- 机械能守恒定律
- 共29368题
如图所示,一块质量为M、长为l的匀质板放在很长的光滑水平桌面上,板的左端有一质量为m的物块,物块上连接一根很长的细绳,细绳跨过位于桌面边缘的定滑轮,某人以恒定的速度υ向下拉绳,物块最多只能到达板的中点,而且此时板的右端尚未到达桌边定滑轮.求:
(1)物块与板的动摩擦因数及物块刚到达板的中点时板的位移;
(2)若板与桌面间有摩擦,为使物块能达到板的右端,板与桌面的动摩擦因数的范围;
(3)若板与桌面间的动摩擦因数取(2)问中的最小值,在物块从板的左端运动到右端的过程中,人拉绳的力所做的功(其他阻力均不计)
正确答案
解:(1)设物块在板上滑行的时间为t1,
由 v=at1∴
①
设在此过程中物块前进位移为S1,板前进位移为S2,
则S1=v•t1②③
④
由①②③④得:;
;
故物块与板间的摩擦因数为,物块到达板的中点时,板的位移
.
(2)设板与桌面间摩擦因数为μ2,物块在板上滑行的时间为t2,
对木板,解得:
,
又设物块从板的左端运动到右端的时间为t3则,
,
为了使物块能到达板的右端,必须满足t2≥t3即,
所以为了使物块能到达板的右端,板与桌面间的摩擦因数;
(3)设绳子的拉力为T,物块从板的左端到达右端的过程中物块的位移为S3,
则有T-μ1mg=0,S3=v•t3=2l,
所以由功的计算公式得:,
所以在物块从板的左端到达板的右端的过程中,绳的拉力做功为2Mv2.
(或W=△EK+△E+W=)
答:(1)物块与板的动摩擦因数;物块刚到达板的中点时板的位移
;
(2)若板与桌面间有摩擦,为使物块能达到板的右端,板与桌面的动摩擦因数的范围为;
(3)若板与桌面间的动摩擦因数取(2)问中的最小值,在物块从板的左端运动到右端的过程中,人拉绳的力所做的功为2Mv2.
解析
解:(1)设物块在板上滑行的时间为t1,
由 v=at1∴
①
设在此过程中物块前进位移为S1,板前进位移为S2,
则S1=v•t1②③
④
由①②③④得:;
;
故物块与板间的摩擦因数为,物块到达板的中点时,板的位移
.
(2)设板与桌面间摩擦因数为μ2,物块在板上滑行的时间为t2,
对木板,解得:
,
又设物块从板的左端运动到右端的时间为t3则,
,
为了使物块能到达板的右端,必须满足t2≥t3即,
所以为了使物块能到达板的右端,板与桌面间的摩擦因数;
(3)设绳子的拉力为T,物块从板的左端到达右端的过程中物块的位移为S3,
则有T-μ1mg=0,S3=v•t3=2l,
所以由功的计算公式得:,
所以在物块从板的左端到达板的右端的过程中,绳的拉力做功为2Mv2.
(或W=△EK+△E+W=)
答:(1)物块与板的动摩擦因数;物块刚到达板的中点时板的位移
;
(2)若板与桌面间有摩擦,为使物块能达到板的右端,板与桌面的动摩擦因数的范围为;
(3)若板与桌面间的动摩擦因数取(2)问中的最小值,在物块从板的左端运动到右端的过程中,人拉绳的力所做的功为2Mv2.
如图所示,带挡板的斜劈固定不动且上表面粗糙,轻弹簧的一端固定在挡板上,另一端与滑块不栓接,现将滑块沿斜面向上压缩弹簧至一定距离.由静止释放滑块,斜面足够长,通过传感器测出滑块的速度和位移,可作出其动能与位移的关系图象(Ek-x图)如下,则可能正确的是( )
正确答案
解析
解:根据动能定理知,F合x=Ek-0,则,知图线的斜率表示合力的大小.
A、开始物体在斜面方向上受到重力的分力、弹簧的弹力和摩擦力,加速度方向向下,向下运动的过程中,弹力减小,合力减小,加速度减小,当弹力和重力的分力等于摩擦力时,速度最大,然后加速度沿斜面向上,向下做减速运动,加速度增大,离开弹簧后做匀减速运动.故A正确.
