- 动能和动能定理
- 共8888题
如图所示,传送带水平长度L=0.9m,沿顺时针方向以v=6m/s匀速转动.AB是光滑水平长轨道,A端与传送带上表面平齐,BCD是半径为R=0.4m的光滑竖直半圆轨道,轨道最高点为D.一物块(可视为质点)以水平速度v0=4m/s冲上传送带左端,若物块质量m=1kg,与传送带的动摩擦因数μ=0.5,g=10m/s2.求:
(1)物块经过最高点D时对轨道的压力;
(2)因传送该物块电动机对传送带多提供的能量.
正确答案
解:(1)物块匀加速的位移x:
代入数据解得x=2m>0.9m
故物块全程匀加速
代入数据解得vA=5m/s
从A到D有:
在D点有:
代入数据解得N=12.5N,
则对轨道压力大小为12.5N,方向向上
(2)物块匀加速的时间,
物块相对皮带滑行的距离为:△x=vt-L=6×0.2-0.9=0.3m
电动机对传送带多提供的能量:,
代入数据解得△E=6J.
答:(1)物块经过最高点D时对轨道的压力为12.5N;
(2)因传送该物块电动机对传送带多提供的能量为6J.
解析
解:(1)物块匀加速的位移x:
代入数据解得x=2m>0.9m
故物块全程匀加速
代入数据解得vA=5m/s
从A到D有:
在D点有:
代入数据解得N=12.5N,
则对轨道压力大小为12.5N,方向向上
(2)物块匀加速的时间,
物块相对皮带滑行的距离为:△x=vt-L=6×0.2-0.9=0.3m
电动机对传送带多提供的能量:,
代入数据解得△E=6J.
答:(1)物块经过最高点D时对轨道的压力为12.5N;
(2)因传送该物块电动机对传送带多提供的能量为6J.
如图所示的木板由倾斜部分和水平部分组成,两部分之间由一段圆弧面相连接.在木板的中间有位于竖直面内的光滑圆槽轨道,斜面的倾角为θ.现有10个质量均为m、半径均为r的均匀刚性球,在施加于1号球的水平外力F的作用下均静止,力F与圆槽在同一竖直面内,此时1号球球心距它在水平槽运动时的球心高度差为h.现撤去力F使小球开始运动,直到所有小球均运动到水平槽内.重力加速度为g.求:
(1)水平外力F的大小;静止时圆槽对小球1的支持力大小;
(2)1号球刚运动到水平槽时的速度;
(3)整个运动过程中,2号球对1号球所做的功.
正确答案
解:(1)以10个小球整体为研究对象,由力的平衡条件可得
Fcosθ=10mgsinθ.
得F=10mgtanθ
以1号球为研究对象,根据平衡条件得:
圆槽对小球1的支持力 N=mgcosθ+Fsinθ=mgcosθ+10mgtanθsinθ
(2)以1号球为研究对象,球1在斜面上下滑的过程,根据机械能守恒定律可得
mgh=mv2 得v=
(3)撤去水平外力F后,以10个小球整体为研究对象,利用机械能守恒定律可得
10mg(h+sinθ)=
•10mv′2;
得 v=
以1号球为研究对象,由动能定理得
mgh+W=
得2号球对1号球所做的功 W=9mgrsinθ
答:
(1)水平外力F的大小是10mgtanθ;圆槽对小球1的支持力为mgcosθ+10mgtanθsinθ.
(2)1号球刚运动到水平槽时的速度是;
(3)整个运动过程中,2号球对1号球所做的功为9mgrsinθ.
解析
解:(1)以10个小球整体为研究对象,由力的平衡条件可得
Fcosθ=10mgsinθ.
得F=10mgtanθ
以1号球为研究对象,根据平衡条件得:
圆槽对小球1的支持力 N=mgcosθ+Fsinθ=mgcosθ+10mgtanθsinθ
(2)以1号球为研究对象,球1在斜面上下滑的过程,根据机械能守恒定律可得
mgh=mv2 得v=
(3)撤去水平外力F后,以10个小球整体为研究对象,利用机械能守恒定律可得
10mg(h+sinθ)=
•10mv′2;
得 v=
以1号球为研究对象,由动能定理得
mgh+W=
得2号球对1号球所做的功 W=9mgrsinθ
答:
(1)水平外力F的大小是10mgtanθ;圆槽对小球1的支持力为mgcosθ+10mgtanθsinθ.
(2)1号球刚运动到水平槽时的速度是;
(3)整个运动过程中,2号球对1号球所做的功为9mgrsinθ.
已知恒力F使质量为m的物体在光滑的水平面上做加速运动,当物体速度由2m/s增加到4m/s,恒力F做功为12J,若物体速度由4m/s增加到6m/s,则恒力对物体做功为______.
正确答案
20J
解析
解:根据W合=-
,知
物体速度由2m/s增加到4m/s,恒力F做功为12J,即-
=12J①,
物体速度由4m/s增加到6m/s,恒力做功为W2=②
联立①②解得:W2=20J.
故答案为:20J.
