- 追寻守恒量
- 共86题
下列物理量中,可能守恒的有___ ,一定不守恒的有____ .
A.电量
B.力
C.信息
D.能量
E.思想
F.物质的量
正确答案
ADF ;BCE
(12分)如图所示,光滑水平地面上停着一辆平板车,其质量为M(且M=3m),长为L,车右端(A点)有一块静止的质量为m的小金属块。金属块与车间有摩擦,以中点C为界,AC段与CB段摩擦因数不同。现给车施加一个向右的水平恒力,使车向右运动,同时金属块在车上开始滑动,当金属块滑到中点C时,立即撤去这个力。已知撤去力的瞬间,金属块的速度为v0,车的速度为2v0,最后金属块恰停在车的左端(B点)。如果金属块与车的AC段间的动摩擦因数为,与CB段间的动摩擦因数为。
(1)若,m=1kg,求水平恒力F的大小;
(2)求与的比值。
正确答案
(1)21N (2) 4:3
试题分析:(1)由题意,小车向右匀加速,物块受摩擦力向右,也是匀加速
物块在段滑动过程中.对
对
题目告诉我们m到达M中点时
小车
联立得
代入数据
(2)在BC端的运动,对小车匀减速
对小物块匀加速
假设二者最终的共同速度是则有
则
CB阶段小车匀减速的位移与木块匀加速位移之差等于第一段即AB段二者位移之差
联立以上解得得
分如图所示,质量m的小物体,从光滑曲面上高度H处释放,到达底端时水平进入轴心距离L的水平传送带,传送带可由一电机驱使顺时针转动。已知物体与传送带间的动摩擦因数为μ。求:
⑴求物体到达曲面底端时的速度大小v0?
⑵若电机不开启,传送带不动,物体能够从传送带右端滑出,则物体滑离传送带右端的速度大小v1为多少?
⑶若开启电机,传送带以速率v2(v2>v0)顺时针转动,且已知物体到达传送带右端前速度已达到v2,则传送一个物体电动机对传送带多做的功为多少?
正确答案
⑴v0=;⑵v1=;⑶
试题分析:⑴物体在曲面上下滑的过程中,只有重力做功,根据动能定理有:mgH=-0
解得物体到达曲面底端时的速度为:v0= ①
⑵物体在水平传送带上滑动时受滑动摩擦力f作用,且只有滑动摩擦力做功,有:f=μmg ②
根据动能定理有:-fL=- ③
由①②③式联立解得物体滑离传送带右端的速度为:v1=
⑶当开启电机,传送带以速率v2(v2>v0)顺时针转动时,物体在水平传送带上受到向右的滑动摩擦力作用而做匀加速直线运动至与传送带速度相等,后再匀速运动至右端,匀速运动阶段不受滑动摩擦力作用,设物体加速运动的加速度为a,时间为t,位移为x1,根据牛顿第二定律有:f=ma ④
根据加速度定义式有:a= ⑤
对物块根据动能定理有:fx1=- ⑥
皮带移动的距离为:x2=v2t ⑦
因物块在皮带上滑动产生的内能为:Q=f(x2-x1) ⑧
根据功能关系可知,传送一个物体电动机对传送带多做的功为:W=Q+- ⑨
由②④⑤⑥⑦⑧⑨式联立解得:W=
如图所示,质量为M="20" kg的平板车静止在光滑的水平面上;车上最左端停放着质量为m=5kg的电动车,电动车与平板车上的挡板相距L="5" m.电动车由静止开始向右做匀加速运动,经时间t=2s电动车与挡板相碰,问:
(1) 碰撞前瞬间两车的速度大小各为多少?
(2) 若碰撞过程中无机械能损失,且碰后电动机关闭并刹车,使电动车只能在平板车上滑动,要使电动车不脱离平板车,它们之间的动摩擦因数至少多大?
正确答案
(1)4m/s; 1m/s (2)µ≥0.2
(1)设两车从静止到碰撞前瞬间,平板车相对地发生的位移为x,则电动车相对地发生的位移为L-x.
