- 机械能守恒定律
- 共8461题
如图所示,圆心在O点、半径为R的圆弧支架竖直放置,支架底边ab离地距离为4R,Oc与Oa夹角为60°,圆弧边缘c处有一小滑轮,圆弧边缘a处切线水平;一轻绳两端系着质量分别为m1和m2的小球,挂在定滑轮两边。开始时,m1和m2均静止,且都可视为质点,不计一切摩擦,
求:①为使m1能够沿圆弧下滑到a点,m1和m2之间必须满足什么关系(连线足够长,此时m2没有到达c点)?
②已知m1=3m2,若m1到达圆弧最低点a时(此时m2没有到达c点),绳子恰好与m1断开,则m1落地点离a点的水平距离是多少?
正确答案
⑴为使m1能够沿圆弧下滑到a点,则m1滑到a点时的速度恰好为零。
由m1和m2组成的系统机械能守恒
∴ (4分)
∴
即:时,可使m1能够沿圆弧下滑到a点 (2分)
⑵由速度分解,v2=v1cos30° (2分)
由m1和m2组成的系统机械能守恒
(4分)
得 (1分)
由平抛运动可知
(2分)
(2分)
略
(1)B物块着地后,A向上运动过程中的最大速度υ1;
(2)B物块着地到B物块恰能离开地面但不继续上升的过程中,A物块运动的位移Δx;
(3)第二次将前面所述弹簧锁定状态下的A、B两物块,如图所示放到地面上,将厚度不计,质量也为m的物体C从距A某一高度处由静止释放,C与A碰撞瞬间结为一体,成为物体D,同时解除弹簧锁定,在随后的过程中B物块恰能离开地面但不继续上升,求C距A高度h为多少处释放?当弹簧恢复到原长时D物块运动的速度υD为多少?
正确答案
(1) (2)Δx=H (3)h="4H"
(2)B物块恰能离开地面时,弹簧处于伸长状态,弹力大小等于T1=mg,B物块刚着地解除弹簧锁定时,弹簧处于压缩状态,弹力大小T2=mg.因此,两次弹簧形变量相同,则这两次弹簧弹性势能相同,设为EP.
又B物块恰能离开地面但不继续上升,此时A物块速度为0.
从B物块着地到B物块恰能离开地面但不继续上升的过程中,A物块和弹簧组成的系统机械能守恒
(2分)
得Δx=H (1分)
(3) (2分)
(2分)
B物块恰能离开地面时,弹簧处于伸长状态,弹 力大小T3=mg.弹性势能仍为EP.
机械能守恒:
(2分)
h="4H " (1分)
第一次从B物块着地到弹簧恢复原长过程中,弹簧和A物块组成的系统机械能守恒
(2分)
第二次弹簧和D物块组成的系统机械能守恒
(2分)
(1分)
(12分)如图所示,质量为M、内有半径R的半圆形轨道的槽体放在光滑的平台上,左端紧靠一台阶,质量为m的小物体从A点由静止释放,若槽内光滑。 求:
(1)小物体滑到圆弧最低点时的速度大小v
(2)小物体滑到圆弧最低点时,槽体对其支持力N的大小
(3)小物体上升的最大高度h
正确答案
(1);(2)
;(3)
R
试题分析:(1)设小物体由A落至圆弧最低点时的速度为v,取圆弧最低点为势能零点,
由机械能守恒定律得:mgR=mv2 2分
得v= 1分
(2)在最低点对小球受力分析,由得: 2分
1分
(3)小物体向上运动的过程中,m与M组成的系统在水平方向的动量守恒:
设小球滑至最高点时m与M的共同速度为v′
所以 mv=(M+m)v′ 2分
解得:v′= 1分
此过程中系统机械能守恒,所以
mv2-
(M+m)v′2=mgh 2分
解得m上升的最大高度h=R. 1分
如图所示,质量为m的尖劈A顶角α=370,一面靠在竖直的光滑墙壁上,质量为2m的方木块B放在水平光滑地面上,A和B之间无摩擦,弹簧右端固定。方木块B将弹簧压缩x0后,由静止释放,A在B的推动下,沿竖直光滑的墙壁上滑,当弹簧恢复原长时,B的速度为vB(重力加速度为g,sin370=0.6)
⑴求弹簧刚恢复原长时,A的速度;
⑵求弹簧压缩量为x0时具有的弹性势能;
⑶若弹簧的劲度系数为k,求两物体动能最大时,弹簧的压缩量x
正确答案
(1) (2)
(3)
⑴当弹簧恢复原长时,由题意
……① 4分
∴ 1分
⑵由系统机械能守恒
……② 4分
∴ 2分
⑶当两物体有最大速度时,由题意
对于A:……③ 2分
对于B:……④ 2分
∴ 1分
如图所示,倾角为θ=30°的光滑斜面固定在水平地面上,斜面底端固定一垂直斜面的挡板。质量为m=0.20kg的物块甲紧靠挡板放在斜面上,轻弹簧一端连接物块甲,另一端自由静止于A点,再将质量相同的物块乙与弹簧另一端连接,当甲、乙及弹簧均处于静止状态时,乙位于B点。现用力沿斜面向下缓慢压乙,当其沿斜面下降到C点时将弹簧锁定,A、 C两点间的距离为△L =0.06m。一个质量也为m的小球丙从距离乙的斜面上方L=0.40m处由静止自由下滑,当小球丙与乙将要接触时,弹簧立即被解除锁定。之后小球丙与乙发生碰撞(碰撞时间极短且无机械能损失),碰后立即取走小球丙。当甲第一次刚要离开挡板时,乙的速度为v=2.0m/s。(甲、乙和小球丙均可看作质点,g取10m/s2)求:
(1)小球丙与乙碰后瞬间乙的速度大小。
(2)从弹簧被解除锁定至甲第一次刚要离开挡板时弹簧弹性势能的改变量。
