- 机械能守恒定律
- 共8461题
如图所示,一轻质弹簧的一端固定在滑块B上,另一端与滑块C接触但不连接,该整体静止在光滑水平地面上,并且C被锁定在地面上.现有一滑块A从光滑曲面上离地面h高处由静止开始下滑,与滑块B发生碰撞并粘连在一起压缩弹簧,当速度减为碰后速度一半时滑块C解除锁定.已知mA=m,mB=2m,mC="3m." 求: 被压缩弹簧的最大弹性势能.
正确答案
滑块A下滑过程中机械能守恒,
设A到达水平面时速度为v1,由机械能守恒定律有
A、B碰撞过程中动量守恒,
设滑块A与滑块B碰撞结束瞬间的速度为v2,由动量守恒定律有
滑块C解除锁定后,滑块A、B继续压缩弹簧,
被压缩弹簧的弹性势能最大时,滑块A、B、C速度相等,
设为速度v3,由动量守恒定律有:
故
滑块A、B发生碰撞后到弹簧压缩最大,
A、B、C及弹簧组成的系统机械能守恒,
由机械能守恒定律有:
本题考查的是动量守恒问题与机械能守恒定律问题的应用,根据动量守恒定律与机械能守恒定律分别求出碰前和碰后滑块的速度,然后根据被压缩弹簧的弹性势能最大时,滑块A、B、C速度相等即可求出弹簧的最大弹性势能。
两根长直轨道与一半径为R的半圆型圆弧轨道相接于A、C两点,B点为轨道最低点,O为圆心,轨道各处光滑且固定在竖直平面内。质量均为m的两小环P、Q用长为R的轻杆连接在一起,套在轨道上。将MN两环从距离地面2R处由静止释放,整个过程中轻杆和轨道始终不接触,重力加速度为g,求:
(1)当P环运动到B点时,系统减少的重力势能△EP;
(2)当P环运动到B点时的速度v;
(3)在运动过程中,P环能达到的最大速度vm;
(4)若将杆换成长,P环仍从原处由静止释放,经过半圆型底部再次上升后,P环能达到的最大高度H。
正确答案
(1)
(2)AB都进入圆轨道后,两环具有相同角速度,则两环速度大小一定相等(或通过速度分解得到两环速度大小相同)
整体动能定理(或机械能守恒):→
得到
(3)当系统质心下降到最低处时,系统达到的速度最大,此时MN离O点竖直高度为
→
得到
(4)由于杆超过了半圆直径, M再次上升后,设位置比原来高h。
由动能定理(或机械能守恒):
解得, M能达到的最大高度
略
(10分)把一个小球用细线悬挂起来,就成为单摆,摆长为L,最大偏角为θ,如果阻力可以忽略,小球运动到最低位置时的速度为多大?
正确答案
设最低点为零势能面,则最高点的机械能E1=mgl(1-cosθ);最低点的机械能E2=mv2;由机械能守恒可得:
mgL(1-cosθ)=mv2;解得:v=
,小球运动到最低点的速度为
.