B、图线的斜率的绝对值先减小后增大,知合力减小后增大,开始重力的分力和弹簧的弹力的合力大于摩擦力,先向下做加速度减小的加速运动,合力为零时,速度最大,然后做加速度增大的减速运动,知摩擦力大于重力的分力和弹簧的弹力,所以滑块最终不可能做匀速直线运动.故B错误.
C、图线的斜率先减小后不变,知合力先减小后不变,开始重力的分力和弹簧的弹力的合力大于摩擦力,先向下做加速度减小的加速运动,弹力为零时,由于重力的分力大于摩擦力,所以继续向下做匀加速直线运动.故C正确.
D、图线的斜率先减小后不变,知合力先减小后变为零不变,知重力的分力和弹簧的弹力的合力大于摩擦力,先向下做加速度减小的加速运动,当弹力为零时,重力沿斜面的分力和摩擦力相等,然后做匀速直线运动.故D正确.
故选:ACD.
物体质量为m,在水平力F的作用下,由静止沿着水平的方向移动位移s,获得速度为v,摩擦阻力为f,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、物体在水平方向上所受合外力为F合=F-f,则合外力做功:W合=F合s=(F-f)s,故A错误;
B、物体动能的增加量等于合外力做功W合,故B错误;
C、物体克服摩擦力做功:Wf=fs,故C正确;
D、物体由静止开始运动,动能增加,故D错误;
故选:C.
一位质量为m的运动员从下蹲状态向上起跳,重心升高h后,身体伸直并刚好离开地面,速度为v,在此过程中( )
正确答案
解析
解:由题意可知,从该同学用力蹬地到刚离开地面的起跳过程中,
根据动能定理可得:WF-mgh=;因此WF=mgh+
,故C正确;
故选:C
如图所示,半径为R的半圆弧槽固定在水平地面上,质量为m的小球以某速度从A点无摩擦地滚上半圆槽,小球通过最高点B后落到水平地面上的C点,已知AC=AB=2R,求:
(1)小球在A点时的速度
(2)小球在B点时半圆槽对它的弹力.
正确答案
解:(1)设小球在B点时的速度为v1.
由平抛运动规律可知:
2R=v1t
2R=gt2.
联立解得v1=
设小球在A点时的速度为v2.由机械能守恒得:
mg•2R=m
-
m
解得:v2=
(2)小球在B点时向心力方程为:FN+mg=m
解得:FN=0N.
根据牛顿第三定律知,小球对半圆槽木块的压力为0.
答:(1)小球在A点时的速度是
(2)小球在B点时半圆槽对它的弹力是0N.
解析
解:(1)设小球在B点时的速度为v1.
由平抛运动规律可知:
2R=v1t
2R=gt2.
联立解得v1=
设小球在A点时的速度为v2.由机械能守恒得:
mg•2R=m
-
m
解得:v2=
(2)小球在B点时向心力方程为:FN+mg=m
解得:FN=0N.
根据牛顿第三定律知,小球对半圆槽木块的压力为0.
答:(1)小球在A点时的速度是
(2)小球在B点时半圆槽对它的弹力是0N.
一个小物块从斜面底端冲上足够长的斜面后又返回到斜面底端,已知小物块的初动能为E,它返回到斜面底端的速度为v,克服摩擦力做功为,若小物块以2E的初动能冲上斜面,则有( )
①返回斜面底端时的动能为
②返回斜面底端时的动能为E
③返回斜面底端时的速度大小为v
④小物块两次往返克服摩擦力做功相同.
正确答案
解析
解:以初动能为E冲上斜面并返回的整个过程中运用动能定理得:mV2-E=-
设以初动能为E冲上斜面的初速度为V0,则以初动能为2E冲上斜面时,初速度V0,加速度相同,
根据2ax=V2-V02可知第二次冲上斜面的位移是第一次的两倍,
所以上升过程中克服摩擦力做功是第一次的两倍,整个上升返回过程中克服摩擦力做功是第一次的两倍,即为E,所以④错误.
