- 动能
- 共2155题
如图中,运动员把质量是m=500g的足球踢出后,已知球上升的最大高度是h=5m,到达最高点的速度为V1=10m/s,(取g=10m/s2),求
(1)球刚被踢出时的动能
(2)运动员踢球时对足球做的功.
正确答案
解:(1)以地面为重力势能参考面,踢出时足球的机械能等于动能:Ek0,
在最高点,重力势能:Ep1=mgh=0.5×10×5J=25J
动能:Ek1==
J=25J
踢出后机械能守恒,所以:Ek0=Ek1+Ep1=25J+25J=50J
(2)由动能定理可知,踢球时运动员对足球做的功:W=Ek0=50J
答:(1)球刚被踢出时的动能为50J;
(2)运动员踢球时对足球做的功为50J.
解析
解:(1)以地面为重力势能参考面,踢出时足球的机械能等于动能:Ek0,
在最高点,重力势能:Ep1=mgh=0.5×10×5J=25J
动能:Ek1==
J=25J
踢出后机械能守恒,所以:Ek0=Ek1+Ep1=25J+25J=50J
(2)由动能定理可知,踢球时运动员对足球做的功:W=Ek0=50J
答:(1)球刚被踢出时的动能为50J;
(2)运动员踢球时对足球做的功为50J.
如图所示,一半径为R的光滑圆弧轨道与水平面相切,一小球与圆弧轨道的底端相距为x,现给小球一初速度,它恰能通过圆轨道的最高点,已知小球与水平面的动摩擦因数为μ,求小球初速度的大小.
正确答案
解:小球恰能通过圆轨道的最高点,故:
mg=m
解得:
v=
从开始到最高点过程,根据动能定理,有:
-mg(2R)-μmgx=
解得:
v0=
答:小球初速度的大小为.
解析
解:小球恰能通过圆轨道的最高点,故:
mg=m
解得:
v=
从开始到最高点过程,根据动能定理,有:
-mg(2R)-μmgx=
解得:
v0=
答:小球初速度的大小为.
如图甲所示为某工厂将生产工件装车的流水线原理示意图.AB段是一光滑曲面,A距离水平段BC的高为H=1.25m,水平段BC使用水平传送带装置传送工件,已知BC长L=3m,传送带与工件(可视为质点)间的动摩擦因数为μ=0.4,皮带轮的半径为R=0.1m,其上部距车厢底面的高度h=0.45m.设质量m=1kg的工件由静止开始从A点下滑,经过B点的拐角处无机械能损失.通过调整皮带轮(不打滑)的转动角速度ω可使工件经C点抛出后落在固定车厢中的不同位置,取g=10m/s2.
(1)当皮带轮静止时,工件运动到点C时的速度为多大?
(2)皮带轮以ω1=20rad/s逆时针方向匀速转动,在工件运动到C点的过程中因摩擦而产生的内能为多少?
(3)设工件在固定车厢底部的落点到C点的水平距离为s,试在图乙中定量画出s随皮带轮角速度ω变化关系的s-ω图象.(规定皮带轮顺时针方向转动时ω取正值,该问不需要写出计算过程)
正确答案
解:(1)当皮带轮静止时,工件从A到C过程,由动能定理有:
mgH-μmgL=mvC2-0
代入数值解得:vC=1m/s
(2)对工件从A至B过程,由动能定理得:
mgH=mvB2-0
代入数值解得:vB==5m/s
当皮带轮以ω1=20rad/s逆时针方向匀速转动时,工件从B至C的过程中一直做匀减速运动,
由牛顿第二定律,则有:μmg=ma
设速度减至vC历时为t,则vB-vC=at
工件对地位移:s工=L
皮带轮速度:v1=Rω1=2m/s
传送带对地位移:s带=v1t
工件相对传送带的位移:s相=s工-s带
由功能关系可知:因摩擦而产生的内能:Q摩=μmgs相
解得:Q摩=20J
(3)水平距离s随皮带轮角速度ω变化关系的s-ω图象如图所示
答:(1)当皮带轮静止时,工件运动到点C时的速度为1m/s;
(2)在工件运动到C点的过程中因摩擦而产生的内能为20J;
(3)在图乙中定量画出s随皮带轮角速度ω变化关系的s-ω图象,如上图所示.
解析
解:(1)当皮带轮静止时,工件从A到C过程,由动能定理有:
mgH-μmgL=mvC2-0
代入数值解得:vC=1m/s
(2)对工件从A至B过程,由动能定理得:
mgH=mvB2-0
代入数值解得:vB==5m/s
当皮带轮以ω1=20rad/s逆时针方向匀速转动时,工件从B至C的过程中一直做匀减速运动,
由牛顿第二定律,则有:μmg=ma
设速度减至vC历时为t,则vB-vC=at
工件对地位移:s工=L
皮带轮速度:v1=Rω1=2m/s
传送带对地位移:s带=v1t
工件相对传送带的位移:s相=s工-s带
由功能关系可知:因摩擦而产生的内能:Q摩=μmgs相
解得:Q摩=20J
(3)水平距离s随皮带轮角速度ω变化关系的s-ω图象如图所示
答:(1)当皮带轮静止时,工件运动到点C时的速度为1m/s;
(2)在工件运动到C点的过程中因摩擦而产生的内能为20J;
(3)在图乙中定量画出s随皮带轮角速度ω变化关系的s-ω图象,如上图所示.
