- 机械能守恒定律
- 共8461题
如图7-7-12所示,一口圆柱形井,底面积为S,深为H,井中一半有水.用抽水机将水抽起,使水通过半径为R的圆管流到地面,如要在时间t内将水抽完,问抽水机至少要做多少功?(设水的密度为ρ0)
图7-7-12
正确答案
.
在时间t内将水抽完,设水从管口流出时速度是v,则
,
①
抽水过程可以抽象分解为两个过程.
(1)将水拉高平铺在高为H的平面上;
(2)使平面上的水获得v的速度.
过程(1)水增加的重力势能 ②
过程(2)水增加的动能 ③
重力以外的力做的功反映了机械能的变化,由以上几个式子得抽水机做功
.
质量为m的小物块A,放在质量为M的木板B的左端,B在水平拉力的作用下沿水平地面匀速向右滑动,且A、B相对静止.某时刻撤去水平拉力,经过一段时间,B在地面上滑行了一段距离x,A在B上相对于B向右滑行了一段距离L(设木板B足够长)后A和B都停下.已知A、B间的动摩擦因数为,B与地面间的动摩擦因数为
,且
,求x的表达式.
正确答案
设A、B相对静止一起向右匀速运动时的速度为v.撤去外力后至停止的过程中,A受到的滑动摩擦力为 其加速度大小
此时B的加速度大小为
由于,所以
即木板B先停止后,A在木板上继续做匀减速运动,且其加速度大小不变.
对A应用动能定理得
对B应用动能定理得
消去v解得,.
如图所示,位于竖直平面内的光滑轨道,由一段斜的直轨道和与之相切的圆形轨道连接而成,一小球从斜面轨道上静止开始下滑,然后沿圆形轨道运动。在圆形轨道的最高点放一个压力传感器,测得小球对轨道的压力,并通过计算机显示出来,当小球在斜面的下滑起始高度改变时,得到压力与下滑起始高度的图像如图,g取10 m/s2,不计空气阻力,求:
(1)小球的质量和圆形轨道的半径。
(2)试证明:小球运动到圆轨道的最低点与最高点时对轨道的压力差与小球的下滑高度无关。
正确答案
(1)0.1kg 0.5m (2)见解析
(1)设小球在斜面的下滑起始高度为h,轨道半径为R,由机械能守恒定律;
mgh=2mgR+ (2分)
在最高点由牛顿第二定律得N+mg= (2分)
由以上两式得N= (2分)
由图象得:截距-5mg="-5 " 得质量m="0.1kg " (1分)
因为图线的斜率k= 得R="0.5m " (1分)
(2)证明:设小球运动到圆轨道的最低点和最高点的速度分别为v1和v2,对轨道的压力分别为N1、N2
最低点N1-mg= (1分)
最高点时N2+mg= (1分)
在最高低到最高点的过程中由机械能守恒定律得 (2分)
由以上三式得N1-N2="6mg " (2分)
由结果可知,小球运动到圆轨道的最低点与最高点时对轨道的压力差与小球的下滑高度无关。 (1分)
(20分)如图所示,物块A的质量为M,物块B、C的质量都是m,都可以看作质点,且m<M<2m。A与B、B与C用不可身长的轻线通过轻滑轮相连,A与地面用劲度系数为k的轻弹簧连接,物块B与物块C的距离和物块C到地面的距离相等,假设C物块落地后不反弹。若物块A距滑轮足够远,且不计一切阻力。则:
(1)若将B与C间的轻线剪断,求A下降多大距离时速度最大;
(2)若B与C间的轻线不剪断,将物块A下方的轻弹簧剪断后,要使物块B不与物块C相碰,则M与m应满足什么关系?(不计物块B、C的厚度)
正确答案
(1)A下降的距离为x=x1+x2=时速度最大
(2)当M>m时,B物块将不会与C相碰。
(1)因为m<M<2m,所以开始时弹簧处于伸长状态,其伸长量x1,则
(2m-M)g=kx1····················································································································· (2分)
得x1=g······················································································································ (1分)
若将B与C间的轻线剪断,A将下降B将上升,当它们的加速度为零时A的速度最大,此时弹簧处于压缩状态,其压缩量x2,则
(M-m)g=kx2······················································································································· (2分)
得x2=g······················································································································· (1分)
所以,A下降的距离为x=x1+x2=时速度最大··································································· (2分)