以初动能为2E冲上斜面并返回的整个过程中运用动能定理得:mV′2-2E=-E,
所以返回斜面底端时的动能为E,所以②正确①错误;
由面两个方程解得:V′=V,故③正确,
故选B.
光滑水平面上静止的物体,受到一个水平拉力作用开始运动,拉力F随时间t变化的图象如图所示,用Ek、v、x、a分别表示物体的动能、速度、位移和加速度,下列四个图象分别定性描述了这些物理量随时间变化的情况,其中正确的是( )
正确答案
解析
解:由题意可知,光滑水平面上静止的物体,受到一个水平拉力作用开始运动,加速度恒定,故D错误;
则有速度v=at,可知,速度与时间成正比;故B正确;
由位移公式可知,s=,位移与时间为二次函数关系,图象应为曲线;故C错误;
而动能=
,图象也为曲线;故A错误;
故选:B
如图所示,某人乘雪橇从雪坡经A点滑至B点,接着沿水平路面滑至C点停止,人与雪橇的总质量为70kg,表中记录了沿坡滑下过程中的有关数据,请根据图表中的数据解决下列问题(g=10m/s2):
(1)人与雪橇从A到B的过程中,损失的机械能为多少?
(2)设人与雪橇在BC段所受阻力恒定,求阻力大小.
(3)人与雪橇从B到C的过程中,求阻力的平均功率.
正确答案
解:(1)从A到B的过程中,人与雪橇损失的机械能为
代入数据,解得:△E=9100J
(2)人与雪橇在BC段做减速运动,根据运动学公式可得,
减速的加速度大小
代入数据,可解得:a=2m/s2
由牛顿第二定律得
f=ma
代入数据,可解得:f=140N
(3)人与雪橇从B到C的过程中,
由功率表达式可知,
代入数据,可解得
答:(1)人与雪橇从A到B的过程中,损失的机械能为9100J;
(2)设人与雪橇在BC段所受阻力恒定,则阻力大小140N.
(3)人与雪橇从B到C的过程中,则阻力的平均功率840W.
解析
解:(1)从A到B的过程中,人与雪橇损失的机械能为
代入数据,解得:△E=9100J
(2)人与雪橇在BC段做减速运动,根据运动学公式可得,
减速的加速度大小
代入数据,可解得:a=2m/s2
由牛顿第二定律得
f=ma
代入数据,可解得:f=140N
(3)人与雪橇从B到C的过程中,
由功率表达式可知,
代入数据,可解得
答:(1)人与雪橇从A到B的过程中,损失的机械能为9100J;
(2)设人与雪橇在BC段所受阻力恒定,则阻力大小140N.
(3)人与雪橇从B到C的过程中,则阻力的平均功率840W.
如图所示,质量m=1kg的滑块(可看成质点),被压缩的弹簧弹出后在粗糙的水平桌面上滑行一段距离x=0.4m后从桌面抛出,落在水平地面上.落点到桌边的水平距离s=1.2m,桌面距地面的高度h=0.8m.滑块与桌面间的动摩擦因数μ=0.2.(取g=10m/s2,空气阻力不计)求:
(1)滑块离开桌面时时速度的大小;
(2)滑块与桌面摩擦而产生的内能.
(3)弹簧弹力对滑块所做的功.
正确答案
解:(1)滑块离开桌面后做平抛运动.竖直方向:
由h=得 t=
=
s
水平方向:v0==3m/s
(2)滑块在桌面上受到的摩擦力:f=μmg=0.2×1×10=2N
滑块克服摩擦力做的功转化为内能,即Q=W=fx=2×0.4=0.8J
(3)滑块从被压缩的弹簧弹出到离开桌面的整个运动过程中,根据动能定理:
W弹-Q=
解得:W弹=5.3J
答:(1)滑块离开桌面时时速度的大小是3m/s;(2)滑块与桌面摩擦而产生的内能是0.8J;(3)弹簧弹力对滑块所做的功是5.3J.
