- 追寻守恒量
- 共86题
粗糙水平地面与光滑半圆形轨道连接,两个小球A、B可视为质点,最初A、B两球静止在半圆形轨道圆心O的正下方,如图所示。若A、B球之间夹有一小块炸药,炸药爆炸后,小球A恰能经过半圆形轨道的最高点,B球到达的最远位置恰好是A球在水平地面上的落点;已知粗糙水平地面与B球之间的摩擦因数为0.2,求A、B两球的质量之比。
正确答案
设A、B球的质量分别为mA、mB,炸药爆炸后的速度分别为vA、vB, A球到达半圆形轨道最高点时的速度为vC,半圆形轨道半经为R。A球离开C点做平抛运动的时间为t,B球在水平面上移动的距离为S。则:
炸药爆炸过程由动量守恒定律得:
①
A球由最低点上升到C的过程,由机械能守恒定律得:
②
A球在最高点C,由圆周运动向心力公式得:
③
A球做平抛运动,由平抛运动规律得:
④
B球在水平方向的运动,由动能定理得:
⑤
联立①②③④⑤并代入数据解得:
如图(甲)所示,质量为M、长L=1.0m、右端带有竖直挡板的木板B,静止在光滑水平面上.质量为m的小木块(可视为质点)A,以水平速度滑上B的左端,在右端与B碰撞后,最后恰好滑回木板B的左端. 已知
=3,并且在A与挡板碰撞时无机械能损失,忽略碰撞时间,取g=10m/s2,求:
(1)木块A与木板B间的动摩擦因数;
(2)在图(乙)所给坐标系中,画出此过程中B对地的速度——时间图线.
正确答案
(1)
(2)
(1)A、B共同运动时速度相等……………………①
木块A运动到B的右端时速度为,木板B的速度为V1,木板发生位移为
,
………………………………………②
木块A与B碰撞后速度为,木板B的速度为V2,A运动到B的左端时,B发生位移为
………………………………………③
由于碰撞前后机械能守恒
……………………………………④
…………………………………………………………⑤
(2)A运动到B的过程中…………………………⑥
………………………………………………………⑦
(舍去,此时
…………………………………………⑧
A与B碰撞的过程中
…………………………………………⑨
AB碰撞后B做匀减速运动,
A到达B的左端时经历时间为
…………………⑩
B对地的图线如图所示.
(16分)质量为m=0.5kg、可视为质点的小滑块,从光滑斜面上高h0=0.6m的A点由静止开始自由滑下。已知斜面AB与水平面BC在B处通过一小圆弧光滑连接。长为x0=0.5m的水平面BC与滑块之间的动摩擦因数μ=0.3,C点右侧有4级台阶(台阶编号如图所示),D点右侧是足够长的水平面。每级台阶的高度均为h=0.2m,宽均为L=0.4m。(设滑块从C点滑出后与地面或台阶碰撞后不再弹起)。求:
(1)滑块经过B点时的速度vB;
(2)滑块从B点运动到C点所经历的时间tBC;
(3)小球从C点抛出后直接落在P点,P点在哪个台阶上?平抛运动的时间t及水平距离xCP分别时多少?
