- 机械能守恒定律
- 共8461题
把一块质量为3.0kg的石头,从20m高的山崖上,以30°角、15m/s的速度朝斜上方抛出.求石头落地时速度大小υ(空气阻力不计,取g=10m/s2).
正确答案
对石头运动过程运用动能定理得:
mv2-
mv02=mgh
解得:v=25m/s
答:石头落地时速度大小为25m/s
如图所示,P物体推压着轻弹簧置于A点,Q物体放在B点静止,P和Q的质量均为物体,它们的大小相对于轨道来说可忽略。光滑轨道ABCD中的AB部分水平,BC部分为曲线,CD部分为直径d=5m圆弧的一部分, 该圆弧轨迹与地面相切,D点为圆弧的最高点,各段连接处对滑块的运动无影响。现松开P物体,P沿轨道运动至B点,与Q相碰后不再分开,最后两物体从D点水平抛出,测得水平射程S=2m。
() 求:
(1)两物块水平抛出抛出时的速度
(2)两物块运动到D点时对圆弧的压力N
(3)轻弹簧被压缩时的弹性势能
正确答案
(1)V1=2(m/s);(2) N=16.8(N);(3) Ep=208(J)
试题分析:(1)两物体从D开始做平抛运动,设抛出时的速度为V1,有:
① (2分)
② (2分)
解得:V1=2(m/s) ③ (1分)
(2)两物体在最高点有: ④ (2分)
解得:N=16.8(N) ⑤ (2分)
由牛顿第三定律知两物体对圆弧压力为16.8N ⑥ (1分)
(3)设P在碰撞前瞬间速度为V0,碰撞后瞬间速度为V2,两物体碰撞由动量守恒定律得:
⑦ (2分)
两物体碰后从B滑至D由机械能守恒得: ⑧ (2分)
P被轻弹簧弹出过程由机械能守恒得: ⑨ (2分)
解③⑦⑧⑨得:Ep=208(J) ⑩ (2分)
游乐场中的翻腾过山车从某一高度滑下后,进入竖直面上的圆轨道运动,当过山车经过圆轨道顶端时,也不会掉下来,是一种惊险刺激的运动,其物理模型如图所示。设过山车的质量为m,过山车自A点无初速沿轨道滑下,后进入圆轨道,圆轨道的半径为R,A点的高度h=4R,不计空气阻力和摩擦阻力,求过山车到圆轨道最高点B时的速度大小。
正确答案
试题分析:由机械能守恒定律:mg(h-2R)=mv2 (5分)
v= (4分)
点评:关键是知道从A点到B点物体下落的高度
(2011年江苏盐城模拟)如图4-3-11甲所示,竖直平面内的光滑轨道由直轨道AB和圆轨道BC组成,小球从轨道AB上高H处的某点由静止滑下,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=10 m/s2)求:
图4-3-11
(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.
正确答案
(1)60 m/s2 (2)0.1 kg 0.2 m
(1)由机械能守恒得:
mgH=mv
向心加速度a==6g=60 m/s2.
(2)由机械能守恒得:
mgH-mg·2R=mv
由牛顿第二定律得:
mg+F=m
解得:F=H-5mg
根据图象代入数据得:m=0.1 kg,
R=0.2 m.
答案:(1)60 m/s2 (2)0.1 kg 0.2 m
在光滑绝缘的水平台面上,存在平行于水平面向右的匀强电场,电场强度为E.水平台面上放置两个静止的小球A和B(均可看作质点),两小球质量均为m,A球带电荷量为+Q,B球不带电,A、B连线与电场线平行.开始时两球相距L,在电场力作用下,A球开始运动(此时为计时零点,即t=0),后与B球发生对心碰撞,碰撞过程中A、B两球总动能无损失.设在各次碰撞过程中,A、B两球间无电量转移,且不考虑两球碰撞时间及两球间的万有引力.
(1)第一次碰撞结束瞬间A、B两球的速度各为多大?
(2)分别在甲、乙坐标系中,用实线作出A、B两球从计时零点到即将发生第三次碰撞这段过程中的v-t图象.要求写出必要的演算推理过程.
