- 动能和动能定理
- 共8888题
如图所示,以A、B和C、D为断点的两半圆形光滑轨道固定于竖直平面内,一滑板静止在光滑的地面上,左端紧靠B点,上表面所在平面与两半圆分别相切于B、C两点,一物块(视为质点)被轻放在水平匀速运动的传送带上E点,运动到A 点时刚好与传送带速度相同,然后经A 点沿半圆轨道滑下,且在B点对轨道的压力大小为10mg,再经B点滑上滑板,滑板运动到C点时被牢固粘连.物块可视为质点,质量为m,滑板质量为M=2m,两半圆半径均为R,板长l=6.5R,板右端到C点的距离为L=2.5R,E点距A点的距离s=5R,物块与传送带、物块与滑板间的动摩擦因数相同,重力加速度为g.求
(1)物块滑到B点的速度大小.
(2)物块与传送带、物块与滑板间的动摩擦因数.
(3)求物块与滑板间因摩擦而产生的总热量.
正确答案
解:(1)在B点,由轨道的支持力和重力的合力提供向心力,则有:10mg-mg=m
解得:
(2)从E到B的过程中,根据动能定理得:mg•2R+
解得:μ=0.5
(3)滑块滑上木板后做匀减速直线运动,木板做匀加速直线运动,
对物块由牛顿第二定律得:a1=
对滑板由牛顿第二定律得:a2=
设经过时间t滑板与物块达到共同速度v时,位移分别为x1、x2,
vB-a1t=a2t
x2=
联立解得:x1=2R,x2=8R
即物块与滑板在达到共同速度时,物块未离开滑板,则有:Q1=μmg(x2-x1)
物块与木板此后以共同速度匀速运动至C点 滑板则不再运动,物块继续往前运动0.5R冲上圆弧,
Q2=μmg•0.5R
物块滑回来,由能量守恒可得:
Q3=
则总热量为:Q=Q1+Q2+Q3=3.5mgR
答:(1)物块滑到B点的速度大小为.
(2)物块与传送带、物块与滑板间的动摩擦因数为0.5;
(3)求物块与滑板间因摩擦而产生的总热量位3.5mgR
解析
解:(1)在B点,由轨道的支持力和重力的合力提供向心力,则有:10mg-mg=m
解得:
(2)从E到B的过程中,根据动能定理得:mg•2R+
解得:μ=0.5
(3)滑块滑上木板后做匀减速直线运动,木板做匀加速直线运动,
对物块由牛顿第二定律得:a1=
对滑板由牛顿第二定律得:a2=
设经过时间t滑板与物块达到共同速度v时,位移分别为x1、x2,
vB-a1t=a2t
x2=
联立解得:x1=2R,x2=8R
即物块与滑板在达到共同速度时,物块未离开滑板,则有:Q1=μmg(x2-x1)
物块与木板此后以共同速度匀速运动至C点 滑板则不再运动,物块继续往前运动0.5R冲上圆弧,
Q2=μmg•0.5R
物块滑回来,由能量守恒可得:
Q3=
则总热量为:Q=Q1+Q2+Q3=3.5mgR
答:(1)物块滑到B点的速度大小为.
(2)物块与传送带、物块与滑板间的动摩擦因数为0.5;
(3)求物块与滑板间因摩擦而产生的总热量位3.5mgR
如图所示,A、B两个材料相同的物体用长为L且不可伸长的线连结在一起放在水平面上.在水平力F作用下以速度v做匀速直线运动.A的质量是B的两倍,某一瞬间线突然断裂,保持F不变,仍拉A继续运动距离s0后再撤去,则当A、B都停止运动时,A和B相距多远?
正确答案
解:设物体与水平面的动摩擦因数为μ,B从断线到停止运动前进s2,A从断线到停止运动前进s1.
对B由动能定理,有-μmgs2=-mv2…(1)
对A由动能定理,有 Fs0-μ•2mgs1=-•2mv2…(2)
断线前,系统处于平衡状态,有 F=μ•3mg…(3)
由上述三个方程可得; s1-s2=s0…(4)
则A、B两物相距△s=L+s1-s2=L+s0…(5)
答:当A、B都停止运动时,A和B相距为L+s0.