(2)A、B、C三物块组成的系统机械能守恒,设B与C、C与地面的距离均为L,A上升L时,A的速度达到最大,设为v,则
2mgL-MgL=(M+2m)v2 ·································································································· (4分)
当C着地后,A、B两物块系统机械能守恒。
若B恰能与C相碰,即B物块再下降L时速度为零,此时A物块速度也为零,则
MgL-mgL=(M+m)v2········································································································ (4分)
解得:M=m···················································································································· (3分)
由题意可知,当M>m时,B物块将不会与C相碰。············································(1分)
在“验证机械能守恒定律”的实验中,重锤的质量应适当________(选填“大”或“小”)一些,实验结果总是动能的增加量略____ _ ___(选填“大于”或“小于”)重力势能的减小量,原因是____________的作用。
正确答案
大 ;小于;空气对重锤的阻碍及纸带受到的摩擦
在“验证机械能守恒定律”的实验中,重锤的质量应适当大些,这样由于空气阻力,纸带与限位孔的摩擦等造成的误差就小一些。正是由于这些阻力作用,使重力势能未完全转化为动能的增量,而是有一部分转化为摩擦生热。
在水平光滑细杆上穿着A、B两个刚性小球,两球间距离为L,用两根长度同为L的不可伸长的轻绳与C球连接(如图20所示),开始时三球静止二绳伸直,然后同时释放三球。已知A、B、C三球质量相等,试求A、B二球速度V的大小与C球到细杆的距离h之间的关系。
正确答案
此题的关键是要找到任一位置时,A、B球的速度和C球的速度之间的关系。在如图21所示位置,BC绳与竖直方向成角。因为BC绳不能伸长且始终绷紧,所以B、C
两球的速度VB和VC在绳方向上的投影应相等,即
由机械能守恒定律,可得:
又因为
由以上各式可得:
VB=
如图7-7-14所示,质量均为m的小球A、B、C,用长为l的细线相连,置于高为h的光滑水平桌面上,l>h,A球刚跨过桌边,若A球、B球相继下落着地后不再反跳,则C球离开桌边时速度的大小是多少?
图7-7-14
正确答案
A球落地的瞬间,A、B、C三球速率相同,设为v1,由机械能守恒定律:mgh= (m+m+m)v12 ①
B球落地瞬间,B、C两球速率相同,设为v2,由机械能守恒定律:
mgh+(m+m)v12=
(m+m)v22 ②
由①②得:之后C球做匀速直线运动,直到离开桌面.可见C球离开桌边的速度大小为
.
(6分)某同学用图甲所示的装置验证机械能守恒定律。实验操作过程中
①用游标卡尺测量小球的直径,由图乙可知小球的直径为 mm;
②用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为l22.20cm;
③断开电磁铁电源,让小球自由下落;
④在小球经过光电门时,计时装置记下小球经过光电门所用的时间为2.5010-3s,由此可算得小球经过光电门时的速度为 m/s;
⑤以光电门所在处的水平面为参考面,小球的质量为m(kg),取重力加速度g=10m/s2,计算得出小球在最高点时的机械能为 J,小球在光电门时的机械能为 J。由此可知,在误差允许的范围内,小球下落过程中机械能是守恒的。
正确答案
①12.35 ④4.94 ⑤12.22m 12.20m
试题分析:①卡尺读数:12mm+7×0.05mm=12.35mm;④小球经过光电门时的速度为;⑤小球在最高点时的机械能为
;小球在光电门时的机械能为
(7分)如图所示两物体质量分别为m、2m。滑轮的质量和摩擦都不计,2m的物体从静止开始下降h后的速度是多大?
正确答案
由机械能守恒: (2分)
(2分)
(2分)
得: (1分)
⑴两小球落地点间的距离x;
⑵两小球的质量之比M︰m
正确答案
(1)1.2m(2)
⑴小球m在C点时,有…………………………………………1分
小球m离开C点后平抛运动,则……………………………………………1分
………………………………………………………………………1分
m和M之间的水平距离
联立①②③④式,代入数值得x = 1.2m……………………………………………1分
⑵m和M组成的系统,机械能守恒,有………2分
联立①⑤两式,代入数值得
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