质量是2g的子弹,以300m/s的速度垂直射入厚度为5cm的木板,射穿后的速度为100m/s.则子弹射穿木板过程中受到的平均阻力大小为( )
正确答案
解析
解:设子弹受到的平均阻力大小为f,由动能定理可得:-fd=,
代入数据解得:f=1600N
所以B正确,ACD错误.
故选:B.
一只下落的苹果质量为m,当速度为v时,它的动能是( )
正确答案
解析
解:由动能表达式:,可知一只下落的苹果质量为m,当速度为v时,它的动能是
,故C正确.
故选:C
如图所示,在倾角θ=37°的绝缘面所在空间存在着竖直向上的匀强电场,场强E=4.0×103N/C,在斜面底端有一与斜面垂直的绝缘弹性挡板.质量m=0.20kg 的带电滑块从斜面顶端由静止开始滑下,滑到斜面底端与挡板相碰后以碰前的速率返回.已知斜面的高度h=0.24m,滑块与斜面间的动摩擦因数μ=0.30,滑块带电荷q=-5.0×10-4C.取重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.60,cos37°=0.80.求:
(1)滑块从斜面最高点滑到斜面底端时的速度大小.
(2)滑块被挡板弹回能够沿斜面上升的最大高度.
(3)滑块从开始运动到停下来的整个过程中产生的热量Q.(计算结果保留2位有效数字)
正确答案
解:(1)滑块带负电,则受电场力竖直向下,
滑块沿斜面下滑时受到的滑动摩擦力为:f=μ(mg+qE)cos37°
设到达斜面底端时速度大小为v1,重力和电场力做正功,摩擦力做负功,支持力不做功,
根据动能定理:(mg+qE)h-f=
mv12
解得:v1=2.4m/s
(2)滑块第一次与挡板碰撞后返回的高度最大,设此高度为h1,因为滑块偏向上运动所以重力电场力摩擦力都做负功,根据动能定理:
-(mg+qE)h1-f=-
mv12
解得:h1=0.10m
(3)因为重力在斜面方向的分力大于滑块受到的摩擦力,所以滑块最终静止在斜面底端,因此重力势能和电势能减少和等于克服摩擦力做的功,即等于产生的热量:
Q=(mg+qE)h=0.96J
答:(1)滑块从斜面最高点滑到斜面底端时的速度大小为2.4m/s.
(2)沿斜面上升的最大高度为0.10m.
(3)从开始运动到停下来的整个过程中产生的热量Q为0.96J.
解析
解:(1)滑块带负电,则受电场力竖直向下,
滑块沿斜面下滑时受到的滑动摩擦力为:f=μ(mg+qE)cos37°
设到达斜面底端时速度大小为v1,重力和电场力做正功,摩擦力做负功,支持力不做功,
根据动能定理:(mg+qE)h-f=
mv12
解得:v1=2.4m/s
(2)滑块第一次与挡板碰撞后返回的高度最大,设此高度为h1,因为滑块偏向上运动所以重力电场力摩擦力都做负功,根据动能定理:
-(mg+qE)h1-f=-
mv12
解得:h1=0.10m
(3)因为重力在斜面方向的分力大于滑块受到的摩擦力,所以滑块最终静止在斜面底端,因此重力势能和电势能减少和等于克服摩擦力做的功,即等于产生的热量:
Q=(mg+qE)h=0.96J
答:(1)滑块从斜面最高点滑到斜面底端时的速度大小为2.4m/s.
(2)沿斜面上升的最大高度为0.10m.
(3)从开始运动到停下来的整个过程中产生的热量Q为0.96J.
如图所示,质量为1kg的物体在合外力作用下做直线运动的v-t图象.下列表述正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在0~ls内,根据动能定理W合=△EK=,合外力做正功.故A正确.
B、在0~2s内,根据动能定理W合=△EK=0.5J,合外力做正功.故B错误.
C、在1~2s内,根据动能定理W合=△EK=1.5J,合外力做负功.故C错误.
D、在0~3s内,根据动能定理W合=△EK,=0,合外力做功为0.故D错误.
故选:A
“头脑风暴法”是上个世纪风靡美国的一种培养学生创新思维能力的方法,某学校的一个“头脑风暴实验研究小组”,以“保护鸡蛋”为题,要求制作一个装置,让鸡蛋从高处落到地面而不被摔坏;鸡蛋要不被摔坏,直接撞击地面的速度最大不能超过1.5m/s.现有一位同学设计了如图所示的一个装置来保护鸡蛋,用A、B两块较粗糙的夹板夹住鸡蛋,鸡蛋夹放的位置离装置下端的距离为s=0.45m,A、B夹板与鸡蛋之间的摩擦力分别为鸡蛋重力的5倍,现将该装置从距地面某一高处自由下落,装置碰地后速度为0,且保持竖直状态,不计装置与地面作用时间.(g=10m/s2)
(1)如果没有保护,鸡蛋自由下落而不被摔坏的最大高度h;
(2)如果使用该装置保护,刚开始装置的末端离地面的最大高度H?(结果保留两位有效数字)
正确答案
解:(1)没有保护时,鸡蛋自由下落而不会摔坏,由动能定理得:
h==
=0.11m
(2)在装置开始下落到着地过程,对鸡蛋应用机械能守恒定律得:
在装置着地到鸡蛋撞地过程,对鸡蛋应用动能定理得:
又因为f=5mg
所以可得:H=4.2m
答:(1)如果没有保护,鸡蛋自由下落而不被摔坏的最大高度h为0.11m;
(2)如果使用该装置保护,刚开始装置的末端离地面的最大高度H为4.2m.
