- 机械能守恒定律
- 共8461题
质量为1kg的物体从高处由静止开始下落,其加速度为6m/s2,则该物体从开始下落1m的过程中,动能变化了______J,机械能______(选填“增加”或“减少”)了______J.(g=10m/s2)
正确答案
由F=ma得,物体受到的合外力为F=6N;
则由动能定理可知△Ek=W=Fl=6J;
由合力F=mg-F1可知,物体一定受向上的拉力,大小F1=mg-F=4N;
则拉力做功W1=-F1l=4J;由于拉力做负功,故机械能减少了4J;
故答案为:6 减少 4
一个质量为4kg的物体从80m高处由静止开始下落,不计空气阻力,(g取10m/s2)试求:
(1)前3秒内重力的平均功率;
(2)第4秒末重力的瞬时功率;
(3)物体落地时的动能。
正确答案
解:(1)h=1/2gt2=45m
w=mgh=1800J
p=w/t=600w
(2)v=gt=40m/s
p=mgv=1600w(3)以地面为零势面,由机械能守恒定律:
mgh+0=0+
得:
某人在距离地面2.6m的高处,将质量为0.2kg的小球以v0=12m/s速度斜向上抛出,小球的初速度方向与水平方向之间的夹角为30°,g取10m/s2,求:
(1)人抛球时对球做多少功?
(2)若不计空气阻力,小球落地时的速度大小是多少?
(3)若小球落地时的速度大小为v1=13m/s,小球在空中运动过程中克服阻力做了多少功?
正确答案
(1)由动能定理得:W=△EK=mv02=14.4J;
(2)在小球的整个运动过程中,由动能定理得:
mgh=mv2-
mv02,解得:v=14m/s;
(3)在整个运动过程中,由动能定理得:
mhg-Wf=mv12-
mv02,解得:Wf=2.7J;
答:(1)人抛球时对球做14.4J的功;
(2)若不计空气阻力,小球落地时的速度为14m/s;
(3)若小球落地时的速度大小为v1=13m/s,小球在空中运动过程中克服阻力做了2.7J的功.
图中滑块和小球的质量均为m,滑块可在水平放置的光滑固定导轨上自由滑动,小球与滑块上的悬点O由一不可伸长的轻绳相连,轻绳长为l.开始时,轻绳处于水平拉直状态,小球和滑块均静止.现将小球由静止释放,当小球到达最低点时,滑块刚好被一表面涂有粘住物质的固定挡板粘住,在极短的时间内速度减为零,小球继续向左摆动,当轻绳与竖直方向的夹角θ=60°时小球到达最高点.求
(1)滑块与挡板刚接触的瞬时,滑块速度的大小
(2)小球从释放到第一次到达最低点的过程中,绳的拉力对小球所做的功.
正确答案
(1)设滑块与挡板碰前滑块和小球的速度分别为v1、v2,
对上摆过程中的小球机械能守恒:m
=mgl(1-cosθ)
解得:v2=
开始阶段下摆过程中,根据系统机械能守恒有:
mgl=m
+
m
联立两式解得:v1=
(2)对开始阶段下摆过程中的小球应用动能定理有:
mgl+W=m
得绳子拉力对小球做功:W=-mgl
答:
(1)滑块与挡板刚接触的瞬时,滑块速度的大小为.
(2)小球从释放到第一次到达最低点的过程中,绳的拉力对小球所做的功是-mgl.
如图所示是一个横截面为半圆、半径为R的光滑柱面,一根不可伸长的细线两端分别系住物体A、B,(A、B可以看成质点)且A的质量为2m,B的质量为m,在图示位置由静止开始释放A物体,当物体B达到半圆顶点时,求绳的张力对物体B所做的功。
正确答案
如图所示,质量m=0.4 kg的可以看做质点的滑块P在水平恒力F的作用下,沿水平面从A点由静止开始向B点运动,到达B点时立即撤去力F,滑块P随即冲上带有半径R=5 cm的光滑圆弧面的滑块Q。滑块Q固定在水平面上,它的圆弧面CD与水平面AB相切于B点。已知A、B的间距L=0.5 m,水平面与滑块P之间的动摩擦因数μ=0.2,g取10 m/s2。
(1)若滑块P恰好能冲到滑块Q的最高点D,那么滑块P到达B点时的速度vB为多少?
(2)若力F=1.8 N,那么滑块P最多能到达距D点多高的地方? 在它下落后,滑块P最终将停在距B点多远的地方?