解析
解:设物体与水平面的动摩擦因数为μ,B从断线到停止运动前进s2,A从断线到停止运动前进s1.
对B由动能定理,有-μmgs2=-mv2…(1)
对A由动能定理,有 Fs0-μ•2mgs1=-•2mv2…(2)
断线前,系统处于平衡状态,有 F=μ•3mg…(3)
由上述三个方程可得; s1-s2=s0…(4)
则A、B两物相距△s=L+s1-s2=L+s0…(5)
答:当A、B都停止运动时,A和B相距为L+s0.
如图所示,质最m=6.Okg的滑块(可视为质点),在水平牵引功率恒为P=42W的力作用下从A点由静止开始运动,一段时间后撤去牵引力.当滑块由平台边缘B点飞出后,恰能以5m/s的速度从竖直光滑圆弧轨道CDE上C点的切线方向切入轨道,并从轨道边缘E点竖直向上抛出.已知∠COD=53°,AB间距离L=3m,滑块与平台间的动摩擦因数μ=0.2,圆弧轨道半径R=1.0m.不计空气阻力.取sin53°=0.8,cos53°=0.6,求:
(1)滑块运动到B点时的速度大小;
(2)回弧轨道对滑块的最大支持力;
(3)滑块在平台上运动时水平牵引力的作用时间.
正确答案
解:(1)C点水平分速度v′=vCcosα=5×0.6=3m/s
B点的速度vb=v′=3m/s
(2)在C点,轨道对滑块的支持力最大.
滑块从C点到D点,由动能定理得:
mgR(1-cos53°)=mvD2-
mvc2
在D点,FN-mg=m
得:FN=258N
(3)滑块从A点到B点,由动能定律,得:
Pt-μmgL=mvB2-0
得:t=1.5s
答:(1)滑块运动到B点时的速度大小为3m/s;
(2)回弧轨道对滑块的最大支持力为258N;
(3)滑块在平台上运动时水平牵引力的作用时间为1.5s.
解析
解:(1)C点水平分速度v′=vCcosα=5×0.6=3m/s
B点的速度vb=v′=3m/s
(2)在C点,轨道对滑块的支持力最大.
滑块从C点到D点,由动能定理得:
mgR(1-cos53°)=mvD2-
mvc2
在D点,FN-mg=m
得:FN=258N
(3)滑块从A点到B点,由动能定律,得:
Pt-μmgL=mvB2-0
得:t=1.5s
答:(1)滑块运动到B点时的速度大小为3m/s;
(2)回弧轨道对滑块的最大支持力为258N;
(3)滑块在平台上运动时水平牵引力的作用时间为1.5s.
一子弹用0.002s的时间穿过一木板.穿入时速度是800m/s,穿出速度是700m/s,则子弹穿过木板过程的加速度大小为______m/s2;穿出的子弹还能穿过______块同样固定的木板.
正确答案
解:加速度为:
a=
穿过一个木板那损失机械能为:
=75000m
穿过的木板数为:
n=
故答案为:5×104;3
解析
解:加速度为:
a=
穿过一个木板那损失机械能为:
=75000m
穿过的木板数为:
n=
故答案为:5×104;3
如图所示,可视为质点的两带电滑块A、B的电量均为+Q、质量均为m.A固定于粗糙绝缘的水平桌面上,将A、B的间距调节为d时B恰能静止在桌面上,已知重力加速度为g,设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等.求:
(1)B与桌面间的动摩擦因数μ:
(2)若A的带电量变为+8Q,B将向右运动,当运动到A、B间距为2d时,测得B的速度为v,求该段运动过程中静电力对B物体所做的功.
正确答案
解:AB处于静止,由共点力平衡可得
解得
(2)根据动能定理可得
解得
答:(1)B与桌面间的动摩擦因数μ为:
(2)该段运动过程中静电力对B物体所做的功为.
解析
解:AB处于静止,由共点力平衡可得
解得
(2)根据动能定理可得
解得
答:(1)B与桌面间的动摩擦因数μ为:
(2)该段运动过程中静电力对B物体所做的功为.
