- 动能
- 共2155题
如图所示,从 A点以v0的水平速度抛出一质量m=1kg的小物块(可视为质点),当小物块运动至B点时,恰好沿切线方向进入固定的光滑圆弧轨道BC,圆弧轨道BC的圆心角α=37°经圆孤轨道后滑上与C点等高、静止在粗糙水平面的长木板上,圆弧轨道C端切线水平.已知长木板的质量M=4kg,A、B两点距C点的高度分别为H=0.6m、h=0.15m,小物块与长木板之间的动摩擦因数μ1=0.5,长木板与地面间的动摩擦因数μ2=0.2,Cos37°=0.8,sin37°=0.6,g=10m/s2.求:
(1)小物块水平抛出时,初速度v0的大小;
(2)小物块滑动至C点时,对圆弧轨道C点的压力大小;
(3)长木板至少为多长,才能保证小物块不滑出长木板?
正确答案
解:
(1)设小物块做平抛运动的时间为t,则有:
H-h=gt2
设小物块到达B点时竖直分速度为vy:vy=gt,
由以上两式解得:vy=3 m/s
由题意,速度方向与水平面的夹角为37°,tan 37°=,解得v0=4 m/s
则小物块运动到B点时的速度
v1==5 m/s
(2)设小物块到达C点时速度为v2,从B至C点,由动能定理得
设C点受到的支持力为FN,则有
FN-mg=(1分)
由几何关系得Cosθ=
由上式可得R=0.75m,v2=2 m/s,FN=47.3 N
根据牛顿第三定律可知,小物块对圆弧轨道C点的压力大小为47.3 N
(3)由题意可知小物块对长木板的摩擦力Ff1=μ1mg=5 N
长木板与地面间的最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力
Ff′2=μ2(M+m)g=10 N
因Ff1<Ff′2,所以小物块在长木板上滑动时,长木板静止不动
设小物块在长木板上做匀减速运动,至长木板最右端时速度刚好为0
则长木板长度为l==2.8 m
所以长木板至少为2.8 m,才能保证小物块不滑出长木板.
答:(1)小物块水平抛出时,初速度v0的大小5 m/s;
(2)小物块滑动至C点时,对圆弧轨道C点的压力大小47.3 N;
(3)长木板至少为2.8 m,才能保证小物块不滑出长木板
解析
解:
(1)设小物块做平抛运动的时间为t,则有:
H-h=gt2
设小物块到达B点时竖直分速度为vy:vy=gt,
由以上两式解得:vy=3 m/s
由题意,速度方向与水平面的夹角为37°,tan 37°=,解得v0=4 m/s
则小物块运动到B点时的速度
v1==5 m/s
(2)设小物块到达C点时速度为v2,从B至C点,由动能定理得
设C点受到的支持力为FN,则有
FN-mg=(1分)
由几何关系得Cosθ=
由上式可得R=0.75m,v2=2 m/s,FN=47.3 N
根据牛顿第三定律可知,小物块对圆弧轨道C点的压力大小为47.3 N
(3)由题意可知小物块对长木板的摩擦力Ff1=μ1mg=5 N
长木板与地面间的最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力
Ff′2=μ2(M+m)g=10 N
因Ff1<Ff′2,所以小物块在长木板上滑动时,长木板静止不动
设小物块在长木板上做匀减速运动,至长木板最右端时速度刚好为0
则长木板长度为l==2.8 m
所以长木板至少为2.8 m,才能保证小物块不滑出长木板.
答:(1)小物块水平抛出时,初速度v0的大小5 m/s;
(2)小物块滑动至C点时,对圆弧轨道C点的压力大小47.3 N;
(3)长木板至少为2.8 m,才能保证小物块不滑出长木板
水平面上的一个质量为m的物体,在一水平恒力F作用下,由静止开始做匀加速直线运动,通过一段位移s后撤去恒力F的作用,又通过位移2s后物体停了下来,则物体受到的阻力大小应是( )
正确答案
解析
解,在整个过程中,对问题,由动能定理得:
Fs-f(s+2s)=0-0,解得:f=;
故选:A.
如图,传送带与水平面之间的夹角为θ=30°,其上A、B两点间的距离为L=10m,传送带在电动机的带动下以v=5m/s的速度匀速运动,现将一质量为m=10kg的小物体(可视为质点)轻放在传送带的A点,已知小物体与传送带之间的动摩擦因数μ=
,在传送带将小物体从A点传送到B点的过程中,求:(g=10m/s2)
(1)小物体运动到B点需要多少时间?