解析
解:(1)滑块离开桌面后做平抛运动.竖直方向:
由h=得 t=
=
s
水平方向:v0==3m/s
(2)滑块在桌面上受到的摩擦力:f=μmg=0.2×1×10=2N
滑块克服摩擦力做的功转化为内能,即Q=W=fx=2×0.4=0.8J
(3)滑块从被压缩的弹簧弹出到离开桌面的整个运动过程中,根据动能定理:
W弹-Q=
解得:W弹=5.3J
答:(1)滑块离开桌面时时速度的大小是3m/s;(2)滑块与桌面摩擦而产生的内能是0.8J;(3)弹簧弹力对滑块所做的功是5.3J.
A球的质量是B球质量的2倍,把它们竖直向上抛出,如果抛出时,人手对两球做的功相同,不考虑空气阻力,那么两球上升的最大高度之比hA:hB=______两球上升的时间之比tA:tB=______.
正确答案
1:2
1:
解析
解:对球,上升过程由动能定理得:
W-mgh=0-0,物体上升高度:h=,
两球上升的最大高度之比:
=
=
=
=
,
球做竖直上抛运动,上升时间与下降时间相等,
由位移公式得:h=gt2,运动时间t=
,
则两球上升时间之比:=
=
=
;
故答案为:1:2;1:.
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
如图甲所示,某同学用轻绳通过定滑轮提升一重物,运用传感器(未在图中画出)测得此过程中不同时刻被提升重物的速度v与对轻绳的拉力F,并描绘出v--图象.假设某次实验所得的图象如图乙所示,其中线段AB与v轴平行,它反映了被提升重物在第一个时间段内v和
的关系;线段BC的延长线过原点,它反映了被提升重物在第二个时间段内v和
的关系;第三个时间段内拉力F和速度v均为C点所对应的大小保持不变,因此图象上没有反映.实验中还测得重物由静止开始经过t=1.4s,速度增加到vC=3.0m/s,此后物体做匀速运动.取重力加速度g=10m/s2,绳重及一切摩擦和阻力均可忽略不计.试求:
(1)重物的质量及在第一个时间段内重物上升的加速度各是多大?
(2)在第二个时间段内拉力的功率多大?
(3)被提升重物在第一个时间段内和第二个时间段内通过的总路程.
正确答案
解:(1)由v-图象可知,第一时间段内重物所受拉力保持不变,且F1=6.0N
因第一时间段内重物所受拉力保持不变,所以其加速度也保持不变,设其大小为a,
根据牛顿第二定律有F1-G=ma,重物速度达到vC=3.0m/s时,受平衡力,即:G=F2=4.0N,
由此解得重物的质量为:m==0.4kg;
联立解得:a=5.0m/s2;
(2)在第二段时间内,拉力的功率保持不变,有:P=Fv=12W.
(3)设第一段时间为t1,重物在这段时间内的位移为x1,则有:
t1==
=0.4s,
x1==0.4m;
设第二段时间为t2,t2=t-t1=1.0s;重物在t2这段时间内的位移为x2,
根据动能定理有:Pt2-Gx2=mvC2-
mvB2
代入数据解得:x2=2.75 m
所以被提升重物在第一时间段内和第二时间段内通过的总路程为:x=x1+x2=3.15m
答:(1)第一个时间段内重物的加速度为5.0 m/s2;
(2)第二个时间段内牵引力的功率为12W;
(3)被提升重物在二个时间段内通过的总路程为3.15m.
解析
解:(1)由v-图象可知,第一时间段内重物所受拉力保持不变,且F1=6.0N
因第一时间段内重物所受拉力保持不变,所以其加速度也保持不变,设其大小为a,
根据牛顿第二定律有F1-G=ma,重物速度达到vC=3.0m/s时,受平衡力,即:G=F2=4.0N,
由此解得重物的质量为:m==0.4kg;
联立解得:a=5.0m/s2;
(2)在第二段时间内,拉力的功率保持不变,有:P=Fv=12W.
