- 机械能守恒定律
- 共101题
开学初,小源到建设银行营业网点兑换了此前在网上预约的中国高铁纪念币。这枚纪念币由中国人民银行发行,面额10元,每人限兑20枚,且需要提前预约。小源打算与班上同学分享自己的喜悦。他可以向大家这样介绍
①纪念币面额和实际购买力都是由中国人民银行规定的
②纪念币可以直接购买商品,也具有支付手段等货币职能
③纪念币发行量有限,具有一定的收藏价值和升值空间
④纪念币不能与同面额人民币等值流通,必须在规定时间地点使用
正确答案
解析
①错误,国家无权规定纪念币的实际购买力;④错误,纪念币与同面额人民币等值流通,在任何时间地点都可使用;由中国人民银行发行的纪念币属于法定货币,可以直接购买商品,也具有支付手段等货币职能,因其发行量有限,具有一定的收藏价值和升值空间,故②③正确。
知识点
在光滑绝缘水平面上方某区域(X≤3L)有沿x轴正方向的水平匀强电场,电场强度的大小及分布情况如图1所示。将质量为m1、电荷量为+q的带电小球A在x=0处由静止释放,小球A将与质量为m2、静止于x=L处的不带电的绝缘小球B发生正碰。已知两球均可视为质点,碰撞时间极短,且碰撞过程中没有机械能的损失,没有电荷量的转移。 E0、L为已知。
图一
图二
33.若,小球A与小球B发生碰撞后二者交换速度,求:
a.两小球第一次碰撞前,小球A运动的时间t0以及碰撞前瞬时的速度大小v0;
b.在图2中画出小球A自x=0处运动到x=5L处过程中的v-t图像。
34.若,通过计算分析说明无论倍数k取何值,小球A均可与小球B发生第二次碰撞。
正确答案
a.小球A与小球B碰撞前瞬时速度
b.v-t图像如答图所示
解析
a.小球A第一次与小球B碰撞前做初速度为零的匀加速直线运动
加速度
运动时间
小球A与小球B碰撞前瞬时速度
b.小球A自x=0处运动到x=5L处的过程中的v-t图像如答图所示
考查方向
牛顿第二定律; 匀变速直线运动的公式
解题思路
a、小球A第一次与小球B碰撞前做初速度为零的匀加速直线运动,由牛顿第二定律和位移公式结合求出时间,再由速度公式求碰撞前瞬时的速度.
b、根据速度与时间的关系,画出v-t图象.
易错点
本题关键对带电小球进行受力分析,利用牛顿第二定律求出加速度.
正确答案
无论倍数k取何值,小球A均可与小球B发生第二次碰撞。
解析
设两小球第一次碰撞后速度分别为vA1、vB1.
取碰撞前A球的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
km2v0=km2vA1+m2vB1;
由机械能守恒定律得:
解得 :;
,之后A球再次被电场加速,若在x=3L处未发生碰撞,此时速度为vA2,根据动能定理得:
解得 :
则 vA2>vB1所以无论倍数k取何值,小球A均可与小球B发生第二次碰撞.
考查方向
动量守恒定律;功能关系
解题思路
碰撞过程中没有机械能的损失,根据动量守恒定律和能量机械能守恒定律结合求出碰后两球的速度表达式.碰后A球再次被电场加速,结合动能定理和能发生第二次碰撞的条件解答.
易错点
由于动量是矢量,注意使用动量守恒定律解题时要规定正方向.
19.如图,两质量均为m的小球,通过长为L的不可伸长轻绳水平相连,从某一高处自由下落,下落过程中绳处于水平伸直状态。在下落h高度时,绳的中点碰到水平放置的光滑钉子O。重力加速度为g,空气阻力不计,则( )
正确答案
解析
对于两小球和轻绳组成的系统,从开始下落到刚到达最低点的过程中,只有小球的重力做功,系统机械能守恒,A选项正确;如图所示,
重力的瞬时功率为P=mgvsinθ,其中v会逐渐增大,由机械能守恒有:2mg(h+)=2×
mv2,可以解得v=
,所以重力的瞬时功率为P=mgvsinθ=mg
,由数学知识可知,重力的瞬时功率先增大后减小,B选项正确;同理从开始到最低点的过程由机械能守恒有:2mg(h+
)=2×
mv2,所以最低点的速率为
,C选项错误;解出最低点速率后,在最低点对小球由圆周运动的规律可知加速度a=
=(
+2)g,D选项正确。
考查方向
解题思路
机械能守恒的条件是:“对于选定的系统,若只有重力或弹簧弹力做功,系统的机械能总和保持不变”,求力的瞬时功率的公式为P=Fvcosθ,其中θ为力与速度正方向间的夹角,也可以结合极限法判断重力瞬时功率的变化情况。由机械能守恒定律可以求出小球刚到达最低点的速度,结合圆周运动的牛二律动力学方程可以判定加速度的大小。
易错点
机械能守恒的条件把我不准确
知识点
7.两个圆管道的半径均为R,通过直管道将它们无缝连接在一起.让一直径略小于管径的小球从入口A处无初速度放入,B、C、D是轨道上的三点,E为出口,其高度略低于入口A.已知BC连线经过右侧圆管道的圆心,D点与圆管道的圆心等高,以下判断正确的有( )
(在每小题给出的四个选项中,至少有一个选项是正确,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,不选或有选错的得0分。)
正确答案
解析
解:A、由于小球在D点做圆周运动,所以知管道左侧受到小球的压力, 故A错误;
B、若光滑,则A到E过程中机械能守恒,所以小球能从E点射出.故B正确;
C、若不光滑,小球到达C点的速度不确定,管道对小球的作用力可能为0,故C正确。
D、只要A、E间高度差足够大,足以克服摩擦力做功就有可能从E点射出,故选项D错误;