由动量守恒定律,有:m-M=0
解得x="1" m
设碰前电动车、平板车的速度分别为V1、V2,因两车在碰前均做初速度为零的匀加速直线运动,由平均速度公式:V——==
V1=2×=…=4m/s
V2=2×=…=1m/s
(2) 因碰撞过程中系统动量守恒且无机械能损失,说明两车碰后分别以原速度大小沿相反方向运动
欲使电动车不脱离平板车,由能量守恒定律可知:
mV12+MV22≤µmgL
代入已知数据,可得:µ≥0.2
(16分)如图所示,航空母舰上的起飞跑道由长度为l1="160" m的水平跑道和长度为l2 =" 20" m的倾斜跑道两部分组成。水平跑道与倾斜跑道末端的高度差h =" 4.0" m。一架质量为m = 2.0×104 kg的飞机,其喷气发动机的推力大小恒为F = 1.2×105 N,方向与速度方向相同,在运动过程中飞机受到的平均阻力大小为飞机重力的0.1倍。假设航母处于静止状态,飞机质量视为不变并可看成质点,取g =" 10" m/s2。
(1)求飞机在水平跑道运动的时间及到达倾斜跑道末端时的速度大小;
(2)为了使飞机在倾斜跑道的末端达到起飞速度100 m/s,外界还需要在整个水平轨道对飞机施加助推力,求助推力F推的大小。
正确答案
(1)(2)
试题分析:(1)飞机在水平跑道上运动时,水平方向受到推力与阻力作用,设加速度大小为a1、末速度大小为v1,运动时间为t1,有
①
②
③
注意到v0 =" 0," ,代入已知数据可得
a1 =" 5.0" m/s2,v1 =" 40" m/s,t1 =" 8.0" s ④
飞机在倾斜跑道上运动时,沿倾斜跑道受到推力、阻力与重力沿斜面分力作用,设沿斜面方向的加速度大小为a2、末速度大小为v2,沿斜面方向有
⑤
⑥
⑦
注意到v1 =" 40" m/s ,代入已知数据可得
a2 =" 3.0" m/s2,
⑧
(2)飞机在水平跑道上运动时,水平方向受到推力、助推力与阻力作用,设加速度大小为a´1、末速度大小为v´1,有
⑨
⑩
飞机在倾斜跑道上运动时,沿倾斜跑道受到推力、阻力与重力沿斜面分力作用没有变化,加速度大小仍有a´2=" 3.0" m/s2
11
根据题意,v´2 =" 100" m/s,代入数据解得
本题要求考生准确进行受力分析、熟练应用牛顿第二定律、灵活应用匀变速直线运动规律。本题还可以运用动能定理来求解,动力学问题的解题思路是:首先考虑动能定理,其次是牛顿运动定律。
)如图所示,一质量为m的氢气球用细绳拴在地面上,地面上空风速水平且恒为v0,球静止时绳与水平方向夹角为α.某时刻绳突然断裂,氢气球飞走.已知氢气球在空气中运动时所受到的阻力f正比于其相对空气的速度v,可以表示为f=kv(k为已知的常数).则
(1)氢气球受到的浮力为多大?
(2)绳断裂瞬间,氢气球加速度为多大?
(3)一段时间后氢气球在空中做匀速直线运动,其水平方向上的速度与风速v0相等,求此时气球速度大小(设空气密度不发生变化,重力加速度为g).
正确答案
(1)(2)(3)
(1)气球静止时受力如图,设细绳的拉力为T,由平衡条件得
(2分)
(2分)
解得 (1分)
(1分)
(2)细绳断裂瞬间,气球所受合力大小为T,则加速度大小为
(1分)
解得 (2分)
(3)设气球匀速运动时,相对空气竖直向上速度vy,则有
(2分)
解得 (1分)
气球相对地面速度大小 (2分)
解得 (1分)
如图所示,P为位于某一高度处的质量为m的小物块(可视为质点),B为位于水平地面上的质量为M的特殊长平板,m/M=1/10,平板B与地面间的动摩擦因数μ=0.020.在平板的表面上方,存在一定厚度的“相互作用区域”,如图中划虚线的部分,当物块P进入相互作用区时,B便有竖直向上的恒力F作用于P,已知F=kmg,k=51,F对P的作用刚好使P不与B的上表面接触;在水平方向上P、B之间没有相互作用力.已知物块P开始下落的时刻,平板B向右的速度为v0=10m/s,P从开始下落到刚到达“相互作用区域”所经历的时间为t0=2.0s.设B板足够长,取重力加速度g=10m/s2,不计空气阻力.求:
(1)物块P从开始自由下落到再次回到初始位置所经历的时间.