如图所示,一物体从A点沿光滑面AB与AC分别滑到同一水平面上的B点与C点,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:D、物体沿斜面下滑,只有重力做功,沿AB面和AC面运动重力做功相同,所以D正确;
A、根据动能定理,有:mgh=mv2
解得:v=
即末速度大小与斜面的坡角无关,故A错误,B正确;
C、物体受到的合力为:F合=mgsinθ…①
根据牛顿第二定律,有:F合=ma…②
由运动学公式有:s==
at2…③
由①②③三式,解得:t=
即斜面的坡角越大,下滑的越短,故C错误;
故选:BD.
如图所示,圆环A的质量 m1=10kg,被销钉固定在竖直光滑的杆上,杆固定在地面上,A与定滑轮等高,A与定滑轮的水平距离L=3m,不可伸长的细线一端系在A上,另一端通过定滑轮系系在小物体B上,B的质量m2=2kg,B的另一侧系在弹簧上,弹簧的另一端系在固定在斜面底端挡板C上,弹簧的劲度系数k=40N/m,斜面的倾角θ=30°,B与斜面的摩擦因数μ=,足够的长的斜面固定在地面上,B受到一个水平向右的恒力F作用,F=20
N,开始时细线恰好是伸直的,但未绷紧,B是静止的,弹簧被压缩.拔出销钉,A开始下落,当A下落h=4m时,细线断开、B与弹簧脱离、恒力F消失,不计滑轮的摩擦和空气阻力.问
(1)销钉拔出前,画出物体B的受力示意图,此时弹簧的压缩量;
(2)当A下落h=4m时,A、B两个物体速度大小的关系;
(3)B在斜面上运动的最大距离?(g=10m/s2)
正确答案
解:(1)对物体受力分析,如图,F和重力的合力F合为:
F合的方向平行斜面向下
由题意分析可得物体对斜面的压力为0,故摩擦力为0,由平衡条件有:
F合=F弹=k x
弹簧的压缩量为:
(2)设当滑块下降h=4 m时,环和物的速度分别为v1,v2.此时物体上升的距离为:
h=
由运动的分解和几何关系得:v2=v1cos37°
(3)由于弹簧的压缩量和伸长量相同,弹簧对物体做功为零,对系统用动能定理有:
代入数据得:v2=6.02m/s
当细线断开、B与弹簧脱离、恒力F消失后,对物体B受力分析,由牛顿定律有:
a=g(sinθ+μcosθ)=10m/s2
答:(1)销钉拔出前,画出物体B的受力示意图,此时弹簧的压缩量为1m;
(2)当A下落h=4m时,A、B两个物体速度大小的关系为v2=v1cos37°
(3)B在斜面上运动的最大距离为3.8m
解析
解:(1)对物体受力分析,如图,F和重力的合力F合为:
F合的方向平行斜面向下
由题意分析可得物体对斜面的压力为0,故摩擦力为0,由平衡条件有:
F合=F弹=k x
弹簧的压缩量为:
(2)设当滑块下降h=4 m时,环和物的速度分别为v1,v2.此时物体上升的距离为:
h=
由运动的分解和几何关系得:v2=v1cos37°
(3)由于弹簧的压缩量和伸长量相同,弹簧对物体做功为零,对系统用动能定理有:
代入数据得:v2=6.02m/s
当细线断开、B与弹簧脱离、恒力F消失后,对物体B受力分析,由牛顿定律有:
a=g(sinθ+μcosθ)=10m/s2
答:(1)销钉拔出前,画出物体B的受力示意图,此时弹簧的压缩量为1m;
(2)当A下落h=4m时,A、B两个物体速度大小的关系为v2=v1cos37°
(3)B在斜面上运动的最大距离为3.8m
一辆车通过一根跨过定滑轮的绳PQ提升井中质量m=10kg的物体.如图,绳的P端拴在车后的挂钩上,Q端拴在物体上.设绳的总长不变,绳的质量、定滑轮的质量和尺寸、滑轮上的摩擦都忽略不计.开始时,车在A点,左右两侧绳都已绷紧并且是竖直的,左侧绳长H=1m.提升时,车加速向左运动,沿水平方向从A经过B驶向C.设A到B的距离H=1m,车经过B点时的速度为vB=5m/s.求:
(1)当车运动到B点时,物体升高的高度h;
(2)车由A移到B的过程中,绳Q端的拉力对物体做的功W.某同学的解法为:W-mgh=mv
,代入h和vB的数据,即可求出拉力对物体做的功W.你若认为该同学的结论正确,计算该功大小;你若认为该同学的结论错误,说明理由并求出该功的大小.
