- 机械能守恒定律
- 共8461题
如图所示,斜面的倾角θ=37°,斜面的底端有一个光滑的半圆形轨道与斜面底端B点相接。质量为m=50kg的物体,从斜面的顶点A处以v0=20m/s沿水平方向飞出,刚好落在斜面底端B处,其竖直速度立即变为零,然后进入半圆形轨道恰好能通过最高点C。(cos37o=0.8,sin37o=0.6,g取10 m/s2,不计空气阻力)求:
(1)半圆轨道的半径R;
(2)物体从A运动到B的时间t;
(3)如图,圆弧上点D与圆心连线与水平面平行,求小球过D点时对轨道的压力大小。
正确答案
(1)R=8m(2)t=3s(3)1500N
试题分析:(1)因为小球进入半圆形轨道恰好通过最高点C,则
小球到达B点进入圆轨道的速度为v0,由B点到C点的过程,根据机械能守恒定律:
解得R=8m
(2)从A到B物体做平抛运动,设AB=L,则水平方向
竖直方向
两式相除消去L,解得
(3)由B点到D点,根据机械能守恒定律
在D点时,由牛顿定律
解得FD=1500N
质量为0.4kg的小物体固定在直棒的一端,棒长为1.0m,,其重力不计,使其形成一个摆,该物体被推向一侧直到棒与竖直线成53°角.试问:(1)小物体应以多大的切向速率VA从A点出发,才能达到最高点C时具有切向速率3m/s?(2)小物体以速度VA从A点出发时,通过最低点B时的速率是多大? (3)若小物体以(1)中的速率VA从A点出发,但方向却相反,它到达C点的速率是多少?(4)若以同样长的绳子代替直棒,小物体仍以(1)中的条件出发,到达某一点D时绳子中的张力为零?(5)在D点时的速率是多少?(6)过D点后小物体的运动情况将如何?
正确答案
(1)4.1m/s (2)5m/s (3)3m/s(4)D点到圆心的连线与竖直线的夹角为14.80
(5)3.11m/s (6)小物体将以3.11m/s的初速度与平面成14.80的夹角做斜抛运动
如图,长为L的细线一端拴一个质量为m的小球A,另一端固定在O点,A静止时恰与光滑水平桌面接触,但无相互作用力,它可以绕O点在竖直平面内做圆周运动,另一个质量也是m的金属块B以初速在桌面上运动,并与A发生弹性正碰,求
至少多大,B才能从右边滑出桌面?(A、B都可看作质点)
正确答案
由内壁光滑的细管制成的直角三角形管道ABC安放在竖直平面内,BC边水平,AC管长5m,直角C处是小的圆弧,∠B=37º。从角A处无初速度地释放两个光滑小球(小球的直径比管径略小),第一个小球沿斜管AB到达B处,第二个小球沿竖管AC到C再沿横管CB到B处,(已知,管内无空气阻力,取g=10m/s2)求
(1)两小球到达B点时的速度大小之比
(2)两小球到达B点时的时间之比
正确答案
(1)1:1 (2)1:1
(1)设AC长为,小球到达B点时的速度为
,根据机械能守恒定律,
……………(3分)
所以……………(2分)
可见小球的速度只与高度有关,与路径无关,
……………(3分)
(2)第一个小球的运动时间由 定 ……(1分)
根据牛顿第二定律 得
……(1分)
故……(1分)
第二个小球在竖管中的运动时间由 得
……………⑤(2分)
第二个小球在横管中做匀速直线运动,运动时间由定…………(1分)
所以…………(2分)
所求
该比值与h及g的取值无关
在竖直平面内,一根光滑金属杆弯成如图所示形状,相应的曲线方程为y=2.5cos(kx+π)(单位:m),式中k=1m-1.将一光滑小环套在该金属杆上,并从x=0处以v0=5m/s的初速度沿杆向下运动,取重力加速度g=10m/s2.则当小环运动到x=
m时的速度大小v=______该小环在x轴方向最远能运动到x=______m处.
正确答案
光滑小环在沿金属杆运动的过程中,只有重力做功,机械能守恒,
由曲线方程知,环在x=0处的y坐标是-m;在x=
时,y=2.5cos(kx+
π)=-2.5 m.
选y=0处为零势能参考平面,则有:mv02+mg(-
)=
mv2+mg(-2.5),
解得:v=5 m/s.
当环运动到最高点时,速度为零,
同理有:mv02+mg(-
)=0+mgy.
解得y=0,即kx+π=π+
,该小环在x轴方向最远能运动到x=
m处.
故答案为:5 m/s;
m.