(3)设第一段时间为t1,重物在这段时间内的位移为x1,则有:
t1==
=0.4s,
x1==0.4m;
设第二段时间为t2,t2=t-t1=1.0s;重物在t2这段时间内的位移为x2,
根据动能定理有:Pt2-Gx2=mvC2-
mvB2
代入数据解得:x2=2.75 m
所以被提升重物在第一时间段内和第二时间段内通过的总路程为:x=x1+x2=3.15m
答:(1)第一个时间段内重物的加速度为5.0 m/s2;
(2)第二个时间段内牵引力的功率为12W;
(3)被提升重物在二个时间段内通过的总路程为3.15m.
关于速度与动能,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、速度变化可能是大小或方向变化;若只有方向发生变化时,动能可以不变;故A正确;
B、根据公式,速度相等的物体,如果质量相等,那么它们的动能也相等,故B错误;
C、动能相等的物体,根据公式,如果质量相等那么它们的速度大小相等,但方向可以不同,故速度不一定相同,故C错误;
D、根据公式,动能大的物体速度不一定大,还要看质量情况,故D错误;
故选:A.
如图所示,质量为0.2Kg的物体带电量为+4×10-4C,从半径为0.3m的光滑的
圆弧的绝缘滑轨上端静止下滑到底端,然后继续沿水平面滑动.物体与水平面间的滑动摩擦系数为0.4,整个装置处于E=103N/C的匀强电场中,求下列两种情况下物体在水平面上滑行的最大距离:
(1)E水平向左;
(2)E竖直向下.
正确答案
解:(1)当E水平向左时:
初速度和末速度都为0,由动能定理得:外力做的总功为0
即mgR-Ffx-qE(R+x)=0
其中Ff=mgμ
所以x==0.4m
(2)当E竖直向下时,由动能定理,初速度和末速度都为0,所以外力做的总功为0
即mgR-Ffx+qER=0
其中Ff=(mg+qE)μ
所以x==0.75m
答:(1)E水平向左时位移为0.4m
(2)E水平向下时位移为0.75m
解析
解:(1)当E水平向左时:
初速度和末速度都为0,由动能定理得:外力做的总功为0
即mgR-Ffx-qE(R+x)=0
其中Ff=mgμ
所以x==0.4m
(2)当E竖直向下时,由动能定理,初速度和末速度都为0,所以外力做的总功为0
即mgR-Ffx+qER=0
其中Ff=(mg+qE)μ
所以x==0.75m
答:(1)E水平向左时位移为0.4m
(2)E水平向下时位移为0.75m
如图所示,斜面倾角θ=30°的光滑斜面上,高h=1m的位置B点,放置一质量为m=1kg的物体.(g取10m/s2)
(1)计算自由下滑到斜面底端的动能及重力做的功.
(2)物体受到沿斜面向下、大小为2N的拉力F作用,加速下滑到斜面底端,计算运动到A点时的动能、拉力做功、重力做功、合力做功.
正确答案
解:(1)由动能定理得:
物体下滑到斜面底端的动能 Ek1=mgh=1×10×1J=10J
重力做的功 WG1=mgh=1×10×1J=10J
(2)由动能定理得:
物体下滑到A点时的动能 Ek2=mgh+F•=1×10×1J+2×
J=14J
拉力做的功 WF=F•=2×
J=4J
重力做的功 WG2=mgh=1×10×1J=10J
合力做功 W合=Ek2-0=14J
答:
(1)自由下滑到斜面底端的动能是10J,重力做的功是10J.
(2)运动到A点时的动能是14J、拉力做功是4J、重力做功是10J、合力做功是14J.
解析
解:(1)由动能定理得:
物体下滑到斜面底端的动能 Ek1=mgh=1×10×1J=10J
重力做的功 WG1=mgh=1×10×1J=10J
(2)由动能定理得:
物体下滑到A点时的动能 Ek2=mgh+F•=1×10×1J+2×
J=14J
拉力做的功 WF=F•=2×
J=4J
重力做的功 WG2=mgh=1×10×1J=10J
合力做功 W合=Ek2-0=14J
答:
(1)自由下滑到斜面底端的动能是10J,重力做的功是10J.
(2)运动到A点时的动能是14J、拉力做功是4J、重力做功是10J、合力做功是14J.
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