正确答案
(1)2m/s(2)(3)0.08 J (减少量)
(1)对小球丙从顶端滑至乙处的过程,由动能定理得:
mgLsinθ=mv02
解得v0="2m/s " (5分)
对小球丙和乙的碰撞过程,由于二者碰撞过程时间极短,所以碰撞过程小球丙和乙组成的系统沿斜面方向动量守恒。又由于二者碰撞过程没有机械能损失,且小球丙和乙的质量相同,所以二者碰后交换速度,所以碰后乙的速度为:
v/=v0="2m/s" (10分)
(2)小球丙撤去后,乙先沿斜面向下运
动,速度为零后再沿斜面向上运动,当甲第
一次离开挡板时乙的速度为v=2m/s,设此时
乙的位置为D。可得乙在此过程中做简谐运
动,以B为平衡位置,C与D关于B对称。设D、A间距为x1,A、B间距为x2,B、C
间距为x3。则有:
x3=" x1+" x2
乙在B点时,对于乙,有:mgsinθ=k x1
乙在D点时,对于甲,有:mgsinθ=k x2
已知: x2 + x3 = △L (15分)
联立解得:x1= x2 ="0.02" m
x3="0.04m " (18分)
对于弹簧和乙组成的系统,从乙由C到D的过程中,由机械能守恒定律得:
△Ep弹 = △Ep乙= mg(x1+x2+ x3)sinθ=" 0.08J "
即该过程中弹簧弹性势能的改变量为0.08 J (减少量) (21分)
一速度为v的高速α粒子()与同方向运动的氖核(
)发生弹性正碰,碰后α粒子恰好静止。求碰撞前后氖核的速度(不计相对论修正)
正确答案
试题分析::设碰撞前后氖核速度分别为v0、vNe,由动量守恒得:
由与机械能守恒定律得:
且有:
联立解得:
如右图所示,一固定的楔形木块,其斜面的倾角为θ=30°,另一边与水平地面垂直,顶端有一个定滑轮,跨过定滑轮的细线两端分别与物块A和B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沿斜面下滑而B上升,所有摩擦均忽略不计.当A沿斜面下滑距离x后,细线突然断了.求物块B上升的最大高度H.(设B不会与定滑轮相碰)
正确答案
1.2x.
试题分析:对AB系统根据机械能守恒定律
解得:
细线断开以后B做竖直上抛运动,则
解得
物块B上升的最大高度H.=1.2x.
如图所示为荡秋千的示意图,最初人直立站在踏板上,两绳与竖直方向的夹角均为θ,人的重心到悬点O的距离为l1;从A点向最低点B运动的过程中,人由直立状态变为自然下蹲,在B点人的重心到悬点O的距离为l2;在最低点处,人突然由下蹲状态变成直立状态(人的重心到悬点O的距离恢复为l1),且保持该状态到最高点C.设人的质量为m,不计踏板和绳的质量,不计一切摩擦和空气阻力.求:
(1)人第一次到达最低点B还处于下蹲状态时,从身上掉下一件物品,问物品落地点到最低点的距离为多少?假设人在最低点时离地面高度为h.
(2)人第一次到达最高点C时,绳与竖直方向的夹角α为多大?(可用反三角函数表示;解答本问时不考虑超重和失重)
正确答案
(1)
(2)arccos(cosθ-)
(1)人从A点到B点(还处于下蹲状态)的过程中,设B点此时的速度为v
根据机械能守恒得
mg(l2-l1cosθ)= mv2
物品落地的时间为t,有
物品落地点的水平位移x=vt
解得
则该点离最低点B的距离
(2)人从B点保持直立状态到达C点的过程中,根据机械能守恒定律=mgl1(1-cosα)
解得α=arccos(cosθ-).
如图所示,光滑水平地面上放有一辆质量M=8kg的小车,一质量m="2" kg的滑块,从车上光滑的弧形槽上高h=1m处由静止滑下,从离地面高H=0.8m的车面右端水平滑出,试求滑块落地时与小车右端距离是多少?(g=10)
正确答案
2m
滑块滑至小车底端时,有:
解得,方向为水平向右.
,方向为水平向左.
滑块滑离小车后做平抛运动,小车向左匀速运动,则滑块落地时它们之间的距离为
如图所示,轻弹簧k一端与墙相连,处于自然状态,质量为4 kg的木块沿光滑的水平面以5m/s的速度运动并开始挤压弹簧.求弹簧的最大弹性势能及木块被弹回速度增大到3m/s时弹簧的弹性势能.
正确答案
32 J
试题分析:物体和弹簧构成的系统机械能守恒,当弹簧的弹性势能最大时,物体的动能为零,由机械能守恒定律得,弹簧的最大弹性势能为
Epm=mv02=
×4×52 J="50" J (3分)
当物体的速度为v="3" m/s时,弹簧的弹性势能为Ep,由机械能守恒定律得
Ep+mv2=
mv02 (3分)
Ep=mv02-
mv2="50" J-
×4×32 J="32" J.
点评:以弹簧和木块组成的系统为研究对象,只有弹力做功,系统的机械能守恒.初态时,系统只有木块的动能,当木块被弹回速度增大到3m/s时,木块有动能、弹簧有弹性势能,根据机械能守恒定律求解木块被弹回速度增大到3m/s时弹簧的弹性势能.
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