- 机械能守恒定律
- 共8461题
如图,长为L的轻绳一端系于固定点O,另一端系质量为m的小球。将小球从O点以一定初速水平向右抛出,经一定时间绳被拉直,以后小球将以O为支点在竖直平面内摆动。已知绳刚被拉直时,绳与竖直线成60°角。求:
(1)小球水平抛出时的初速v0
(2)小球摆到最低点时,绳所受的拉力
正确答案
(1)(2)
(1)Lsin600=V0t (1分)L cos600=(1分)
解
(2分)
(2)(2分)
(1分)
(1分)
解之得:(2分)
如图所示,在光滑水平轨道上有一小车质量为2m,它下面用长为L的绳系一质量也为2m的小砂袋,系统原来处于静止.今有以水平速度V0水平射来的质量为m的子弹,它射入砂袋后并不穿出(射入时间极短)而与砂袋一起摆动.不计悬线质量,试求:
(1)子弹射入砂袋过程的发热量Q
(2)子弹和砂袋能达到的最大高度h.
正确答案
(1)子弹射入砂袋过程中的发热量等于子弹和砂袋组成的系统损失的机械能
又子弹射入砂袋的过程中,系统在水平方向动量守恒有:
m子v0=(m子+m砂)v1
得v1=v0=
v0
∴Q=m子v02-
(m子+m砂)v12=
mv02
(2)根据题意知子弹和砂袋一起摆到最大高度时,砂袋和子弹在竖直方向速度刚好为0,在水平方向速度与小车速度相同,故:
根据动量守恒有(m子+m砂)v1=(m子+m砂+m车)v2
代入数据得系统在水平方向共同速度v2=
又在砂袋和子弹上摆的过程中,系统的机械能守恒:砂袋和子弹增加的势能等于系统减少的动能
所以:g(m子+m砂)hmax=(m子+m砂)v12-
(m子+m砂+m车)v22
得:hmax=
v0
45g
2
答:子弹射入砂袋过程的发热量Q=mv02;子弹和砂袋能达到的最大高度h=
v0
45g
2.
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
车在运动过程中,只有重力做功,由机械能守恒定律:mg(h-2R)=mv2
解得,v==
=2
.
答:过山车到圆轨道最高点B时的速度大小是2.
(1)小球在光滑斜轨AB上运动的过程中加速度的大小;
(2)要使小球在运动的全过程中不脱离轨道,A点距离最低点的竖直高度h至少多高?
正确答案
(1)(2)1.0m
⑴(5分)小球在斜槽轨道AB上受到重力和支持力作用,合力为重力沿斜面向下的分力,由牛顿第二定律得
(3分), 解得
(2分)
⑵(7分)要使小球从A点到F点的全过程不脱离轨道,只要在D点不脱离轨道即可。
物体在D点做圆周运动临界条件是: ①(2分)
由机械能守恒定律得 ②(3分)
解①②得A点距离最低点的竖直高度h至少为:
(2分)
如图所示,A、B两小球用轻杆连接,A球只能沿内壁光滑的竖直滑槽运动,B球处于光滑水平面内.开始时杆竖直,A、B两球静止.由于微小的扰动,B开始沿水平面向右运动.已知A球的质量与B球的质量均为m=1kg,杆长L为=0.2m.
(1)某同学用 mAgL=mAv2+
mBv2…,求得A球着地时的速度.你认为正确吗?若正确,请接着进行下面的计算;若不正确,请你给出正确的答案.
(2)A球机械能最小时,水平面对B球的支持力为多大?
(3)当A球机械能最小时,杆与竖直方向夹角的余弦值为多大?
正确答案
(1)不准确,因为A球刚着地时,B球速度为零;
正确解法如下:设此时A球速度为v,由系统机械能守恒得:mAgL=mAv2,解得v=
=2m/s;
(2)当A球机械能最小时,B球速度最大,此时B球的加速度为零,则杆对球的作用力为零,设小球受到的支持力为N,对B球受力分析可得:
N=mBg=10N;
(3)设满足题干条件时杆与竖直方向的夹角为θ,A、B两球的速度各为vA、vB,系统满足机械能守恒,则:
mAgL(1-cosθ)=mA
+
mB
且vA和vB沿杆方向分速度大小相等,即vAcosθ=vBsinθ
联立以上两式解得:vB=
当A球机械能最小时,vB达最大
上式可以写成:
vB==
即当cosθ=(2-2cosθ)时,vB最大,亦即此时A球机械能最小,所以cosθ=.
答:(1)解法不正确,A的速度为2m/s;
(2)A球机械能最小时,水平面对B球的支持力为10N;
(3)当A球机械能最小时,杆与竖直方向夹角的余弦值为.
质量为m1=2.0kg的物块随足够长的水平传送带一起匀速运动,传送带速度大小为v带=3.0m/s,方向如图所示,在m1的右侧L=2.5m处将质量为m2=3.0kg的物块,无初速度放上传送带,在m1、m2碰后瞬间m2相对传送带的速度大小为1.0m/s,之后当其中某一物块相对传送带的速度为0时,传送带立即以2.0m/s2的加速度制动,最后停止运动.设两物块与传送带间的动摩擦因数均为0.10,传送带的运动情况不受m1、m2的影响,且m1、m2碰撞时间极短.求:
(1)物体m2刚开始滑动时的加速度;
(2)碰撞后两物块的速度;
(3)两物块间的最大距离.