(3)从计时零点到即将发生第三次碰撞这段过程中电场力共做了多少功?
(4)若要求A在运动过程中对桌面始终无压力且刚好不离开水平桌面(v=0时刻除外),可以在水平面内加一与电场正交的磁场.请写出磁场B(t)与时间t的函数关系.(不考虑相对论效应)
正确答案
(1)A球的加速度a=
碰前A的速度vA1==
,碰前B的速度vB1=0.
A、B碰撞后交换速度,设碰后A、B球速度分别为vA1′、vB1′
vA1′=0 vB1′=vA1=
(2)A、B球发生第一次、第二次、第三次的碰撞时刻分别为t1、t2、t3.
则 t1==
第一次碰后,经t2-t1时间A、B两球发生第二次碰撞,设碰前瞬间A、B两球速度分别为vA2和vB2
vB1′(t2-t1)=a(t2-t1)2 得:t2=3t1
vA2=a(t2-t1)=2at1=2vA1=2 vB2=vB1′=
第二次碰后瞬间,A、B两球速度分别为vA2′和vB2′,经t3-t2时间A、B两球发生第三次碰撞,并设碰前瞬间A、B两球速度分别为vA3和vB3
则 vA2′=vB2= vB2′=vA2=2
当vB2′(t3-t2)=vA2′(t3-t2)+a(t3-t2)2 发生第三次碰撞,易得t3-t2=t2-t1
vA3=vA2′+a(t3-t2)=3 vB3=vB2′=2
(3)由(2)问中所求的物理量,得
W电=(mvA32+
mvB32)-0=13QEL.
(4)对A球由平衡条件得 BQvA=mg B=且a=
. 解得
从A开始运动到发生第一次碰撞 B(i)==
0<t≤
从第一次碰撞到发生第二次碰撞B(i)=
从第二次碰撞到发生第三次碰撞B(i)= 3
≤t≤5
从第三次碰撞到发生第四次碰撞B(i)= 5
≤t≤7
以此类推,从第n次碰撞到发生第n+1次碰撞
B(i)=
(2n-1)≤t≤(2n+1)
(n=1,2,3,4…..)
答:(1)第一次碰撞结束瞬间A、B两球的速度各为0,.
(2)如图所示.
(3)从计时零点到即将发生第三次碰撞这段过程中电场力共做了13QEL.的功.
(4)磁场B(t)与时间t的函数关系B(i)=,(2n-1)
≤t≤(2n+1)
(n=1,2,3,4…..).
如图所示,光滑矩形斜面ABCD的倾角θ=30°,在其上放置一矩形金属线框abcd,ab的边长l1=1m,bc的边长l2=0.6m,线框的质量m=1kg,电阻R=0.1Ω,线框通过细线绕过定滑轮与重物相连,细线与斜面平行且靠近;重物质量M=2kg,离地面的高度为H=4.8m;斜面上efgh区域是有界匀强磁场,方向垂直于斜面向上;已知AB到ef的距离为S1=4.2m,ef到gh的距离S2=0.6m,gh到CD的距离为S3=3.8m,取g=10m/s2;现让线框从静止开始运动(开始时刻,cd与AB边重合),发现线框匀速穿过匀强磁场区域,求:
(1)线框进入磁场时的速度v
(2)efgh区域内匀强磁场的磁感应强度B
(3)线框在通过磁场区域过程中产生的焦耳热Q
(4)线框从开始运动到ab边与CD边重合需经历多长时间.
正确答案
(1)设ab进入磁场时速度为v0,
由机械能守恒得:Mg(S1-L2)=mg(S1-L2)sinθ+(M+m)
解得:v0=6m/s
(2)ab在磁场中运动所受安培力 F=BIL1=
根据受力平衡,则有:Mg=F+mgsinθ
解得:B=0.5T
(3)由能量守恒:Q=2Mg•S2-2mg•S2•sinθ=18J
(4)根据牛顿第二定律有:Mg-mgsin30°=(M+m)a1
解得:a1=5m/s2
运动学公式,t1==1.2s
t2==0.2s
加速度大小,a2=gsin300=5m/s2
位移关系,s3-l2=vt3-a2
解得:t3=0.8s
总时间t=t1+t2+t3=2.2s
答:(1)线框进入磁场时的速度6m/s;
(2)efgh区域内匀强磁场的磁感应强度0.5T;
(3)线框在通过磁场区域过程中产生的焦耳热18J;
(4)线框从开始运动到ab边与CD边重合需经历2.2s时间.
