- 动能
- 共2155题
如图甲所示,质量m=1kg的小球放在光滑水平面上,在分界线MN的左方始终受到水平恒力F1的作用,在MN的右方除受F1外还受到与F1在同一条直线上的水平恒力F2的作用.小球从A点由静止开始运动,在O〜5s内运动的v-t图象如图乙所示
(1)求F1与F2的比值(用动能定理求解)
(2)在t=2s时,恒力F2的功率.
正确答案
解:(1)由图可知,在0-1s内,小球的位移:=3m
在1s-2.5s内,小球位移:=4.5m
由动能定理得:
故F1x1=(F2-F1)x2
故:F1:F2=3:5
(2)t=2.0s时,小球速度的大小为v=2m/s,恒力F2的功率P=F2v=10×2W=20W
答:(1)F1与F2的比值为3:5
(2)在t=2s时,恒力F2的功率为20W.
解析
解:(1)由图可知,在0-1s内,小球的位移:=3m
在1s-2.5s内,小球位移:=4.5m
由动能定理得:
故F1x1=(F2-F1)x2
故:F1:F2=3:5
(2)t=2.0s时,小球速度的大小为v=2m/s,恒力F2的功率P=F2v=10×2W=20W
答:(1)F1与F2的比值为3:5
(2)在t=2s时,恒力F2的功率为20W.
关于动能和动能的改变下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、动能不变的物体,速度大小不变,但方向可以改变,如匀速圆周运动,有向心加速度,处于非平衡状态,故A错误;
B、动能大小与合外力大小无关,故B错误;
C、根据动能定理,合外力做功等于动能的变化;故合外力做的功越多,动能的改变就越大;故C正确;
D、动能Ek=,速度大的物体质量不一定大,故动能不一定大,故D错误;
故选:C.
如图所示,有一高台离地面的高度h=5.0m,运动员驾驶摩托车以v0=15m/s的初速度冲上高台后,以v1=10m/s的速度水平飞出.摩托车从坡底冲上高台过程中,历时t=10s,发动机的功率恒为P=1.5×103W,人和车(可视为质点)的总质量m=2.0×102kg.不计空气阻力,求:
(1)摩托车的落地点到高台边缘的水平距离;
(2)摩托车落地时的速度大小;
(3)摩托车冲上高台过程中克服摩擦阻力所做的功.
正确答案
解:(1)摩托车离开高台做平抛运动,则
竖直方向有:h=gt′2;
水平方向有:s=v1t′
联立求出:水平距离 s=v1=10×
m=10m
(2)设摩托车落地时的速度为v,根据机械能守恒定律得
mgh+=
mv2;
则得 v==
=10
m/s
(3)摩托车冲上高台的过程中,根据动能定理得
Pt-mgh-W=mv12-
mv02;
则得 W=Pt-mgh-mv12+
mv02;
代入数据解得,W=1.75×104J
答:
(1)摩托车的落地点到高台的水平距离是10m;
(2)摩托车落地时速度的大小是10m/s;
(3)摩托车冲上高台过程中克服摩擦阻力所做的功是1.75×104J.
解析
解:(1)摩托车离开高台做平抛运动,则
竖直方向有:h=gt′2;
水平方向有:s=v1t′
联立求出:水平距离 s=v1=10×
m=10m
(2)设摩托车落地时的速度为v,根据机械能守恒定律得
mgh+=
mv2;
则得 v==
=10
m/s
(3)摩托车冲上高台的过程中,根据动能定理得
Pt-mgh-W=mv12-
mv02;
则得 W=Pt-mgh-mv12+
mv02;
代入数据解得,W=1.75×104J
答:
(1)摩托车的落地点到高台的水平距离是10m;
(2)摩托车落地时速度的大小是10m/s;
(3)摩托车冲上高台过程中克服摩擦阻力所做的功是1.75×104J.