如图所示,ABC和DEF是固定在同一竖直平面内的两条光滑轨道,其中ABC的末端水平,DEF是半径为r=0.4m的半圆形轨道,其直径DF沿竖直方向,C、D可看作重合。现有一可视为质点的小球从轨道ABC上距C点高为H的地方由静止释放。(取g=10m/s2)
(1)若要使小球经C处水平进入轨道DEF且能沿轨道运动,H至少要有多高?
(2)若小球静止释放处离C点的高度h小于(1)中H的最小值,小球可击中与圆心等高的E点,求此h的值。
正确答案
(1)0.2m (2)0.1m
试题分析:(1)小球从ABC轨道下滑,机械能守恒,设到达C点时的速成大小为v,
则
小球能在竖直平面内做圆周运动,则在D点必须满足:
联立以上两式并代入数据得:
(2)若,小球过C点后做平抛运动,设球经过C点时速度大小为
,则击中E点时:
竖直方向:
水平方向:
由机械能守恒得:
联立以上三式并代入数据得:
点评:本题是圆周运动结合平抛运动的题型,要知道小球能在竖直平面内做圆周运动,在圆周最高点必须满足,若不满足,则小球做平抛运动。
(10分)如图所示,内半径为R的光滑圆轨道竖直放置,长度比2R稍小的轻质杆两端各固定一个可视为质点的小球A和B,把轻杆水平放入圆形轨道内,若mA=2m、mB=m,重力加速度为g,现由静止释放两球使其沿圆轨道内壁滑动,当轻杆到达竖直位置时,求:
(1)A、B两球的速度大小;
(2)A球对轨道的压力;
正确答案
(1) (2)
试题分析:(1)设杆运动到竖直位置时,A、B两球的速度均为
AB系统机械能守恒: (2分)
解方程得: (1分)
(2)在竖直位置时,设杆对B球的弹力为,轨道对A球的弹力为
对B球 (2分)
,负值表示杆对B球有向上的支持力 (1分)
对A球: (2分)
解得 (1分)
由牛顿第三定律,A球对轨道的压力为 (1分)
点评:中等难度。在机械能守恒定律的三种表达式中,若应用,则无需选取参考平面,因为无论参考平面怎样选,重力势能的差值是不变的,利用这个特点,对此题会带来很大方便。
(10分)如图所示,一根长为L=5m的轻绳一端固定在 O′点,另一端系一质量m=1kg的小球(小球可视为质点)。将轻绳拉至水平并将小球由位置A静止释放,小球运动到最低点O时,轻绳刚好被拉断。O点下方有一以O点为圆心,半径的圆弧状的曲面,已知重力加速度为 g=10m/s2,求:
(1)轻绳所能承受的最大拉力Fm的大小;
(2)小球从O点运动到曲面的时间t;
(3)小球落至曲面上的动能Ek。
正确答案
(1)N (2)
s (3)
J
试题分析:(1)设小球到达O点的速度为,小球由A到O的运动过程,由机械能守恒定律得:
① 2分 在O点,由牛顿第二定律可得:
② 2分
联立①②代入数据解得:N 1分
(2)设小球落到曲面上所用时间为,小球由O点做平抛运动,则有:
③ 1分
④ 1分 小球落至曲面上,有:
⑤ 1分
联立③④⑤解得:s ⑥
(3)设小球落至曲面上的动能为,小球落到曲面上时下落高度:
⑦ 1分
由机械能守恒定律得: ⑧ 1分 联立⑥⑦⑧解得:
J 1分
如图AB轨道和一个半径为R的半圆弧相连,将一个质量为m的小球从距离水平面H=3R高处A点无初速的释放,整个过程摩擦力均可忽略,求:
(1)小球到达B点的速度。
(2)小球到达C点时对轨道的压力。
正确答案
(1)(2)
试题分析:(1)以地面为零势面,小球为研究对象
从A到B过程中:由机械能守恒定律
从A到C过程:
由机械能守恒定律:
在C点合外力充当向心力 即:得
由牛顿第三定律得
点评:在使用机械能守恒解决问题时,关键要分清重力做功大小,以及物体动能始末状态
(10分)某人站在h=8.5m的高台上,将放在水平台面上一个质量m=2kg的铁球抓起,以与水平方向成45°夹角斜向上抛出,已知抛出点离地面的高H=10m,球抛出时的速度v0=5m/s(忽略空气阻力,g取10m/s2)。求:
(1)球落地时的速度;
(2)这一过程人对球做了多少功
正确答案
(1)(2)
(10分)解: 3分
∴ 2分
②人对铁球做功在于球的机械能增量
3分
2分
本题考查的是机械能守恒问题。斜抛铁球,铁球只受重力作用,所以机械能守恒。根据机械能守恒列方程,求解。
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