解析
解:(1)没有保护时,鸡蛋自由下落而不会摔坏,由动能定理得:
h==
=0.11m
(2)在装置开始下落到着地过程,对鸡蛋应用机械能守恒定律得:
在装置着地到鸡蛋撞地过程,对鸡蛋应用动能定理得:
又因为f=5mg
所以可得:H=4.2m
答:(1)如果没有保护,鸡蛋自由下落而不被摔坏的最大高度h为0.11m;
(2)如果使用该装置保护,刚开始装置的末端离地面的最大高度H为4.2m.
质量为m的物体从地面上方H高处无初速释放,落在地面后出现一个深度为h的坑,如图所示,在此过程中说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、物体的初末动能都为零,根据动能定理可知,合外力做的功等于物体动能的变化量,所以外力对物体做的总功为零,故A正确.
B、物体落至坑底时,以坑底为参考平面,重力对物体做功为mg( H+h),在此过程中物体的重力势能减少量为△Ep=mg(H+h).故B正确,C错误.
C、D、整体过程中,根据动能定理得:mg(H+h)-Fh=0;解得地面对物体的平均阻力为 F=.故D正确;
故选:ABD.
(2015秋•长兴县月考)据《每日邮报》2015年4月27日报道,英国威尔士一只100岁的宠物龟“T夫人”(Mrs T)在冬眠的时候被老鼠咬掉了两只前腿.“T夫人”的主人为它装上了一对从飞机模型上拆下来的轮胎.现在它不仅又能走路,甚至还能“跑步”了,现在的速度比原来快一倍.如图2所示,设“T夫人”质量m=1.0kg在粗糙水平台阶上静止,它与水平台阶表面的阻力简化为与体重的k倍,k=0.25,且与台阶边缘O点的距离s=5m.在台阶右侧固定了一个
圆弧挡板,圆弧半径R=5
m,今以O点为原点建立平面直角坐标系.“T夫人”通过后腿蹬地可提供F=5N的水平恒力,已知重力加速度g=10m/s2.
(1)“T夫人”为了恰好能停在O点,蹬地总距离为多少?
(2)“T夫人”为了恰好能停在O点,求运动最短时间;
(3)若“T夫人”在水平台阶上运动时,持续蹬地,过O点时停止蹬地,求“T夫人”击中挡板上的位置的坐标.
正确答案
解:(1)在水平表面运动过程中,根据动能定理得:Fx-kmgs=0
可得:x=2.5m
(2)在加速运动中,根据牛顿第二定律得:F-kmg=ma1,
可得:a1=2.5m/s2;
由x=可求得:t1=
s
而加速运动中最大速度:v=a1t1=2.5m/s
在减速运动中,有 kmg=ma2,a2=kg=2.5m/s2;
由v=a2t2得 t2=s
则T夫人在台阶表面运动的总时间:t=t1+t2=2s
(3)若在台阶表面一直施力,根据动能定理得:Fs-kmgs=
可得:v=5m/s
离开台阶后做平抛运动,有:x=vt=5t
y=
根据几何关系得:x2+y2=R2=50
解得:x=5m,y=5m
即“T夫人”击中挡板上的位置的坐标为(5m,5m)
答:(1)“T夫人”为了恰好能停在O点,蹬地总距离为2.5m.
(2)“T夫人”为了恰好能停在O点,运动最短时间是2s.
(3)“T夫人”击中挡板上的位置的坐标为(5m,5m).
解析
解:(1)在水平表面运动过程中,根据动能定理得:Fx-kmgs=0
可得:x=2.5m
(2)在加速运动中,根据牛顿第二定律得:F-kmg=ma1,
可得:a1=2.5m/s2;
由x=可求得:t1=
s
而加速运动中最大速度:v=a1t1=2.5m/s
在减速运动中,有 kmg=ma2,a2=kg=2.5m/s2;
由v=a2t2得 t2=s
则T夫人在台阶表面运动的总时间:t=t1+t2=2s
(3)若在台阶表面一直施力,根据动能定理得:Fs-kmgs=
可得:v=5m/s
离开台阶后做平抛运动,有:x=vt=5t
y=
根据几何关系得:x2+y2=R2=50
解得:x=5m,y=5m
即“T夫人”击中挡板上的位置的坐标为(5m,5m)
答:(1)“T夫人”为了恰好能停在O点,蹬地总距离为2.5m.
(2)“T夫人”为了恰好能停在O点,运动最短时间是2s.
(3)“T夫人”击中挡板上的位置的坐标为(5m,5m).
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