- 动能和动能定理
- 共8888题
质量10g、以0.80km/s飞行的子弹与质量60kg、以10m/s奔跑的运动员相比( )
正确答案
解析
解:子弹的动能为EK1=mV2=
×0.01×8002J=3200J;
运动员的动能为EK2=mV2=
×60×102J=3000J,所以子弹的动能较大.
故选B.
2013年5月10日,中国海军首只舰载航空兵部队正式组建,这标志着我国航母部队战斗力建设进入新的发展阶段.航载机在航母上的安全起降是舰载航空兵实现战斗力的保证.设有一总质量2×104kg的舰载机在航母甲板着舰区阻拦着舰,为保证一旦着舰失败能再次起飞,阻拦过程中舰载机的发动机保持2×105N的水平总推力.设舰载机以70m/s的水平速度准确钩住BC间阻拦索中点后,垂直于BC沿直线滑行60m至A处停稳,BC间距40m,如图所示.着舰过程甲板保持水平,忽略摩擦与空气阻力.求
(1)舰载机在A处停稳后,关闭发动机前阻拦索AB对舰载机的拉力;
(2)着舰过程中阻拦索对舰载机所做的功.
正确答案
解:
(1)已知F=2×105N,设绳索AB、AC的拉力大小分别为F1,F2,D为BC中点,如图:
停稳后绳的拉力等于发动机的推动力则:
F1cosα+F2cosα=F,
F1=F2,
,
解得:
.
(2)设合力的功为W,则:
,
设发动机推力做功为W1,则:
W1=F•AD,
阻力做功为W2,则:
W=W1+W2,
解得:
W=-6.1×107J.
答:
(1)舰载机在A处停稳后,关闭发动机前阻拦索AB对舰载机的拉力为1.05×105N;
(2)着舰过程中阻拦索对舰载机所做的功为-6.1×107J.
解析
解:
(1)已知F=2×105N,设绳索AB、AC的拉力大小分别为F1,F2,D为BC中点,如图:
停稳后绳的拉力等于发动机的推动力则:
F1cosα+F2cosα=F,
F1=F2,
,
解得:
.
(2)设合力的功为W,则:
,
设发动机推力做功为W1,则:
W1=F•AD,
阻力做功为W2,则:
W=W1+W2,
解得:
W=-6.1×107J.
答:
(1)舰载机在A处停稳后,关闭发动机前阻拦索AB对舰载机的拉力为1.05×105N;
(2)着舰过程中阻拦索对舰载机所做的功为-6.1×107J.
如图所示,质量为m的小物块在粗糙水平面上做直线运动,向右运动距离l后以速度v飞离桌面,最终落在水平地面上.已知l=1.4m,v=3.0m/s,小物块与桌面间的动摩擦因数μ=0.25,桌面高h=0.45m.不计空气阻力.(取10m/s2)求:
(1)小物块落地点到飞出点的水平距离s;
(2)小物块的初速度大小v0大小.
正确答案
解:(1)物块飞出桌面后做平抛运动,
竖直方向:h=gt2,解得:t=0.3s,
水平方向:s=vt=0.9m;
(2)对滑块从开始运动到飞出桌面,
由动能定理得:-μmgl=mv2-
mv02,
解得:v0=4m/s;
答:(1)小物块落地点距飞出点的水平距离为0.9m.(2)小物块的初速度为4m/s.
解析
解:(1)物块飞出桌面后做平抛运动,
竖直方向:h=gt2,解得:t=0.3s,
水平方向:s=vt=0.9m;
(2)对滑块从开始运动到飞出桌面,
由动能定理得:-μmgl=mv2-
mv02,
解得:v0=4m/s;
答:(1)小物块落地点距飞出点的水平距离为0.9m.(2)小物块的初速度为4m/s.
如图,一质量为m=1kg的“”形木板放置在水平面上,木板上表面光滑,槽内长度为l=0.32m,木板与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,一质量与木板相同、可视为质点的小物块紧靠左端停在木板上,现对木板施加一向右的水平推力F=8N,推动木板从静止开始向右运动,当木板运动的距离为d=1m时,立刻撤去推力F,求:
(1)在推动木板的过程中,木板对物块做的功;
(2)物块从木板左端运动到木板右端的时间.
正确答案
解:(1)在推动木板的过程中,将木板和物块作为一个整体,由动能定理得
(F-2μmg)d=×2mv2
代入数据得 v=2m/s
对物块,由动能定理知物块动能增加量等于木板对物块所做的功
则知木板对物块做的功 W=mv2=2J
(2)假设物块到达右端时木板未停止运动,则
物块做匀速直线运动,x2=vt
木板做匀减速直线运动,由牛顿第二定律得:2μmg=ma
x1=vt-at2
由几何关系有 x2-x1=l
联立代入数据得 t=0.4s
撤去推力到木板停止运动的时间为 t′=
代入数据得t′=0.5s>0.4s
假设成立.