正确答案
(1)(2)0.155s(3)
(16分)
(1)斜面AB上下滑,机械能守恒:, (2分)
(2分)
(2)动能定理:, (2分)
(1分)
牛顿定律:,
, (2分)
(1分)
(3)假定无台阶,滑块直接落在地上,s=0.4s,
水平位移,
恰好等于3L(也就是恰好落在图中的D点),因此滑块会撞到台阶上。 (1分)
当滑块下落高度为2h时,s=0.283s,水平位移
,大于2L,所以也不会撞到第①、②台阶上,而只能落在第③级台阶上。 (1分)
则有,
(2分)
(2分)
本题考查的是对力学综合的问题的计算,首先利用机械能守恒定律计算出滑下的速度;根据动能定理和牛顿定律计算出又B到C的时间;利用平抛运动的规律可以计算出相应的结果;
如图所示,在距水平地面高的水平桌面一端的边缘放置一个质量
的木块
,桌面的另一端有一块质量
的木块
以初速度
开始向着木块
滑动,经过时间
与
发生碰撞,碰后两木块都落到地面上。木块
离开桌面后落到地面上的
点。设两木块均可以看作质点,它们的碰撞时间极短,且已知
点距桌面边缘的水平距离
,木块A与桌面间的动摩擦因数
,重力加速度取
。求:
(1)两木块碰撞前瞬间,木块的速度大小;
(2)木块离开桌面时的速度大小;
(3)碰撞过程中损失的机械能。
正确答案
(1) (2)v2=1.5m/s (3)
试题分析:(1)木块A在桌面上受到滑动摩擦力作用做匀减速运动,根据牛顿第二定律,木块A的加速度 µMg=Ma
a=5m/s2
设两木块碰撞前A的速度大小为v,根据运动学公式,得
V=v0-at v=2.0m/s
(2)两木块离开桌面后均做平抛运动,设木块B离开桌面时的速度大小为v2,在空中飞行的时间为t′。根据平抛运动规律有:h=gt2/2,s=v2t
解得:v2=s=1.5m/s
(3)设两木块碰撞后木块A的速度大小为v1,根据动量守恒定律有:
Mv=Mv1+mv2
解得:v1=(Mv-mv2)/M=0.80m/s
设木块A落到地面过程的水平位移为s′,根据平抛运动规律,得
E损=Mv2/2-mv12/2-Mv22/2
解得: E损=0.78J
一小球用轻绳悬挂在某固定点.现将轻绳水平拉直,然后由静止开始释放小球.小球由静止开始运动到最低位置的过程中( )
正确答案
AC
分析水平方向和竖直方向的分运动,可知,水平方向的速度逐渐增大,竖直方向的速度先增大后减小,由机械能守恒定律和牛顿第二定律可得在最低点时绳的拉力为3mg.
(10分)某飞机场利用如图所示的传送带将地面上的货物运送到飞机上,传送带与地面的夹角θ= 30°,传送带两端A、B的长度L = 10m。传送带以v = 5m/s的恒定速度匀速向上运动。在传送带底端A轻轻放一质量m = 5kg的货物,货物与传送带间的动摩擦因数。求货物从A端运送到B端所需的时间。(g取10m/s2)
正确答案
3s
(10分)
mgμcos30°-mgμsin30°= ma…………………………………………………… 2分
解得a =" 2.5" m / s2………………………………………………………………………1分
货物匀加速运动的时间…………………………………………………1分
货物匀加速运动的位移………………………………2分
随后货物做匀速运动。
运动位移 S2 = L-S1 =" 5m" ……………………………………………………………1分
匀速运动时间 …………………………………………………………1分
t = t1 + t2 =" 3s" ……………………………………………………………………………2分
如图所示 ,粗糙斜面与光滑水平面通过半径可忽略的光滑小圆弧平滑连接,斜面倾角 θ = 37°,A、C、D滑块的质量为 mA= mC= mD=" m" =" 1" kg,B滑块的质量 mB =" 4" m =" 4" kg(各滑块均视为质点)。A、B间夹着质量可忽略的火药。K为处于原长的轻质弹簧,两端分别连接住B和C。现点燃火药(此时间极短且不会影响各物体的质量和各表面的光滑程度),此后,发现A与D相碰后粘在一起,接着沿斜面前进了L =" 0.8" m 时速度减为零,此后设法让它们不再滑下。已知滑块A、D与斜面间的动摩擦因数均为 μ = 0.5,取 g = 10 m/s2,sin37°= 0.6,cos37°= 0.8。求:
(1)火药炸完瞬间A的速度vA;
(2)滑块B、C和弹簧K构成的系统在相互作用过程中,弹簧的最大弹性势能Ep。(弹簧始终未超出弹性限度)。
正确答案
(1)AD系统沿斜面滑上,A和D碰完时的速度v1由动能定理,有:
(2分)
得: 代入数据得
m/s (1分)
炸药爆炸完毕时,A的速度vA,由动量守恒定律有:
(2分) 得: vA = 8 m/s (1分)
(2)炸药爆炸过程,对A和B系统,由动量守恒定律,设B获得的速度为vB,有:
(2分) 得: vB =" 2" m/s (1分)
B与C相互作用,当两者共速为时,弹簧弹性势能最大,由B、C系统动量守恒,有:
(2分) 解得:
m/s (1分)
弹簧的最大弹性势能为: (2分)
代入数据得:EP =" 1.6" J (2分)
略
质量为M=3.0kg的小车在光滑的水平轨道上匀速向右运动,速度为v1=2m/s。在小车下方中心O处悬挂一根长长的轻绳,绳下端拴一个质量m=2.0kg的钢块,钢块随小车一起运动,轻绳保持竖直方向,如图所示。一颗质量为m’=0.4kg的子弹从左边沿水平方向向右射来,速度为v2=30m/s,与钢块发生碰撞,碰撞时间极短,碰后子弹以20m/s的速度反向弹回。求钢块在此后的运动过程中离最低点的高度的最大值。
正确答案
3.0m
子弹与钢块相互作用的过程中,动量守恒,设钢块碰后瞬间的速度为v,则
m’·v2+m·v1= m’(-v’2)+m·v,
解出 v= 12m/s。
此后钢块与车的运动过程中,水平方向的动量守恒,系统的机械能也守恒。
设小球到达最高点时车与钢块的共同水平速度大小为v’, 方向水平向右,钢块上升的最大高度为hm, 则满足
Mv1+mv=(M+m)v’,
mg·hm=。
由以上各式解出 hm=3.0m。
滑雪运动员沿光滑的斜面下滑,试分析下滑的过程中,运动员的动能和势能是如何转化的?能量守恒吗?
正确答案
动能越来越大,势能越来越小,由于斜面光滑,没有其他能量生成,因此机械能守恒.
(20分)如图甲所示, CD为半径的光滑绝缘圆弧轨道,其所对应的圆心角
,轨道末端水平。木板B长
、质量
,静止放置在粗糙水平地面MN上,左端位于M点,上表面与CD轨道末端相切。PQ左侧为匀强磁场区域,磁感应强度
,方向垂直纸面向外。PQ右侧为匀强电场区域,电场强度随时间变化的关系如图乙所示,规定电场方向竖直向下为正方向。一质量
、带电量
的滑块A在某一时刻由C点静止释放。已知滑块A与木板B之间的动摩擦因素
,木板B与水平地面之间的动摩擦因素
,可将滑块视为质点,
取
。求:
(1)滑块A滑至圆弧轨道最低点时的速度大小和此时滑块A对轨道的压力。
(2)若滑块A在时进入电场区域,滑块A最终静止时离D点的距离。
(3)若滑块A在时进入电场区域,滑块A最终静止时离D点的距离。
正确答案
(1)
,方向竖直向下 (2)9m (3)6.12m
试题分析:(1),
2分
,
,方向竖直向上 2分
根据牛顿第三定律可知,滑块对轨道的压力大小为,方向竖直向下。 1分
(2),
2分
,所以木板B不动。 1分
, 1分
至滑块静止所用时间,电场方向恰好还未改变
, 1分
,滑块未从B板右端滑落。 1分
∴滑块A最终静止时离D点的距离为9m。
到
过程中,滑块加速度
,
时滑块速度
1分
此过程中滑块的位移 1分
此后电场反向,,
1分
,所以木板B将加速滑动。 1分
此时A、B的加速度分别为,
, 1分
至两者速度相等所用时间满足
,
解得, 1分
此时两者共同速度,
在此过程中滑块的位移。1分
此后电场强度为0,两者共同做匀减速直线运动,, 1分
至静止所用时间,在此过程中滑块的位移
∴滑块整个过程中的位移 1分
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