(2)在这段时间内B所通过的位移的大小.(结果取整数)
正确答案
(1)4.08s(2) 39m
试题分析:(1) 物体P从开始下落到进入作用区之前,P、B的加速度分别是、,P进入作用区后,P、B的加速度分别是
设P从进入作用区到距离木板最近点的过程所需时间为t
则有
则t=0.04s
故
(2) 在P从开始下落到作用区的时间内,B物体做匀减速直线运动的末速度
所以在这段时间内B所通过的位移大小
点评:难度较小,应从受力分析入手,判断两物体由于相互作用产生的加速度,转化为运动学公式,再由运动学公式求解
如图所示,劲度系数为k=40.0N/m的轻质水平弹簧左端固定在壁上,右端系一质量M=3.0kg的小物块A,A的右边系一轻细线,细线绕过轻质光滑的滑轮后与轻挂钩相连,小物块A放在足够长的桌面上,它与桌面的滑动摩擦因数为0.2,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。滑轮以左的轻绳处于水平静止状态,弹簧的长度为自然长度。现将一质量m=2.0kg的物体B轻挂在钩上,然后松手,在此后的整个运动过程中,求:
(1)小物块A速度达到最大时的位置;
(2)弹簧弹性势能的最大值;
(3)小物块A克服摩擦力所做的功。
正确答案
(1) 0.35m (2) 9.8J (3)4.8J
试题分析:解题应注意两点:一是该简谐运动的振子是A、B两物体组成的系统;二是该振子向右振动和向左振动的平衡位置因为摩擦力方向的改变而不同。
取水平向右的坐标轴Ox,原点O为小物块A的初始位置
(1)对A、B两物体组成的系统,物体A向右运动
第1次向右运动到a=0时位置时, A的速度达到最大,设此时A的坐标为x1
(2)因为皆为恒力,弹力为线性回复力,所以系统向右的运动是以为平衡位置的简谐运动。从A开始向右运动到系统速度为零, A向右运动的距离为 2 x1=0.7m。
由能量守恒得
(3)由于,A开始向左做加速运动
设向左运动A的平衡位置为x2
当A、B两物体组成的系统向左运动到速度为零的位置,A的坐标为x3
处
此时,所以A静止在x3处
整个过程A运动的路程为
克服摩擦力所做的总功
如图所示,光滑水平面上静止放着长L=1.6m,质量为M=3kg的木块(厚度不计),一个质量为m=1kg的小物体放在木板的最右端,m和M之间的动摩擦因数μ=0.1,今对木板施加一水平向右的拉力F,(g取10m/s2)
小题1:为使小物体不掉下去,F不能超过多少?
小题2:如果拉力F=10N恒定不变,求小物体所能获得的最大动能?
小题3:如果拉力F=10N,要使小物体从木板上掉下去,拉力F作用的时间至少为多少?
正确答案
小题1:4N
小题2:
小题3:
(1)F=(M+m)a
μmg="ma "
F=μ(M+m)g="0.1×(3+1)×10N=4N"
(2)小物体的加速度
木板的加速度
解得物体滑过木板所用时间
物体离开木板时的速度
(3)若要F作用时间最短,则物体离开木板时与木板速度相同。设F作用的最短时间为t1,物体在木板上滑行的时间为t,物体离开木板时与木板的速度为V
如图4所示,M为固定在桌面上的木块,M上有一个圆弧的光滑轨道abcd,a为最高点,bd为其水平直径,de面水平且有足够的长度,将质量为m的小球在d点的正上方高h处从静止释放,让它自由下落到d点切入轨道内运动,则( )
正确答案
ACD
本题综合考查机械能守恒定律和圆周运动、平抛运动等知识,要求具有较强的分析解决物理问题的能力。
由,可得,小球的运动情况与其质量的大小无关。由,可得,由此求得最小水平射程大于R,故无论怎样改变h的大小,都不能使小球通过a点后又落回到轨道内。h越大,va越大,水平射程越大,故增大h,可使小球通过a点后飞出de面之外。
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