如图所示,水平轨道PAB与四分之一圆弧轨道BC相切于B点,其中,PA段光滑,AB段粗糙,动摩擦因数μ=0.1,AB段长度L=2m,BC段光滑,半径R=1m.轻质弹簧劲度系数k=200N/m,左端固定于P点,右端处于自由状态时位于A点.现用力推质量m=2kg的小滑块,使其缓慢压缩弹簧(即推力做功全部转化为弹簧的弹性势能),当推力做功W=20J时撤去推力.重力加速度取g=10m/s2.
(1)求滑块第一次到达圆弧轨道最低点B时的速度;
(2)判断滑块能否越过C点,如果能,求出滑块到达C点的速度vc;如果不能,求出滑块能达到的最大高度h.
(3)求滑块最终停止时距A点的距离.
正确答案
解:(1)AB过程,动能定理可得:
即:20-0.1×2×10=×2×
解得:=4m/s
(2)设他在C点速度为0,则有:
即:-mgh=-
解得:h=m=0.8m<R
不能越过C点
(3)全过程摩擦力做的功为:
W=μmgs,
所以与:s==10m,
所以正好停在B点,距离A点2m.
答:(1)滑块第一次到达圆弧轨道最低点B时的速度为4m/s;
(2)滑块不能越过C点,如果不能,求出滑块能达到的最大高度h为0.8m.
(3)滑块最终停止时距A点的距离为2m.
解析
解:(1)AB过程,动能定理可得:
即:20-0.1×2×10=×2×
解得:=4m/s
(2)设他在C点速度为0,则有:
即:-mgh=-
解得:h=m=0.8m<R
不能越过C点
(3)全过程摩擦力做的功为:
W=μmgs,
所以与:s==10m,
所以正好停在B点,距离A点2m.
答:(1)滑块第一次到达圆弧轨道最低点B时的速度为4m/s;
(2)滑块不能越过C点,如果不能,求出滑块能达到的最大高度h为0.8m.
(3)滑块最终停止时距A点的距离为2m.
如图所示,倾角θ=30°的光滑斜面上MN底端固定一轻弹簧,轻弹簧的上端与滑块A固定连接,弹簧劲度系数k=100N/m,A静止且距斜面顶端N点相距x=0.10m.另一小滑块B在N点以加速度v0=5
m/s沿斜面向下运动,A、B碰撞后具有相同速度但不粘连.B与A分离后,B恰水平进入停放在光滑水平地面上的小车最左端,小车右端与墙壁足够远,小车上表面与半圆轨道最低点P的切线水平,小车与墙壁碰撞时即被粘在墙壁上.已知水平地面和半圆轨道面均光滑,滑块A、B可视为质点且质量均为m=2kg,被A压缩时弹簧存储的弹性势能Ep=0.5J,小车质量M=1kg,长L=1.0m,滑块B与小车上表面间的动摩擦因数μ=0.2,g取10m/s2.求:
(1)滑块B与A碰撞结束瞬间的速度;
(2)小车与墙壁碰撞前瞬间的速度;
(3)为使滑块B能沿圆轨道运动而不脱离圆轨道,对轨道半径R有何要求?