正确答案
解:(1)当车运动到B点时,物体升高的高度为:
h=-H=(
-1)m=0.41m
(2)该同学的结论是错误的.因为绳总长不变,物体的速度与车在同一时刻沿绳方向的速度大小相等,而此刻车的速度方向不沿绳的方向,所以两者的速度大小不相等.如图,将车的速度v沿绳的方向和垂直于绳的方向分解,得:
v1=vBcosθ
绳Q端拉力对物体是变力做功,可用动能定理求解.则有:
W-mgh=
得:W=mgh+=(10×10×0.41+
10×52×cos245°)J=103.5J
答:(1)当车运动到B点时,物体升高的高度h是0.41m;
(2)该同学的结论是错误的.因为绳总长不变,物体的速度与车在同一时刻沿绳方向的速度大小相等,而此刻车的速度方向不沿绳的方向,所以两者的速度大小不相等.该功的大小为103.5J.
解析
解:(1)当车运动到B点时,物体升高的高度为:
h=-H=(
-1)m=0.41m
(2)该同学的结论是错误的.因为绳总长不变,物体的速度与车在同一时刻沿绳方向的速度大小相等,而此刻车的速度方向不沿绳的方向,所以两者的速度大小不相等.如图,将车的速度v沿绳的方向和垂直于绳的方向分解,得:
v1=vBcosθ
绳Q端拉力对物体是变力做功,可用动能定理求解.则有:
W-mgh=
得:W=mgh+=(10×10×0.41+
10×52×cos245°)J=103.5J
答:(1)当车运动到B点时,物体升高的高度h是0.41m;
(2)该同学的结论是错误的.因为绳总长不变,物体的速度与车在同一时刻沿绳方向的速度大小相等,而此刻车的速度方向不沿绳的方向,所以两者的速度大小不相等.该功的大小为103.5J.
(2015秋•无锡期末)固定的倾角为37°的光滑斜面,长度为L=1m,斜面顶端放置可视为质点的小物体,质量为0.8kg,如图所示.当水平恒力较小时,物体可以沿斜面下滑,到达斜面底端时撤去水平恒力,物体在水平地面上滑行的距离为S.忽略物体转弯时的能量损失,研究发现S与F之间的关系如图所示.已知g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:
(1)物体与地面间的动摩擦因数μ;
(2)当F=3N时,物体运动的总时间(结果可以用根式表示).
正确答案
解:
(1)当F2=0N时,s=6.0m,由动能定理得:mgLsinθ-μmgs=0
∴μ=0.1
(2)当F3=3N时,由牛顿第二定律 mgsinθ-F3 cosθ=ma1
由L= a1t12得
物体在斜面上的运动时间t1= s
由v=a1t1
水平面上由牛顿第二定律μmg=ma2
v=a2t2
可得t2= s
物体运动的总时间为t=t1+t2=s
答:(1)物体与地面间的动摩擦因数0.1;
(2)当F=3N时,物体运动的总时间s
解析
解:
(1)当F2=0N时,s=6.0m,由动能定理得:mgLsinθ-μmgs=0
∴μ=0.1
(2)当F3=3N时,由牛顿第二定律 mgsinθ-F3 cosθ=ma1
由L= a1t12得
物体在斜面上的运动时间t1= s
由v=a1t1
水平面上由牛顿第二定律μmg=ma2
v=a2t2
可得t2= s
物体运动的总时间为t=t1+t2=s
答:(1)物体与地面间的动摩擦因数0.1;
(2)当F=3N时,物体运动的总时间s
如图所示,质量为m的小车在水平恒力F的推动下,从山坡(粗糙)底部A处由静止运动至高为h的山坡顶部B处,获得的速度为v,A、B之间的水平距离为x,重力加速度为g.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在上升过程中,重力做功为WG=-mgh,则小车克服重力所做的功为mgh.故A正确;
B、根据动能定理得,合力做功等于动能的变化量,则合力做功为,故B错误;
C、根据动能定理得,,则推力做功为Fx=
.阻力做功为
.故C错误,D正确.
故选:AD
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