- 机械能守恒定律
- 共8461题
如图,水平轨道AB与半径为R="1.0" m的竖直半圆形光滑轨道BC相切于B点.可视为质点的a、b两个小滑块质量ma=2mb="2" kg,原来静止于水平轨道A处,AB长为L=3.2m,两滑块在足够大的内力作用下突然分开,已知a、b两滑块分别沿AB轨道向左右运动,va = 4.5m/s,b滑块与水平面间动摩擦因数,g取10m/s2.则
(1)小滑块b经过圆形轨道的B点时对轨道的压力.
(2)通过计算说明小滑块b能否到达圆形轨道的最高点C.
正确答案
⑴系统的动量守恒可得mava=mbvb,①(2分 )
又ma=2mb="2" kg , va ="4.5m/s "
解得:vb ="9.0m/s " ②(1分 )
设滑块b到达B点时的速度为,由动能定理得,
③ (2分 )
刚进入圆轨道时,设滑块b受到的支持力为FN,由牛顿第二定律得,
④ (2分 )
由牛顿第三定律 ⑤(1分 )
由③④⑤得滑块b对轨道的压力,方向竖直向下(2分 )(没有说明方向扣1分)
⑵若小滑块b能到达圆轨道最高点,速度为vC
则由机械能守恒, ⑥(2分 )
解得 ⑦ (2分 )
小物块b恰能过最高点的速度为,则
⑧(2分 )
解得, ⑨(1分 )
因,故小滑块b不能到达圆轨道最高点C.(1分 )
略
“抛石机”是古代战争中常用的一种设备,它实际上是一个费力杠杆。如图所示,某研学小组用自制的抛石机演练抛石过程。所用抛石机长臂的长度L = 4.8m,质量m = 10.0㎏的石块装在长臂末端的口袋中。开始时长臂与水平面间的夹角α = 30°,对短臂施力,使石块经较长路径获得较大的速度,当长臂转到竖直位置时立即停止转动,石块被水平抛出,石块落地位置与抛出位置间的水平距离s = 19.2m。不计空气阻力,重力加速度取g =10m/s²。求:
(1)石块刚被抛出时的速度大小v0;
(2)石块刚落地时的速度vt的大小和方向;
(3)抛石机对石块所做的功W。
正确答案
(1) v0 = 16m/s
(2)θ = 37 o
(3)W =" 2000J"
(1)石块被抛出后做平抛运动
水平方向 s = v0t
竖直方向
h = L +
求出 v0 = 16m/s
(2)落地时,石块竖直方向的速度
vy = gt =12m/s
落地速度 20m/s
设落地速度与水平方向间的夹角为θ,
tanθ = =
θ = 37 o 或θ = arctan
(3)长臂从初始位置转到竖直位置,根据动能定理
求出 W =" 2000J"
如图所示,光滑圆弧轨道与光滑斜面在B点平滑连接,圆弧半径为R=0.4m,一半径很小、质量为m=0.2kg的小球从光滑斜面上A点由静止释放,恰好能通过圆弧轨道最高点D,g取10m/s2.求:
(1)小球最初离最低点C的高度h;
(2)小球运动到C点时对轨道的压力大小FN.
正确答案
(1)在D点,速度为vD,则有mg=m
∴vD=2m/s
由A运动到D点,机械能守恒得:
mg(h-2R)=m
∴h=1m
(2)由A运动到C点,机械能守恒mgh=mvC2
在C点,由向心力公式,得FN-mg=m
∴FN=12N
由牛顿第三定律得压力为12N
答:(1)小球最初离最低点C的高度为1m;
(2)小球运动到C点时对轨道的压力大小为12N.