答:
(1)在推动木板的过程中,木板对物块做的功是2J.
(2)物块从木板左端运动到木板右端的时间是0.4s.
解析
解:(1)在推动木板的过程中,将木板和物块作为一个整体,由动能定理得
(F-2μmg)d=×2mv2
代入数据得 v=2m/s
对物块,由动能定理知物块动能增加量等于木板对物块所做的功
则知木板对物块做的功 W=mv2=2J
(2)假设物块到达右端时木板未停止运动,则
物块做匀速直线运动,x2=vt
木板做匀减速直线运动,由牛顿第二定律得:2μmg=ma
x1=vt-at2
由几何关系有 x2-x1=l
联立代入数据得 t=0.4s
撤去推力到木板停止运动的时间为 t′=
代入数据得t′=0.5s>0.4s
假设成立.
答:
(1)在推动木板的过程中,木板对物块做的功是2J.
(2)物块从木板左端运动到木板右端的时间是0.4s.
如图1所示,一根长为L的轻绳上端固定在O点,下端拴一个重为G的小钢球A,球处于静止状态.现对小钢球施加一个方向水平向右的外力F,使球足够缓慢地偏移,外力F方向始终水平向右.若水平外力F的大小随移动的水平距离x的变化如图2所示.求此过程中:
(1)轻绳上张力大小变化的取值范围.
(2)在以上过程中水平拉力F所做的功.
正确答案
解:(1)在小球移动过程中,始终处于平衡状态
当x=0时,F=0,T=G
当x=时,F=
G,T=
=2G
所以T的取值范围是G≤T≤2G
(2)当F=G时,cosθ=
由功能关系得:
F力做功W=GL(1-cosθ)
求得W=GL
答:(1)轻绳上张力大小变化的取值范围为G≤T≤2G
(2)在以上过程中水平拉力F所做的功为
解析
解:(1)在小球移动过程中,始终处于平衡状态
当x=0时,F=0,T=G
当x=时,F=
G,T=
=2G
所以T的取值范围是G≤T≤2G
(2)当F=G时,cosθ=
由功能关系得:
F力做功W=GL(1-cosθ)
求得W=GL
答:(1)轻绳上张力大小变化的取值范围为G≤T≤2G
(2)在以上过程中水平拉力F所做的功为
物体从高出地面H处由静止自由落下,不考虑空气阻力,落至地面沙坑下h处停止,如图所示,求物体在沙坑中受到的平均阻力是其重力的多少倍?
正确答案
解:对全程运用动能定理得:mg(H+h)-Fh=0
解得:=
.
答:沙坑中受到的平均阻力是其重力的倍数为
解析
解:对全程运用动能定理得:mg(H+h)-Fh=0
解得:=
.
答:沙坑中受到的平均阻力是其重力的倍数为
A、B两物体的速度之比为2:1,质量的大小之比为1:3,则它们的动能之比为( )
正确答案
解析
解:根据动能的表达式得,A、B两物体的速度之比为2:1,质量的大小之比为1:3,则动能之比为4:3.故D正确,A、B、C错误.
故选D.
如图所示,EF为水平地面,O点左侧是粗糙的、右侧是光滑的.一轻质弹簧右端与墙壁固定,左侧与静止在O点质量为m的小物块A连接,弹簧处于原长状态.质量为4m的物块B在大小为F的水平恒力作用下由C处从静止开始向右运动,已知物块B与地面EO段间的滑动摩擦力大小为
,物块B运动到O点与物块A相碰并一起向右运动(碰后A、B没有粘在一起,设碰撞时间极短),运动到D点时撤去外力F,已知CO=4s,OD=s,(物块的厚度不计),求撤去外力后:
(1)弹簧的最大弹性势能
(2)物块B最终离O点的距离.
正确答案
解:设B与A碰撞前速度为v0,由动能定理得:
(F-))×4S=
×4m×v
解得:v0=
B与A在0点碰撞,设碰后共同速度为v1,由动量守恒得:
4mv0=(4m+m)v1
解得:v1==
碰后B和A一起运动,当它们的共同速度减小为零时,弹簧的弹性势能最大,设为Epm,则由能量守恒得:
Epm=FS+×5m•
解得:Epm=
(2)设AB回到O点时速度为v2
根据能量守恒得:
Ep=•5m•v22
根据动能定理有:
-Fx=0-
mv22
联立解得:x=;
答:(1)弹簧的最大弹性势能为;
(2)物块B最终离O点的距离为.