正确答案
解:(1)从释放B到与A碰撞前的过程,由动能定理得:
mgxsinθ+mv02=+
mv12,
代入数据解得:v1=m/s,
A、B碰撞过程动量守恒,以A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv1=(m+m)v2,
代入数据解得:v2=m/s;
(2)开始时A处于平衡状态,由平衡条件得:
mgsinθ=kx0,
代入数据解得:x0=0.1m,
已知x=0.1m,弹簧恢复原长时,上端的位置恰好在N点,B、A碰撞后,弹簧恢复原长时,A、B在N点分离,
从A、B碰撞后到即将分离过程中,由能量守恒定律得:
Ep=2mgx0sinθ+•2mv32-
•2mv22,
代入数据解得:v3=2m/s,
此后B从斜面飞出,做斜抛运动直至运动到最高点,它落入小车的最左端的速度:
v3x=v3cosθ,
代入数据解得:v3x=3m/s,
滑块与小车组成的系统动量守恒,以滑块的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv3x=(m+M)v4,
代入数据解得:v4=2m/s,
滑块与小车组成的系统,由能量守恒定律得:
μmgL1=mv3x2-
(m+M)v42,
代入数据解得:L1=0.75m<L=1m,
小车与墙壁碰撞时的速度为v4=2m/s;
(3)小车与墙壁碰撞后,滑块在小车上做匀减速运动,
位移:L2=L-L1=1-0.75=0.25m,
假设滑块恰好能滑过圆的最高点,设速度为v,
由牛顿第二定律得:mg=m,
由动能定理得:-μmgL2-mg•2R=mv2-
mv42,
代入数据解得:R=0.06m,
如果滑块恰好滑至圆弧到达T点时的速度为0,
则滑块也能沿圆轨道运动而不脱离圆轨道,
由动能定理得:-μmgL2-mgR=0-mv42,
代入数据解得:R=0.15m,
综上所述,滑块能沿圆轨道运动而不脱离圆轨道,半径需要满足的条件是:
R≤0.06m或R≥0.15m;
答:(1)滑块B与A碰撞结束瞬间的速度为m/s;
(2)小车与墙壁碰撞前瞬间的速度为2m/s;
(3)为使滑块B能沿圆轨道运动而不脱离圆轨道,半径需要满足的条件是:R≤0.06m或R≥0.15m.
解析
解:(1)从释放B到与A碰撞前的过程,由动能定理得:
mgxsinθ+mv02=+
mv12,
代入数据解得:v1=m/s,
A、B碰撞过程动量守恒,以A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv1=(m+m)v2,
代入数据解得:v2=m/s;
(2)开始时A处于平衡状态,由平衡条件得:
mgsinθ=kx0,
代入数据解得:x0=0.1m,
已知x=0.1m,弹簧恢复原长时,上端的位置恰好在N点,B、A碰撞后,弹簧恢复原长时,A、B在N点分离,
从A、B碰撞后到即将分离过程中,由能量守恒定律得:
Ep=2mgx0sinθ+•2mv32-
•2mv22,
代入数据解得:v3=2m/s,
此后B从斜面飞出,做斜抛运动直至运动到最高点,它落入小车的最左端的速度:
v3x=v3cosθ,
代入数据解得:v3x=3m/s,
滑块与小车组成的系统动量守恒,以滑块的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv3x=(m+M)v4,
代入数据解得:v4=2m/s,
滑块与小车组成的系统,由能量守恒定律得:
μmgL1=mv3x2-
(m+M)v42,
代入数据解得:L1=0.75m<L=1m,
小车与墙壁碰撞时的速度为v4=2m/s;
(3)小车与墙壁碰撞后,滑块在小车上做匀减速运动,
位移:L2=L-L1=1-0.75=0.25m,
假设滑块恰好能滑过圆的最高点,设速度为v,
由牛顿第二定律得:mg=m,
由动能定理得:-μmgL2-mg•2R=mv2-
mv42,
代入数据解得:R=0.06m,
如果滑块恰好滑至圆弧到达T点时的速度为0,
则滑块也能沿圆轨道运动而不脱离圆轨道,
由动能定理得:-μmgL2-mgR=0-mv42,
代入数据解得:R=0.15m,
综上所述,滑块能沿圆轨道运动而不脱离圆轨道,半径需要满足的条件是:
R≤0.06m或R≥0.15m;
答:(1)滑块B与A碰撞结束瞬间的速度为m/s;
(2)小车与墙壁碰撞前瞬间的速度为2m/s;
(3)为使滑块B能沿圆轨道运动而不脱离圆轨道,半径需要满足的条件是:R≤0.06m或R≥0.15m.
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