(2)传送带对小物体做的功
(3)与没有放小物体相比,在小物体从A到B的过程中,电动机多做多少功?
正确答案
解:(1)根据牛顿第二定律得:μmgcosθ-mgsinθ=ma
代入数据解得:a=2.5m/s2
当小物块的速度为5m/s时,小物块在传送带上运动的位移为:
x==
=5m<L=10m,
时间为:t1==2s,
小物块匀速运动时间为:t2==
=1s,
则总时间为:t=t1+t2=2+1=3s;
(2)由能量守恒定律得:W=mv2+mgLsin30°,
代入数据解得:W=625J;
(3)电动机做功使物块的机械能增加,设物块与传送带间因摩擦产生的热量为Q,由(1)知小物块与传送带之间的相对位移为:x=5m,
摩擦生热为:Q=Ffx=μmgxcosθ,
代入数据解得:Q=375J
故电动机做的功为:W总=W+Q=625+375=1000J;
答:(1)物体运动的总时间t为3;
(2)传送带对小物块做的功W为625J;
(3)电动机因传送物体多做的功为1000J.
解析
解:(1)根据牛顿第二定律得:μmgcosθ-mgsinθ=ma
代入数据解得:a=2.5m/s2
当小物块的速度为5m/s时,小物块在传送带上运动的位移为:
x==
=5m<L=10m,
时间为:t1==2s,
小物块匀速运动时间为:t2==
=1s,
则总时间为:t=t1+t2=2+1=3s;
(2)由能量守恒定律得:W=mv2+mgLsin30°,
代入数据解得:W=625J;
(3)电动机做功使物块的机械能增加,设物块与传送带间因摩擦产生的热量为Q,由(1)知小物块与传送带之间的相对位移为:x=5m,
摩擦生热为:Q=Ffx=μmgxcosθ,
代入数据解得:Q=375J
故电动机做的功为:W总=W+Q=625+375=1000J;
答:(1)物体运动的总时间t为3;
(2)传送带对小物块做的功W为625J;
(3)电动机因传送物体多做的功为1000J.
如图甲所示,一小滑块从斜面上的A点由静止释放,经过时间4t0到达B处,在5t0时刻滑块运动到水平面的C点停止,滑块与斜面和水平面间的动摩擦因数相同.已知滑块在运动过程中与接触面间的摩擦力大小与时间的关系如图所示,设滑块运动到B点前后速率不变,重力加速度g=10m/s2.
求:
(1)斜面的倾角θ;
(2)小滑块的质量和接触面的动摩擦因数.
正确答案
解:(1)由图乙可得:f2=μmg=5N,f1=μmgcosθ=4N,所以:=cosθ=
得:θ=37°.
(2)物体在斜面上运动的过程中:a1•4t0=v,①
mgsinθ-μmgcosθ=ma1 ②
在水平面上运动的过程中:ma2=μmg,③
v=a2t0④
由②:④得:=
⑤
联立①③⑤,得:mgsinθ=N,μ=
故小滑块的质量 m==
kg=8.75kg
答:
(1)斜面的倾角θ是37°;
(2)小滑块的质量是8.75N,接触面的动摩擦因数是.
解析
解:(1)由图乙可得:f2=μmg=5N,f1=μmgcosθ=4N,所以:=cosθ=
得:θ=37°.
(2)物体在斜面上运动的过程中:a1•4t0=v,①
mgsinθ-μmgcosθ=ma1 ②
在水平面上运动的过程中:ma2=μmg,③
v=a2t0④
由②:④得:=
⑤
联立①③⑤,得:mgsinθ=N,μ=
故小滑块的质量 m==
kg=8.75kg
答:
(1)斜面的倾角θ是37°;
(2)小滑块的质量是8.75N,接触面的动摩擦因数是.
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:A、B、物体沿斜面下滑,只有重力做功,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,速度方向不同,到达斜面底端时的动能相同,故A错误,B正确;
C、D、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
s==
at2 ③
由①②③三式,解得
t=
即斜面的坡角越大,下滑的越短,所以沿AB面运动时间长,故C错误,D正确;
故选:BD.
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