故选:BC
考查方向
解题思路
A. 让小球在竖直放置的空心粗糙塑料管中运动,利用牛顿第二定律与圆周运动的向心力公式,可求出某点的受力情况.
B. 同时运用动能定理,可找出某两点的速度与这两点的高度关系.
C. 小球从高于E点的A点静止释放,若光滑时则由机械能守恒定律,可得出小球是否能从E点射出.
D. 当小球到达最高点C时,由速度结合牛顿第二定律可得出小球的受力情况.
易错点
在管中的列动能定理不会求重力做功对应的高度差,以及圆管中水平和竖直的四个点的临界速度
知识点
如图所示,P是倾角为30°的光滑固定斜面.劲度为k的轻弹簧一端固定在斜面底端的固定挡板C上,另一端与质量为m的物块A相连接.细绳的一端系在物体A上,细绳跨过不计质量和摩擦的定滑轮,另一端有一个不计质量的小挂钩.小挂钩不挂任何物体时,物体A处于静止状态,细绳与斜面平行.在小挂钩上轻轻挂上一个质量也为m的物块B后,物体A沿斜面向上运动.斜面足够长,运动过程中B始终未接触地面.
17.求物块A刚开始运动时的加速度大小a;
18.设物块A沿斜面上升通过Q点位置时速度最大,求Q点到出发点的距离x0及最大速度vm.
正确答案
0.5g
解析
解:以A、B组成的系统为研究对象,A刚开始运动的瞬间,由牛顿第二定律得:
mg=(m+m)a,
解得:a=0.5g;
考查方向
解题思路
以AB组成的整体为研究对象,由牛顿第二定律可以求出加速度a
易错点
研究对象选择不恰当
正确答案
, g
解析
解:未挂B时,对A,由平衡条件得:mgsin30°=kx,得弹簧的压缩量为 x=
当A受到的合力为零时速度最大,此时:
mgsin30°+kx′=mg,
解得:x′=
因此Q点到出发点的距离:x0=x+x′=;
在出发点与Q点弹簧的形变量相同,弹簧的弹性势能相等,由机械能守恒定律得:
mgx0=mgx0sin30°+•2mvm2,
解得,最大速度:vm=g;
考查方向
解题思路
物块A沿斜面上升速度达到最大时合力为零,由平衡条件求出弹簧的形变量,由机械能守恒定律可以求出最大速度.
易错点
要分析清楚物体的运动过程,把握每个过程和状态的规律,应用牛顿第二定律与机械能守恒定律可以正确解题.
4.如图,质量为4m的物块A与细线相连,细线绕过轻质定滑轮与劲度系数为k的轻弹簧相连,轻弹簧另一端连接放在水平地面上的小球B。物块A放在倾角为300的固定光滑斜面上。现用手控制住A,使细线刚好拉直但无拉力作用,并且滑轮左侧细线始终竖直、滑轮右侧细线始终与斜面平行。开始时物体均处于静止状态,释放A后,A沿斜面速度最大时,小球B刚好离开地面。重力加速度为g,不计任何摩擦。则:( )
正确答案
解析
A物体的加速度为零时,A达到最大速度。此时弹簧弹力,由于此时B物体刚离开地面,说明B物体的重力为2mg,B错。通过上述分析可知,A物体机械能减少,弹簧弹性势能增加,所以A、C错,D正确。
考查方向
解题思路
首先找到A达到最大速度的位置,利用系统机械能守恒定律列示判断
易错点
A物体最大速度的条件,以及机械能在A、B、弹簧之间的相互转化
知识点
4.正方体空心框架ABCD-A1B1C1D1下表面在水平地面上,将可视为质点的小球从顶点A
在∠BAD所在范围内(包括边界)沿不同的水平方向分别抛出,落点都在△B1C1D1平面内(包括边界)。不计空气阻力,以地面为重力势能参考平面。则下列说法正确的是()
正确答案
解析
A、小球落在A1C1线段中点时水平位移最小,落在C1时水平位移最大,由几何关系知水平位移的最小值与最大值之比是1:2,由x=v0t,t相等得小球初速度的最小值与最大值之比是1:2,故A错误.
B、小球做平抛运动,由h=得 t=
,下落高度相同,平抛运动的时间相等,故B错误.