飞机研发离不开各种风洞试验.某次风洞试验简化模型如图所示:在足够大的光滑水平面上,质量m=10kg的试验物块放置在x轴上的A位置(-L,0).物块用一长度为L=2m的轻质不可伸长的细线拴接,细线固定于水平面上坐标系xOy的原点O.现风洞能沿+x方向持续且均匀产生足够的风力使试验物块受到恒定水平作用力F=100N.在t=0时刻由弹射装置使试验物块获得v0=2m/s的瞬时速度,试验物块运动时可视为质点.试计算:
(1)细线刚拉直时物块的位置坐标值;
(2)拉直前的瞬时,试验物块速度的大小和它与x轴的夹角θ.
(3)物块再次经过x轴时速度V2和此时绳的拉力T.
正确答案
解:(1)在线未拉直之前,试验物块沿+x方向做初速度为零的匀加速直线运动,加速度为ax==
=10m/s2
沿+y方向做速度为v0的匀速直线运动;
当试验物块相对于O的位移大小达到线的长度L时,细线将被拉直.设此时物块的位置坐标为B(xB,yB),则:
xB+L=at2
yB=v0t
细线被拉直时有:L2=xB2+yB2
即(5t2-2)2+(2t)2=22
解得:t=0.8s
所以:xB=1.2m,yB=1.6m
(2)vx=at=8m/s,vy=v0=2m/s
所以v=2m/s
tanθ==
所以θ=arctan
(3)绳拉直瞬间,由几何关系可知绳与竖直方向夹角θ=370,绳拉直过程物块沿绳方向速度损失掉,此时物块速度 v1=vxcosθ-vysinθ=5.2m/s
从此位置至再次到达x轴由动能定理:
FL(1-sinθ)=,得 v2=
m/s
由向心力公式得 T-F=m,得 T=315N
答:
(1)细线刚拉直时物块的位置坐标值为(1.2m,1.6m);
(2)拉直前的瞬时,试验物块速度的大小为2m/s,它与x轴的夹角θ是arctan.
(3)物块再次经过x轴时速度v2是m/s,此时绳的拉力T是315N.
解析
解:(1)在线未拉直之前,试验物块沿+x方向做初速度为零的匀加速直线运动,加速度为ax==
=10m/s2
沿+y方向做速度为v0的匀速直线运动;
当试验物块相对于O的位移大小达到线的长度L时,细线将被拉直.设此时物块的位置坐标为B(xB,yB),则:
xB+L=at2
yB=v0t
细线被拉直时有:L2=xB2+yB2
即(5t2-2)2+(2t)2=22
解得:t=0.8s
所以:xB=1.2m,yB=1.6m
(2)vx=at=8m/s,vy=v0=2m/s
所以v=2m/s
tanθ==
所以θ=arctan
(3)绳拉直瞬间,由几何关系可知绳与竖直方向夹角θ=370,绳拉直过程物块沿绳方向速度损失掉,此时物块速度 v1=vxcosθ-vysinθ=5.2m/s
从此位置至再次到达x轴由动能定理:
FL(1-sinθ)=,得 v2=
m/s
由向心力公式得 T-F=m,得 T=315N
答:
(1)细线刚拉直时物块的位置坐标值为(1.2m,1.6m);
(2)拉直前的瞬时,试验物块速度的大小为2m/s,它与x轴的夹角θ是arctan.
(3)物块再次经过x轴时速度v2是m/s,此时绳的拉力T是315N.
如图,在高h=0.8m的光滑平台上有一个光滑圆弧槽,槽口水平,一小球从槽上高度H=1.25m处无初速度释放,求:
(1)小球从槽口飞离时的速度大小;
(2)小球从槽口飞离到落地所经历的时间;
(3)落地点与槽口的水平距离.
正确答案
解:(1)小球在圆弧槽上运动过程机械能守恒,
由机械能守恒定律得:mg(H-h)=mv2,
代入数据解得:v==
=3m/s;
(2)小球离开槽口后做平抛运动,
竖直方向:h=gt2,代入数据解得:t=
=
=0.4s;
(3)小球做平抛运动,在水平方向:
x=vt=3×0.4=1.2m;
答:(1)小球从槽口飞离时的速度大小为3m/s;
(2)小球从槽口飞离到落地所经历的时间为0.4s;
(3)落地点与槽口的水平距离为1.2m.
解析
解:(1)小球在圆弧槽上运动过程机械能守恒,
由机械能守恒定律得:mg(H-h)=mv2,
代入数据解得:v==
=3m/s;
(2)小球离开槽口后做平抛运动,
竖直方向:h=gt2,代入数据解得:t=
=
=0.4s;
(3)小球做平抛运动,在水平方向:
x=vt=3×0.4=1.2m;
答:(1)小球从槽口飞离时的速度大小为3m/s;
(2)小球从槽口飞离到落地所经历的时间为0.4s;
(3)落地点与槽口的水平距离为1.2m.
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