如图所示,质量为M的小球A固定在一根长为L的可绕O轴自由转动的轻质杆的端点,同时又通过绳跨过光滑定滑轮与质量为m的小球B相连.若将小球A由杆水平状态开始释放,且释放时小球A与定滑轮间距离忽略不计,不计摩擦,竖直绳足够长,则当杆转动到竖直位置时,小球B的速度是多大?
正确答案
杆转到竖直位置时,质量为A的球下落距离L,绳与竖直方向成45°角,质量为B的球上升的高度h=L
设此时A球、B球速度分别为vA、vB,有vA=vB
在整个运动过程中,由机械能守恒有:
MgL-mgL=
M
+
m
由以上三式得出B球的速度大小为 vB=
答:当杆转动到竖直位置时,小球B的速度是.
一质量不计的直角形支架两端分别连接质量为m和2m的小球A和B。支架的两直角边长度分别为2l和l,支架可绕固定轴O在竖直平面内转动,如图所示。开始时OA边处于水平位置,由静止释放,不计任何阻力。转动中设OA边与水平方向的夹角为θ,则当A球速度达最大时θ为______________;假定支架未转动时两小球的总重力势能为E0,转动中当A的速度为______________时两小球的总重力势能为E0/3。
正确答案
45°,
一根长为L、质量不计的硬杆OA,杆的中点C及A端各固定一个质量均为m的小球,杆、球系统可在竖直平面内绕O端的水平轴转动,如图所示.若开始时杆处于水平位置,并由静止释放,当该系统在转动过程中通过竖直位置时,A端小球的速度为多大?中点小球的机械能比在水平位置时减少了多少?
正确答案
试题分析:在转动过程中,A、C两球的角速度相同,设A球的速度为,C球的速度为
,则有
于是有: ①
以A、C和杆组成的系统中,只有重力势能和动能相互转化,机械能守恒,由机械能守恒定律,并选最低点为零势能参考平面,则有
即 ②
由①②两式联立解得:
中点小球C的机械能减少量为
在“验证机械能守恒定律” 的实验中,所用电源的频率为50HZ,某同学选择了一条理想的纸带,用刻度尺测量时各计数点位置对应刻度尺上的读数如图所示,(图中O是打点计时器打的第一个点,A、B、C、D是间隔一段所取的点,图中单位为厘米),根据实验并结合纸带回答以下问题:(注:4.5.6三题结果小数点后面保留两位)
(1)现有器材是:电磁打点计时器;低压交流电源;纸带;带夹子的重物;刻度尺;天平;导线;铁架台。其中该实验不需要的器材是 ;
(2)实验时,释放纸带与接通电源的合理顺序是 ;
(3)实验中,要从几条打上点的纸中挑选第一、二两点间的距离接近 mm并且点迹清晰的纸带进行测量。
(4)由纸带计算得重锤下落的加速度为 m/s2;
(5)若重锤质量为1kg,则重锤从开始下落到B点时,减少的重力势能为 J;
(6)若重锤质量为1kg,则重锤从开始下落到B点时,重锤的动能为 J。
正确答案
(1)天平(2)先接通电源,再放开纸带
(3)2(或 2.00)(4)9.75 m/s2
(5)6.84 J (6)6.82 J
(1)由重力势能转化为动能,只需验证
所以不需要测量物体质量(2)先接通电源,再放开纸带,这样使得打点稳定,误差较小(3)如果阻力很小可以忽略的话,由自由落体运动,在0.02s下落的高度为
(4)计算加速度可根据逐差法得到
(5)由重力势能mgh计算重力势能(6)B点的瞬时速度等于AC间的平均速度
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