小物块(可视为质点)无初速度地轻放在A处,同时传送带以a0=1m/s2的加速度加速运转,物体和传送带间的动摩擦因素为0.2,水平桌面右侧有一竖直放置的光滑轨道CPN,其形状为半径R=0.8m的圆环剪去了左上角1350的圆弧,PN为其竖直直径,C点与B点的竖直距离为R,物体离开传送带后由C点恰好无碰撞落入轨道.取g=10m/s2,求:
(1)物块由A端运动倒B端所经历的时间.
(2)AC间的水平距离
(3)判断物体能否沿圆轨道到达N点.
正确答案
解析
解:(1)物体离开传送带后由C点无碰撞落入轨道,则得在C点物体的速度方向与C点相切,与竖直方向成45°,有vcx=vcy,
物体从B点到C作平抛运动,竖直方向:
vcy=gt3
水平方向:xBC=vBt3(vB=vcx)
得出vB=vcx=vcy=4m/s
物体刚放上传送带时,由牛顿第二定律有:μmg=ma
得:a=2m/s2
物体历时t1后与传送带共速,则有:at1=v0+a 0t1,
t1=1s
得:v1=2 m/s<4 m/s
故物体此时速度还没有达到vB,且此后的过程中由于a0<μg,物体将和传送带以共同的加速度运动,设又历时t2到达B点
vB=v1+a 0t2
得:t2=2s
所以从A运动倒B的时间为:t=t1+t2=3s
AB间的距离为:s==7m
(2)从B到C的水平距离为:sBC=vBt3=2R=1.6m
所以A到C的水平距离为:sAC=s+sBC=8.6m
(3)物体能到达N点的速度要求:mg=
解得:=
m/s
对于小物块从C到N点,设能够到达N位置且速度为v′N,由机械能守恒得:=
解得:v′N=<vN
故物体不能到达N点.
答:(1)物块由A端运动倒B端所经历的时间为3s.
(2)AC间的水平距离为8.6m
(3)物体不能沿圆轨道到达N点.
如图所示,在竖直平面内,由斜面和圆形轨道分别与水平面相切连接而成的光滑轨道,圆形轨道的半径为R.质量为m的小物块从斜面上距水平面高为h=2.5R的A点由静止开始下滑,物块通过轨道连接处的B、C点时,无机械能损失.求:
(1)小物块通过B点时速度vB的大小;
(2)小物块通过圆形轨道最低点C时轨道对物块的支持力F的大小;
(3)小物块能否通过圆形轨道的最高点D.
正确答案
解析
解:(1)物块从A点运动到B点的过程中,
由机械能守恒得:
解得:
(2)物块从B至C做匀速直线运动
∴vC=vB=
物块通过圆形轨道最低点C时,做圆周运动,
由牛顿第二定律有:
解得:FN=6mg
(3)设物块能从C点运动到D点,
由机械能守恒得:
∴
物块做圆周运动,通过圆形轨道的最高点的最小速度设为vD1,
由牛顿第二定律得:
mg=m
vD1=
故正好通过D点.
(1)小物块通过B点时速度vB的大小为;
(2)小物块通过圆形轨道最低点C时轨道对物块的支持力F的大小为6mg;
(3)小物块正好通过圆形轨道的最高点D.
2008年5月12日四川汶川发生里氏8.0级大地震,地震波的纵波和横波在地表附近的传播速度分别是9.1km/s和3.7km/s.在这次地震时,成都某观测站记录的纵波和横波的到达时刻相差19.2s.则地震的震源距这个观测站______km.这次地震给当地人民的生命财产带来了极大损失,但由于道路被震毁,使救援人员无法进入灾区.为了忙了解灾区情况和开展救援工作,14日12时15分左右,空降兵十五军特种大队15名官兵在四川茂县率先实施空降.这是空军首次在高原复杂地域,运用“三无”(无地面引导,无地面、窜气象保障资料,无地表、地形资料条件下)空降方式参加抗震救灾.若当时飞机飞行的高度为5000m,飞行的速度为200km/hr.一个伞兵的全部质量为75kg,取海平面为零势能面,该伞兵跳出飞机的瞬间,其机械能大小为______J.
正确答案
119.7
3.9×106
解析
解:震源与观测站的距离为s※两种波到达观测站的时间为t1、t2,根据速度公式有
t1==
t2==
而△t=t2-t1=19.2s
得s≈119.7km
伞兵的机械能为:E=Ep+Ek=mgh=75×10×5000J+
J≈3.9×106J
故答案为:119.7,3.9×106.
图甲所示是游乐场中过山车的实物图片,图乙是由它抽象出来的理想化模型(圆形轨道与斜轨道之间平滑连接,不计摩擦和空气阻力).已知圆轨道的半径为R,质量为m的小车(视作质点)从P点由静止沿斜轨道下滑,进入圆轨道后沿圆轨道运动.已知P点到圆轨道最低点B的高度差H=3R,求:
(1)小车到达B点时的速度大小;
(2)小车在A点受到的压力大小.