正确答案
(1)刚开始滑动时,
根据牛顿第二定律得
a=μg=1m/s2 方向向左
(2)设经t1时间m1、m2相碰,有
a
+L=vt1
t1=1s t′1=5s(由上述分析可知,不合题意,舍去)
碰前m2的速度 v2=at1=1m/s
由题意可知:碰后m2的速度 v′2=2m/s 或 v∥2=4m/s
分别由动量守恒定律得 m1v带+m2v2=m1v′1+m2 v′2与m1v带+m2v2=m1v∥1+m2 v∥2 …1'
得碰后m1的速度 v′1=1.5m/s 或 v∥1=-1.5m/s
检验:由于m1
+
m2
<
m1
+
m2
故v∥1=-1.5m/s,v∥2=4m/s 这组数据舍去
∴碰后m1的速度为v′1=1.5m/s向右,m2的速度为v′2=2m/s向右…1'
(3)因碰后两物体均做匀加速运动,加速度都为a=1m/s2,所以m2先达到传送带速度,
设m2达到传送带速度的时间为t2,
有 v带=v′2+at2 t2=1s
此时m1的速度v3=v′1+at2=2.5m/s<v带
故从t2之后m1继续加速,m2和传送带开始减速,
直到m1和传送带达到某个共同速度v4后,
m1所受摩擦力换向,才开始减速运动,
设m1继续加速的时间为t3
则v4=v3+a t3=v带-a带t3 t3=s
m1的速度为v4=v3+a t3=m/s
此时m2的速度为v5=v带-a t3=m/s,之后m1、m2均做匀减速运动,
因为在整个过程中m2的速度始终大于m1的速度,
所以在m1、m2都静止时两物块位移最大
m2碰后运动的总位移s2=-
=7m
m1碰后运动的总位移s1=-
=6m
两物块间最大距离△s=1m.
答:(1)物体m2刚开始滑动时的加速度是1m/s2 方向向左;
(2)碰后m1的速度为v′1=1.5m/s向右,m2的速度为v′2=2m/s向右
(3)两物块间的最大距离是1m.
(附加题)光滑水平面上有A、B两辆小车,mB=1kg,原来静止,mA=1kg.现将小球C用长为0.2m的细线悬于A车支架顶端,mC=0.5kg,开始时A车与C球以v0=4m/s的速度冲向B车,如图所示.若A、B正碰后粘在一起,不计空气阻力,求小球C摆动的最大高度.
正确答案
以A、B小车组成的系统为研究对象,由于正碰后粘在一起的时间极短,小 球C暂未参与碰撞,由动量守恒定律有:mAv0=(mA+mB)v
v==
m/s=2 m/s.
碰后,A、B粘在一起,小球C向左摆动,细绳水平方向分力使A、B加速,当C的速度与A、B水平方向的速度相同时,小球C摆至最高点,以A、B、C组成的系统为研究对象,由动量守恒有:mCv0+(mA+mB)v=(mA+mB+mC)v′
v′==2.4 m/s.
设小球C摆至最大高度为h,由机械能守恒有:
mC v02+
(mA+mB)v2=(mA+mB+mC)v′2+mCgh
h=
=0.16m.
答:小球C摆动的最大高度是0.16m.
如图所示,在光滑水平桌面上有一质量为M的小车,小车跟绳一端相连,绳子另一端通过滑轮吊一个质量为m的砝码,则当砝码着地的瞬间(小车未离开桌子)小车的速度大小为____________,在这过程中,绳的拉力对小车所做的功为____________。
正确答案
,
①B落到地面时的速度?
②B落地后,A在桌面上能继续滑行多远才能静止下来?(g取10m/s2)
正确答案
(1) vB=0.8m/s
(2) 0.16m
B下落过程中,它减少的重力势能转化为A的动能和A克服摩擦力做功产生的热能,B下落高度和同一时间内A在桌面上滑动的距离相等、B落地的速度和同一时刻A的速度大小相等
由以上分析,根据能量转化和守恒有:
∵vA=vB、sA=sB
vB=0.8m/s
B落地后,A以vA=0.8m/s初速度继续向前运动,
克服摩擦力做功最后停下,
故B落地后,A在桌面上能继续滑动0.16m
如图,质量都为m的A、B两环用细线相连后分别套在水平光滑细杆OP和竖直光滑细杆OQ上,线长L=0.4m,将线拉直后使A和B在同一高度上都由静止释放,当运动到使细线与水平面成30°角时,A和B的速度分别为vA和vB,求vA和vB的大小。(取g=10m/s2)
正确答案
对AB系统,机械能守恒
①
②
由①②解得:
点评:机械能守恒解题注意点
1、定对象(可能一物体、可能多物体)
2、分析力做功判断是否守恒
3、分析能(什么能、怎么变)
4、列式*EK增=EP减* E前=E后*要求的=。。。
注意:连接体问题的高度关系
连接体问题的速度关系,沿同一根绳子的速度处处相等
扫码查看完整答案与解析