解析
解:设B与A碰撞前速度为v0,由动能定理得:
(F-))×4S=
×4m×v
解得:v0=
B与A在0点碰撞,设碰后共同速度为v1,由动量守恒得:
4mv0=(4m+m)v1
解得:v1==
碰后B和A一起运动,当它们的共同速度减小为零时,弹簧的弹性势能最大,设为Epm,则由能量守恒得:
Epm=FS+×5m•
解得:Epm=
(2)设AB回到O点时速度为v2
根据能量守恒得:
Ep=•5m•v22
根据动能定理有:
-Fx=0-
mv22
联立解得:x=;
答:(1)弹簧的最大弹性势能为;
(2)物块B最终离O点的距离为.
如图所示,AB是倾角为θ的光滑直轨道,BCD是光滑的圆弧轨道,AB恰好在B点与圆弧相切,圆弧的半径为R.一个质量为m的物体(可视为质点)从直轨道上的P点由静止释放,结果它能在两轨道间做往返运动.已知P点与圆弧的圆心O等高,求:
(1)物体做往返运动的过程中,通过B时的速度大小;
(2)最终当物体通过圆弧轨道最低点E时,对圆弧轨道的压力.
正确答案
解:(1)物体从P到B的过程,由动能定理得
可得
(2)从P到E的过程,由动能定理得
得
在E点,由牛顿第二定律有
可得 N=3mg
由牛顿第三定律可知:N′=N=3mg,方向竖直向下.
答:
(1)物体做往返运动的过程中,通过B时的速度大小为;
(2)最终当物体通过圆弧轨道最低点E时,对圆弧轨道的压力是3mg,方向竖直向下.
解析
解:(1)物体从P到B的过程,由动能定理得
可得
(2)从P到E的过程,由动能定理得
得
在E点,由牛顿第二定律有
可得 N=3mg
由牛顿第三定律可知:N′=N=3mg,方向竖直向下.
答:
(1)物体做往返运动的过程中,通过B时的速度大小为;
(2)最终当物体通过圆弧轨道最低点E时,对圆弧轨道的压力是3mg,方向竖直向下.
2012年我们中国有了自己的航空母舰“辽宁号”,航空母舰上舰载机的起飞问题一直备受关注.某学习小组的同学通过查阅资料对舰载机的起飞进行了模拟设计.如图,舰载机总质量为m,发动机额定功率为P,在水平轨道运行阶段所受阻力恒为f.舰载机在A处以额定功率启动,同时开启电磁弹射系统,它能额外给舰载机提供水平向右、大小为F的恒定推力.经历时间t1,舰载机运行至B处,速度达到v1,电磁弹射系统关闭.舰载机继续以额定功率加速运行至C处,经历的时间为t2,速度达到v2.此后,舰载机进入倾斜曲面轨道,在D处离开航母起飞.请根据以上信息求解下列问题.
(1)电磁弹射系统关闭的瞬间,舰载机的加速度.
(2)水平轨道AC的长度.
(3)若不启用电磁弹射系统,舰载机在A处以额定功率启动,经历时间t到达C处,假设速度大小仍为v2,则舰载机的质量应比启用电磁弹射系统时减少多少?(该问AC间距离用x表示.)
正确答案
解:(1)根据功率表达式可得:…①
由牛顿第二运动定律有:F1-f=ma…②
得:…③
(2)舰载机在A处以额定功率启动,同时开启电磁弹射系统,它能额外给舰载机提供水平向右、大小为F的恒定推力.经历时间t1,舰载机运行至B处,速度达到v1,由动能定理得:
…④
电磁弹射系统关闭.舰载机继续以额定功率加速运行至C处,经历的时间为t2,速度达到v2.同理得
…⑤
舰载机总位移 AC=x1+x2 …⑥
联④⑤⑥得…⑦
(3)对全过程,根据动能定理有 …⑧
应减少的质量△m=m-m1 …⑨
得…⑩
答:(1)电磁弹射系统关闭的瞬间,舰载机的加速度为-
.
(2)水平轨道AC的长度是+
.
(3)舰载机的质量应比启用电磁弹射系统时减少为m-.
解析
解:(1)根据功率表达式可得:…①
由牛顿第二运动定律有:F1-f=ma…②
得:…③
(2)舰载机在A处以额定功率启动,同时开启电磁弹射系统,它能额外给舰载机提供水平向右、大小为F的恒定推力.经历时间t1,舰载机运行至B处,速度达到v1,由动能定理得:
…④
电磁弹射系统关闭.舰载机继续以额定功率加速运行至C处,经历的时间为t2,速度达到v2.同理得
…⑤
舰载机总位移 AC=x1+x2 …⑥
联④⑤⑥得…⑦
(3)对全过程,根据动能定理有 …⑧
应减少的质量△m=m-m1 …⑨
得…⑩
答:(1)电磁弹射系统关闭的瞬间,舰载机的加速度为-
.
(2)水平轨道AC的长度是+
.
(3)舰载机的质量应比启用电磁弹射系统时减少为m-.
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