正确答案
解:(1)若滑块P恰好冲到滑块Q的最高点D,从C到D的过程中机械能守恒,则:
=mgR,解得:vB=1 m/s
(2)若F=1.8 N,则在力F作用的过程中根据动能定理有:(F-μmg)L=
而从C点开始至上升到最高点的过程中机械能守恒,因此有:=mgh
解得:h=0.125 m=12.5 cm
最高点距D点的距离h'=h-R=7.5 cm
设滑块P最终距B点的距离为L',那么从A点出发直到最终停止,根据动能定理有:FL-μmg(L+L')=0
解得:L'=0.625m
如图所示,内壁光滑半径为R的圆形轨道,固定在竖直平面内.质量为m1的小球静止在轨道最低点,另一质量为m2的小球(两小球均可视为质点)从内壁上与圆心O等高的位置由静止释放,运动到最低点时与m1发生碰撞并粘在一起.求
⑴小球m2刚要与m1发生碰撞时的速度大小;
⑵碰撞后,m1、m2能沿内壁运动所能达到的最大高度(相对碰撞点).
正确答案
(1);(2)
试题分析:(1)设小球m2刚要与m1发生碰撞时的速度大小为v0,由机械能守恒定律可得:
①
解得: ②
(2)设两球碰撞后,m1m2两球粘在一起的速度为v,由动量守恒定律可得:
m2vo=(m1+m2)v ③
两球碰撞后上升的最大高度为h,由机械能守恒定律可得:
④
由②③④可得:
如图所示,光滑圆轨道ABC,其中AB部分水平, BC部分是处于竖直平面内的半径为R的半圆管,圆管内截 面的半径r
(1)若要小球能从C端飞出,初速度v0应满足什么条件?
(2)在小球从C端飞出的瞬间,对管壁作用力有哪几种可能情况?初速度v0各应满足什么条件?
正确答案
解:
(1)小球从A端入射后,若刚好到达C点,则vC=0,小球A→B→C的过程中只存重力做功,机械能守恒.由机械能守恒定律得: ,即
故若小球能从C端飞出,入射速度应大于
(2)小球从C端飞出时,对管壁的作用力有以下三种可能情况.
a.恰好对管壁无压力,此时由牛顿第二定律知
①
又A→B→C过程中小球机械能守恒,
②
由①②解得
b.对下管壁有压力,此时的入射速度
c.对上管壁有压力,此时的入射速度
如图甲所示,竖直平面内的光滑轨道由直轨道AB和半圆轨道BC组成,半圆轨道半径为R.小球从轨道AB上高H处的某点静止滑下,用力传感器测出小球经过圆轨道最高点C时对轨道的压力为F,并得到如图乙所示的压力F随高度H的变化关系图象.(小球在轨道连接处无机械能损失,g=10m/s2)
求:
(1)小球从H=3R处滑下,它经过最低点B时的向心加速度的大小;
(2)小球的质量和圆轨道的半径;
(3)试在图乙中画出小球在圆轨道最低点B时对轨道的压力随高度H的变化图象.(要求写出轨道的压力随高度变化的关系式)
正确答案
(1)由机械能守恒得:mgH=mvB2
向心加速度a==6g=60m/s2
(2)由机械能守恒得:mgH-mg•2R=mvC2
由牛顿第二定律得:mg+F=m
解得:F=H-5mg
根据图象得:m=0.1kg
R=0.2m
(3)由机械能守恒得:mgH=mv
由牛顿第二定律得:F′-mg=m
得:F′=H+mg=10H+1
根据小球在圆轨道最低点B时对轨道的压力和高度H的表达式作出图象.
答:(1)小球从H=3R处滑下,它经过最低点B时的向心加速度的大小是60m/s2;
(2)小球的质量是0.1kg,圆轨道的半径是0.2m;
(3)见图
如图所示,由光滑细管组成的轨道固定在竖直平面内,其中AB段和BC段是半径为R的四分之一圆弧.一小球从距离水平地面高为H的管口D处静止释放,最后能够从A点水平抛出落到地面上.若R可以变化,求:
(1)R的最大值;
(2)小球从A点平抛落地时的水平位移x的最大值.
正确答案
(1)为使小球能够从A点平抛,需满足:mg+N=
且N≥0.
小球从D点静止释放运动到A点的过程中机械能守恒,故有:
mgH=mg•2R+m
联立解得:R≤H,所以R的最大值为
H.
(2)小球从A点平抛,根据平抛运动的规律有:
水平方向上:x=vAt
竖直方向上:2R=gt2
联立解得:x=
显然,当R=时,小球从A点平抛的水平位移有最大值 xmax=H.
答:(1)R的最大值是H;
(2)小球从A点平抛落地时的水平位移x的最大值是H.
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