一根不可伸长的细绳长0.9m,细绳的一端固定,另一端系一个小球A,小球从静止开始,由细绳偏离开竖直方向=______的角度下摆,通过最低点B的速度是3m/s.(g取)
正确答案
60°
设与竖直方向的夹角为,由初位置到B点根据机械能守恒定律可得
解得
可知细绳偏离开竖直方向=60°的角度下摆
(12分)如图,绝缘的光滑圆弧曲面固定在竖直平面内,B为曲面最低点,曲面上的A点与曲面圆心O的连线与竖直方向夹角37o。曲面所在区域和B点左下方的区域内都存在电场强度大小都为E的匀强电场,方向分别是水平向右和竖直向上。开始时有一质量为m的带电小球处于A点恰好保持静止。此后将曲面内的电场撤去,小球沿曲面下滑至B点时以速度V0水平抛出,最后落在电场内地面的P点,P点与B点间的水平距离为L。已知
,重力加速度为g。
求:(1)小球的带电性及电量q
(2)B与P的竖直距离h
(3)小球运动到B点时受到曲面的压力F的大小。
正确答案
(1)(2)
(3)
试题分析:(1)由平衡得:
(2)由平抛得:
L=Vot
解得:
(3)从A运动到B,设半径为R,由机械能守恒得:
在B点,由牛顿定律得:
解得:
点评:根据受力分析,运用力的平衡条件,结合牛顿第二定律解题
如图所示,光滑圆弧斜槽固定在台面上,一质量为m的小滑块,从斜槽上端比台面高H处由静止下滑,又滑到在台面旁固定的木块上,在木块上表面滑过s后,停在木块上,木块长为L,质量为M,求:
(1)小滑块滑到斜槽底端时的速度。
(2)小滑块与木块的动摩擦因数。
(3)若木块不固定,能沿光滑水平面运动,欲使小滑块在木块上恰滑到b端,且不掉下,小滑块应从距台面多高处由静止开始滑下。
正确答案
(1) (2)
(3)
(1)设小滑块由H滑到斜槽底端时的速度为v,由机械能守恒:
解之: (3分)
(2)因木块固定,小滑块由静止下滑至停在木块上,根据动能定理:
解得:
(3分)
(3) 设小滑块由斜槽上h处静止下滑,滑到底端时的速度:
当小滑块滑到b端时,它们有共同的速度V,由能量守恒:
(1分)
va — V="μgt"
由以上式子联立得,
(1分)
质量为为M的小车静止在光滑水平面上,车的右侧面是由一个半径为R的圆弧曲面和平面相连接,其平面离地高度为h,有一个质量为m的小球,从车顶A点上方H处自由下落,如图,经M车的平台右端C点抛出,问m球落地点离C点的水平距离多远?(一切摩擦均不计)
正确答案
如图所示,ABC是一段竖直平面内的光滑的圆弧形轨道,圆弧半径为R,O为圆心,OA水平,CD是一段水平光滑轨道.一根长为2R、粗细均匀的细棒,开始时正好搁在圆弧轨道两个端点上,现由静止释放细棒,则此棒最后在水平轨道上滑行的速度为__________.
正确答案
棒长为R,由几何关系可得棒的重心与CD轨道的距离为
R,根据机械能守恒,设棒的质量为m,则mg
R=
mv2得v=
.
(14分)如图所示,A、B两个矩形木块用轻弹簧相接静止在水平地面上,弹簧的劲度系数为k,木块A和木块B的质量均为m。
(1)若用力将木块A缓慢地竖直向上提起,木块A向上提起多大高度时,木块B将离开水平地面.
(2)若弹簧的劲度系数k是未知的,将一物体C从A的正上方某位置处无初速释放,C与A相碰后立即粘在一起(不再分离)向下运动,它们到达最低点后又向上运动.已知C的质量为m时,把它从距A高为H处释放,则最终能使B刚好离开地面.若C的质量为,要使B始终不离开地面,则释放时,C距A的高度h不能超过多少?
正确答案
(1)
(2)
(1)开始时,木块A处于平衡,则kx1=mg(弹簧压缩)
木块B刚好离开地面时,有kx2=mg(弹簧伸长)
故木块A向上提起的高度为
(2)物块C的质量为m时,它自由下落H高度时的速度 ①
设C与A碰撞后的共同速度为v2,根据动量守恒定律,有
则 ②
以后A、C继续压缩弹簧,后又向上弹起,最终能使木块B刚好离开地面.此过程中,A、C上升的高度为上升的高度为,由于最初弹簧的压缩量x1与最后的伸长量x2相等,所以,弹簧势能相等,根据机械能守恒定律,有
③
物块C的质量为时,设在距A高h处自由下落后刚好能使木块B离开地面.
则C下落h高度时的速度 ④
设C与A碰撞后的共同速度为.则有
解得 ⑤
A、C碰后上升高度时,木块B刚好离开地面,此过程中,由机械能守恒定律有
⑥
由以上各式消去解得
如右图所示,一细圆管弯成的四分之一的开口圆环,环的半径为R,环面处于竖直平面内,一小球在开口A处的正上方一定高度处由静止开始释放,然后进入内壁光滑的管内,小球离开圆轨道后又恰好能再次进入圆管开口A。则小球释放处离A的距离为h= 。
正确答案
h= 5R/4 。
略
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