质量分别为m1和m2的两个小球叠放在一起,从高度为h处自由落下,如图所示。已知h远大于两球半径,所有的碰撞都是完全弹性碰撞,且都发生在竖直方向上。若碰撞后m2恰处于平衡状态,求
(i)两个小球的质量之比m1:m2;
(ii)小球m1上升的最大高度。
正确答案
=1:3;H=4h
试题分析:下降过程为自由落体运动,触地时两球速度相同,V=,
碰撞地之后,速度瞬间反向,大小相等,选
与
碰撞过程为研究过程,碰撞前后动量守恒,设碰后
速度大小分别为
,碰后
处于平衡状态,速度为0
选向上方向为正方向,则:(-
)V=
由能量守恒定律得:(
+
)
=
联立解得::
=1:3
=2
反弹后高度为:H=/(2g)=4h
如图所示,竖直平面内的3/4圆弧形光滑轨道半径为R、A端与圆心O等高,AD为水平面,B端在O的正上方,一个小球自A点正上方由静止释放,自由下落至A点进入圆轨道并恰能到达B点,求:
(1)释放点距A点的竖直高度;
(2)落点C与A点的水平距离;
正确答案
(1) R (2)(
-1)R
(1)由机械能守恒定律得
mgh=mgR+ ①
因为恰能到B点则mg= ②
∴h=R
(2)设落点C与A水平距离为x,由平抛规律得:
R= ③
R+x=vt ④
∴x=(-1)R
如图所示,可看成质点的A、B两个小球,质量分别为m和2m,用细绳连接后跨在固定的光滑圆柱体上,圆柱的半径为R.先使小球B处于与圆柱中心等高,则小球A张紧细绳后刚好接触地面,再将小球B无初速释放,当B球着地后,A球能继续上升的最大高度是 .
正确答案
R/3
试题分析:当B球触地时,设两球的速度均为v,则根据机械能守恒定律得,解得
,此后A球做竖直上抛运动,还能上升的最大高度为
.
如图所示,半径为R的四分之一圆弧支架,支架底ab离地面距离4R,圆弧边缘C处有一个小定滑轮,一轻绳两端分别系着质量为m1 m2的物体(可视为质点),挂在定滑轮两边,且m1大于m2,开始时两物体均静止。(不计一切摩擦)
求:(1)m1经过最低点a时的加速度。
(2)若m1经过最低点时绳断开,m1落地点离a的水平距离为多少?
(3)为使 m1能到达a点m1与m2之间必须满足什么关系?
正确答案
(1)(2)
(3)
(1)如图将m1的运动分解,,m1 m2组成的系统机械能守恒,
解得:
(2)绳断后m1做平抛运动,平抛时间
(3)由 可知当
时
可到达a点。
如图所示,一固定在竖直平面内的光滑半圆形轨道ABC,其半径R=0.5m,轨道在C处与水平地面相切。在C放一小物块,给它一水平向左的初速度v0=5m/s,结果它沿CBA运动,通过A点,最后落在水平地面上的D点,求C、D间的距离s。取重力加速度g=10m/s2。
正确答案
1m
设小物块的质量为m,过A处时的速度为v,由A到D经历的时间为t,有
①
2R=gt2 ②
s=vt ③
由①②③式并代入数据得s=1m ④
如图所示,在距水平地面高均为0.4m处的P、Q两处分别固定两光滑小定滑轮,细绳跨过滑轮,一端系一质量为mA=2.75kg的小物块A,另一端系一质量为mB=1kg的小球B。半径R=0.3m的光滑半圆形轨道竖直地固定在地面上,其圆心O在P点的正下方,且与两滑轮在同一竖直平面内,小球B套在轨道上,静止起释放该系统,则小球B被拉到离地_____________m高时滑块A与小球B的速度大小相等,小球B从地面运动到半圆形轨道最高点时的速度大小为_____________m/s。
正确答案
0.225,4
如图所示,一个小球以初速度v0冲上固定的光滑曲面,假如小球始终未离开曲面,求小球上升的最大高度(重力加速度为g)。
正确答案
解:由机械能守恒定律可得:mgh=mv02/2
解得:h=
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