C、落在B1D1线段中点的小球,落地时机械能的最小,落在B1D1线段上D1或B1的小球,落地时机械能的最大.设落在B1D1线段中点的小球初速度为v1,水平位移为x1.落在B1D1线段上D1或B1的小球初速度为v2.水平位移为x2.由几何关系有 x1:x2=1:,由x=v0t,得:v1:v2=1:
,落地时机械能等于抛出时的机械能,分别为:E1=mgh+
,E2=mgh+
,可知落地时机械能的最小值与最大值之比不等于1:2.故C错误.
D、设AC1的倾角为α,轨迹与AC1线段相交的小球,在交点处的速度方向与水平方向的夹角为θ.则有 tanα==
=
,tanθ=
,则 tanθ=2tanα,可知θ一定,则轨迹与AC1线段相交的小球,在交点处的速度方向相同,故D正确.
考查方向
解题思路
小球做平抛运动,水平分运动为匀速直线运动,竖直分运动为自由落体运动.运动时间由下落的高度决定.由分位移公式求初速度.由机械能守恒定律研究落地时机械能
易错点
本题的关键要掌握平抛运动的研究方法,掌握分位移公式,D项也可以根据作为结论记住.
知识点
5.如图所示,竖直光滑杆固定不动,套在杆上的弹簧下端固定,将套在杆上的滑块向下压缩弹簧至离地高度h=0.1m处,滑块与弹簧不拴接。现由静止释放滑块,通过传感器测量到滑块的速度和离地高度h并作出滑块的Ek-h图象,其中高度从0.2m上升到0.35m范围内图象为直线,其余部分为曲线,以地面为零势能面,取g =10m/s2,由图象可知( )
正确答案
解析
本题属于机械能守恒定律的基础内容,A选项,根据图像给出的信息,mg0.2+0.3=mg0.35物块质量m=0.2kg。
B选项,由图像可知,当物块离地高度为0.2m时物块仅受重力作用。所以弹簧原长0.2m
C选项,弹簧最大弹性势能等于mg(0.35-0.1)=0.5J正确
D选项,小物块和弹簧构成的系统机械能守恒,当动能最大时,物块的重力势能和弹簧的弹性势能总和最小,为0.5J+0.2J-0.32J=0.38J。错误
考查方向
解题思路
由题意可知,由静止释放滑块后,滑块开始做加速度减小的加速运动,当重力等于弹簧弹力时做加速度增大的减速运动,弹簧回复原长后,物块做加速度为g的匀减速直线运动。
易错点
不能结合图像分析物体运动的整个过程,进而分析运动过程中的能量转化。
知识点
1.频闪照相是每隔相等时间曝光一次的照相方法,在同一张相片上记录运动物体在不同时刻的位置。如图所示是小球在竖直方向运动过程中拍摄的频闪照片,相机的频闪周期为T,利用刻度尺测量相片上2、3、4、5 与1 位置之间的距离分别为x1、x2、x3、x4。下列说法正确的是( )
正确答案
解析
本题并没有说明是竖直上抛还是自由落体,若是带有上抛段,又没有说明1-5各位置的时刻的话,上升段也是可以的,A选项错误,小球在2位置的速度为:;加速度大小为:
,B、C错误;综上,D选项正确。
考查方向
解题思路
1、频闪照片的本质是匀变速直线运动的位置叠加;2、根据解出小球在2位置的速度;3、根据Δx=aT2解出小球的加速度。
易错点
知识迁移,匀变速直线运动的规律
知识点
7.小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上(如图甲),在刚接触轻弹簧的瞬间(如图乙),速度是5m/s,将弹簧压缩到最短(如图丙)的整个过程中,小球的速度v和弹簧缩短的长度Δx之间的关系如图丁所示,其中A为曲线的最高点。已知该小球重为2N,弹簧在受到撞击至压缩到最短的过程中始终发生弹性形变,弹簧的弹力大小与形变成正比。下列说法正确的是( )
正确答案
解析
A、由图可知,小球的速度先增加后减小,故小球的动能先增大后减小,故A正确;
B、在小球下落过程中至弹簧压缩最短时,只有重力和弹簧弹力做功,故小球与弹簧组成的系统机械能守恒,在压缩弹簧的过程中弹簧的弹性势能增加,故小球的机械能减小,所以B错误;
C、小球下落时,当重力与弹簧弹力平衡时小球的速度最大,据此有:小球受到的弹力大小与小球的重力大小平衡,故此时小球受到的弹力为2N,故C正确;
D、小球速度最大时,小球的弹力为2N,此时弹簧的形变量为0.1m,故可得弹簧的劲度系数
,故弹簧弹力最大时形变量最大,根据胡克定律知,小球受到的最大弹力为
,故D正确;故本题选ACD
考查方向
解题思路
小球的速度先增加后减小,故其动能先增大后减小,在整个过程中只有重力和弹簧弹力对小球做功,故小球与弹簧组成的系统机械能守恒,在压缩弹簧的过程中弹簧的弹性势能增加故小球的机械能减小,小球速度最大时弹力大小与小球的重力平衡,根据胡克定律求弹簧压缩时产生的最大弹力.
易错点
机械能守恒判断,弹簧劲度系数的求解;
知识点
扫码查看完整答案与解析