- 机械能守恒定律
- 共8461题
某游乐场的过山车从较高的弧形轨道顶部,从静止开始向下运动,在底部进入与之连接的圆形轨道,它可以底朝上在竖直圆轨道顶部运行,游客不会掉下来,如图(甲)所示,可以把这种情形抽象为如图(乙)所示的简图,为了游客的安全,载人过山车在通过圆轨道的最高点时,对轨道要有一定的压力,假设该压力为人与过山车总重力的0.5倍,圆轨道的半径为R,不考虑一切阻力,问:
小题1:弧形轨道顶部到底部的高度应多大?
小题2:若人的质量为,过山车经过圆轨道最低点时人对座椅的压力多大?
正确答案
小题1:2.75R
小题2:6.5mg
用如图5-8甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。
小题1:实验小组A不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏了,剩下的一部分纸带上各点间的距离如图5-9所示的数值,已知打点计时器的周期为T=0.02S,重力加速度g=10m/s2;重锤的质量为m=1kg,已知S1=0.98cm,S2=1.42cm,S3="1.78cm," S4=2.18cm,重锤从B点到C点重力势能变化量是 J,动能变化量是 J. (结果保留三位有效数字)
小题2:若实验小组B在验证机械能守恒定律的实验中发现,重锤减小的重力势能总是大于重锤动能的增加,其原因主要是因为在重锤下落的过程中存在阻力作用,因此想到可以通过该实验装置测阻力的大小. 根据已知当地重力加速度公认的较准确的值为g,电源的频率为f,用这些物理量求出了重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小F=___________(用字母g、m、f、 S1、 S2、S3、S4表示).
正确答案
小题1:0.142J,0.140J
小题2:F=m[g-]
小题1:=0.600 m/s
m/s=0.800 m/s
重锤从B点到C点重力势能变化量是Δ EP=1×10×1.42×10-2=0.142J,动能变化量是 Δ EK=×1×(0.8002-0.6002)J=0.140J
小题2:利用分组逐差法求得加速度为a=,
由牛顿第二定律得
mg-F=ma,求得F=m[g-]
正确答案
如图所示,ABC是一条由一个半圆和一段斜面组成的光滑轨道,半圆轨道与轨道BC在同一竖直平面内且在B点平滑连接。A、B两点在同一竖直线上,且已知半圆半径为R。今在水平地面上某一点P处抛出一个小球,使它恰好从A点相切进入轨道(此过程不相碰),在B点处无能量损失,最后沿斜面上升到高度为H处。试求小球抛出点P点的位置,抛射速度Vp以及抛射角(不计空气阻力)。
正确答案
C-A的过程中机械能守恒
(4分)
C-P运动过程中机械能守恒
(4分)
A-P 平抛
联立
(4分)
抛射角 (2分)
如图所示,光滑曲面轨道置于高度为H=1.8m的平台上,其末端切线水平。另有一长木板两端分别搁在轨道末端点和水平地面间,构成倾角为θ=37°的斜面,整个装置固定在竖直平面内,一个可视作质点的质量为m=0.1kg的小球,从光滑曲面上由静止开始下滑(不计空气阻力,g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)若小球从高h=0.45m处静止下滑,求小球离开平台时速度v0的大小
(2)若小球下滑后正好落在木板末端,求释放小球的高度h
(3)试推导小球下滑后第一次撞击木板时的动能与它下滑高度h的关系表达式,并作出Ek-h图像
正确答案
略
如图9所示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,测得滑块对导轨的压力为3mg。求小球从释放到第一次到达最低点的过程中,绳的拉力对小球做功的大小。
正确答案
由滑块对导轨的压力为3mg可知:此时细绳对小球的的拉力2mg,则:
滑块与小球组成的系统在小球摆动过程中机械能守恒,故
对块滑由动能定理得:
如图4-1所示:摆球的质量为m,从偏离水平方向30°的位置由静释放,设绳子为理想轻绳,求小球运动到最低点A时绳子受到的拉力是多少?
正确答案
设悬线长为l,下球被释放后,先做自由落体运动,直到下落高度为h=2lsin,处于松驰状态的细绳被拉直为止。这时,小球的速度竖直向下,大小为
。
当绳被拉直时,在绳的冲力作用下,速度v的法向分量减为零(由于绳为理想绳子,能在瞬间产生的极大拉力使球的法向速度减小为零,相应的动能转化为绳的内能);小球以切向分量
开始作变速圆周运动到最低点,在绳子拉直后的过程中机械能守恒,有
在最低点A,根据牛顿第二定律,有
所以,绳的拉力
(19分)题图中有一个竖直固定在地面的透气圆筒,筒中有一劲度为k的轻弹簧,其下端固定,上端连接一质量为m的薄滑块,圆筒内壁涂有一层新型智能材料——ER流体,它对滑块的阻力可调。起初,滑块静止,ER流体对其阻力为0,弹簧的长度为L,现有一质量也为m的物体从距地面2L处自由落下,与滑块碰撞后粘在一起向下运动。为保证滑块做匀减速运动,且下移距离为时速度减为0,ER流体对滑块的阻力须随滑块下移而变.试求(忽略空气阻力):
(1)下落物体与滑块碰撞过程中系统损失的机械能;
(2)滑块向下运动过程中加速度的大小;
(3)滑块下移距离d时ER流体对滑块阻力的大小。
正确答案
(1)
(2)
(3)
(1)设物体下落末速度为v0,由机械能守恒定律
得
设碰后共同速度为v1,由动量守恒定律
2mv1=mv0
得
碰撞过程中系统损失的机械能力
(2)设加速度大小为a,有
得
(3)设弹簧弹力为FN,ER流体对滑块的阻力为FER
受力分析如图所示
FS=kx
x=d+mg/k
得
如图所示,光滑水平面上物块A质量为=2kg,物块B与物块C质量相同
=1kg,用一轻质弹簧将物块A与B连接,现在用力使三个物块靠近,AB间弹簧被压缩,此过程外力做功72J,然后释放,求:
(1)当物块B与C分离时,B对C做功多少?
(2)当弹簧再次被压缩到最短而后又伸长到原长时,物块A与B的速度各多少?
正确答案
(1)18J (2)大小均为 6m/s ,A速度向右,B速度向左
如图所示,在光滑水平面上放一质量为M、边长为l的正方体木块,木块上有一长为L的轻质光滑棒,棒的一端用光滑铰链连接于地面上O点,棒可绕O点在竖直平面内自由转动,另一端固定一质量为m的均质金属小球.开始时,棒与木块均静止,棒与水平面夹角为.当棒绕O点向垂直于木块接触边方向转动到棒与水平面间夹角为
的瞬时,求木块速度的大小.
正确答案
设杆和水平面成角时,木块速度为v,小球速度为
,与木块接触的杆上点B的速度为
,因B点和小球m在同一杆上以相同角速度绕O点转动,所以有
木块在此瞬间的速度水平向左,此速度可看做是两个速度的合成,即木块绕O点转动速度及木块沿杆方向小球m滑动的速度
∥,所以
,故
,
因从初位置到末位置的过程中只有小球重力对小球、轻杆、木块组成的系统做功,所以在上述过程中机械能守恒,则
综合上述得
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