正确答案
解析
解:
(1)设小车滑至B点的速度为v2,根据机械能守恒,有:mgH=
将H=3R代入解得:
(2)设小车从P点滑至A点的速度为vA,根据机械能守恒,有:mgH=+mg•2R
设小车在A点受到的压力大小为F,分析小车的受力情况得:
解得:F=mg
答:
(1)小车到达B点时的速度大小为;
(2)小车在A点受到的压力大小为mg.
如图所示,质量为m和3m的小球A和B,系在长为L的细线两端,桌面水平光滑,高h(h<L),B球无初速度从桌边滑下,落在沙地上静止不动,则A球离开桌边的速度为______.
正确答案
解析
解:A、B组成的系统,机械能守恒.有
3mgh=
解得:
故答案为:
图中的半圆轨道半径为lm,在B点轨道的最低点,一质量为1kg物体自A点从静止开始下滑,不计滑块与轨道间的摩擦和空气阻力,则在物体刚好到达B点时物体对轨道的压力为______.(g取10m/s2)
正确答案
30N
解析
解:设物体到B点的速度为v,由A到B为研究过程,由动能定理得:mgR=
解之得:v=
在B点,物体由重力与轨道支持力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律得:
N-mg=m
解得:N=3mg=3×1.0×10N=30N
根据牛顿第三定律得知,物体在B位置对轨道的压力N′=N=30N.
故答案为:30N.
如图所示,长度相同的三根轻杆构成一个正三角形支架,在A处固定质量为2m的小球,B处固定质量为m的小球,支架悬挂在O点可绕过O点并与支架所在平面相垂直的固定轴转动.开始时OB与地面相垂直,放手后开始运动,在不计任何阻力的情况下,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:因为在整个过程中系统机械能守恒,故有:
A、若当A到达最低点时速度为0,则A减少的重力势能等于B增加的重力势能,只有A与B的质量相等时才会这样.又因A、B质量不等,故A错误;
B、因为系统机械能守恒,即A、B两球的机械能总量保持不变,故A球机械能的减少量等于B球机械能的增加量,故B正确;
C、因为B球质量小于A球,故B上升高度h时增加的势能小于A球减少的势能,故当B和A球等高时,仍具有一定的速度,即B球继续升高,故C错误;
D、因为不计一切阻力,系统机械能守恒,故当支架从左到右加摆时,A球一定能回到起始高度故D正确.
故选:BD.
如图所示,质量为m的小球,由长为R的细线系住,细线的另一端固定在A点,AB是过A的竖直线,在AB上钉铁钉D,线能承受的最大拉力是10mg(g为重力加速度),现将细线沿水平方向拉直,然后由静止释放,不计线与钉子碰撞时的能量损失,不计空气阻力,求:
(1)小球刚到达最低点时速度的大小;
(2)若小球能绕钉子在竖直面内做圆周运动,求钉子到A点距离的取值范围.
正确答案
解析
解:(1)小球到达最低点时,由机械能守恒定律:
得:
(2)设钉子到A的距离为x1,此时细线承受的拉力是10mg,由牛顿第二定律得
代入数据得:
设钉子到A的距离为x2,小球恰好能在竖直面内做圆周运动,则在圆周的最高点有
从最低点上升到最高点的过程有
代入数据得:
因此钉子到A点距离应x2≤x≤x1,即
答:
(1)小球刚到达最低点时速度的大小是;
(2)钉子到A点距离的取值范围是.
如图,长为L的轻质杆,中点和右端分别固定着质量为m的A球和B球,杆可绕左端在竖直面内转动.现将杆由静止释放,当杆摆到一竖直位置时( )
正确答案
解析
解:A、B、C在转动过程中,A、B两球的角速度相同,设A球的速度为vA,C球的速度为vB,由v=ωr,则有:
vB=2vA…①
以A、B和杆组成的系统机械能守恒,由机械能守恒定律,并选最低点为零势能参考平面,则有
mg•L+mg•L=
+
…②
由①②式解得:vB=,vA=
小球B的机械能增加量为:△EB=-mg•L=
mgL;
A球的机械能减少为:△EA=mg-
=
mgL;故ABC正确.
D、对A球,根据牛顿第二定律得:T1-T2-mg=m
对B球,则有:T2-mg=m
联立解得,T2=mg,T1=
,则杆对A球的拉力与杆对B球的拉力大小之比为28:17.故D错误.
故选:ABC.
如图所示,一固定的锲形木块,其斜面长为3s,倾角θ=30°,另一边与地面垂直,顶上有一定滑轮.一柔软的细线跨过定滑轮,两端分别与物块A和B(可视为质点)连接,A的质量为4m,B的质量为m.开始时将B按在地面上不动,然后放开手,让A自斜面顶端沿斜面下滑而B上升.当A、B位于同一高度时细线突然断了,不计物块A与斜面间的摩擦,求:
(1)细线断时两物块的速度大小.
(2)物块B上升的最大高度.
正确答案
解析
解:(1)AB系统机械能守恒,设细线断开时A与B速率为v,A、B运动的距离为x,则
4mgxsin30°=+
+mgx ①
又x+=3s ②
解得:x=s,v= ③
(2)细线断了之后,物块以初速v竖直上抛,继续上升的最大距离h= ④
由物块B上升最大高度H=h+x
代入数据解得 H=1.2s ⑤
答:
(1)细线断时两物块的速度大小是.
(2)物块B上升的最大高度是1.2s.
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