- 机械能守恒定律
- 共29368题
如图所示,一位质量m=60kg参加“东江中学在一次消防逃生演练中,队员从倾斜直滑道AB的顶端A由静止滑下,经B点后水平滑出,最后落在水平地面的护垫上(不计护垫厚度的影响).已知A、B离水平地面的高度分别为H=6.2m、h=3.2m,A、B两点间的水平距离为L=4.0m,队员与滑道间的动摩擦因数μ=0.3,g取10m/s2.求:
(1)队员到达B点的速度大小;
(2)队员落地点到B点的水平距离;
(3)队员落地时的速度.
正确答案
解:(1)从A到B过程,由动能定理得:
mg(H-h)-μmgcosθ=
mv02-0,
解得:v0=6m/s,
(2)队员离开轨道后做平抛运动,
在竖直方向:H-h=gt2,
水平方向:x=v0t,
解得:x=4.8m;
(3)从B到落地过程中,由机械能守恒定律得:
mv02+mgh=
mv2,
解得:v=10m/s;
答:(1)队员到达B点的速度大小为6m/s;
(2)队员落地点到B点的水平距离为4.8m;
(3)队员落地时的速度大小为10m/s.
解析
解:(1)从A到B过程,由动能定理得:
mg(H-h)-μmgcosθ=
mv02-0,
解得:v0=6m/s,
(2)队员离开轨道后做平抛运动,
在竖直方向:H-h=gt2,
水平方向:x=v0t,
解得:x=4.8m;
(3)从B到落地过程中,由机械能守恒定律得:
mv02+mgh=
mv2,
解得:v=10m/s;
答:(1)队员到达B点的速度大小为6m/s;
(2)队员落地点到B点的水平距离为4.8m;
(3)队员落地时的速度大小为10m/s.
(2015•哈尔滨校级二模)水利发电具有防洪、防旱、减少污染多项功能,是功在当代,利在千秋的大事,现在水力发电已经成为我国的重要能源之一.某河流水流量为40m3/s,现在欲在此河段上筑坝安装一台发电功率为1000kW的发电机发电,采用高压输电,高压输电线的总电阻为5Ω,损耗总功率的5%.求:
(1)设发电机输出电压为500V,则所用理想升压变压器原副线圈匝数比应是多大;
(2)若所用发电机总效率为50%,则拦河坝要建多高.(水的密度ρ=1.0×103kg/m3,重力加速度g取10m/s2)
正确答案
解:(1)输电线上损失的功率:P×5%=I2R
设升压变压器原线圈两端的电压为U1,副线圈两端的电压为U2
升压变压器输出功率:P=U2I
且 P=P总
则 U2=10000V
由得
解得
(2)由水流流量Q知,每秒钟到达发电机涡轮组的水的体积V=Q
每秒钟到达发电机涡轮组的水的质量m=ρV
由题意知:mgh×50%=Pt
解得 h=5m
答:(1)设发电机输出电压为500V,则所用理想升压变压器原副线圈匝数比应是1:20;
(2)若所用发电机总效率为50%,则拦河坝要建5m高.
解析
解:(1)输电线上损失的功率:P×5%=I2R
设升压变压器原线圈两端的电压为U1,副线圈两端的电压为U2
升压变压器输出功率:P=U2I
且 P=P总
则 U2=10000V
由得
解得
(2)由水流流量Q知,每秒钟到达发电机涡轮组的水的体积V=Q
每秒钟到达发电机涡轮组的水的质量m=ρV
由题意知:mgh×50%=Pt
解得 h=5m
答:(1)设发电机输出电压为500V,则所用理想升压变压器原副线圈匝数比应是1:20;
(2)若所用发电机总效率为50%,则拦河坝要建5m高.
把质量m的小球从距离地面高为h处以θ角斜向上方抛出,初速度为v0.不计空 气阻力,小球落地时的速度大小与下列哪些因素有关( )
正确答案
解析
解:在整个过程中,有动能定理可知
mgh=-
所以V2只与h和V1有关,与其它量无关,
故选A.
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,整个过程克服摩擦力做功为
,若木块以2E的初动能冲上斜面,则有( )
正确答案
解析
解:A、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=-
…①
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,初速度为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.
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…②,
所以返回斜面底端时的动能为E,由①②得:v′=,故AB错误,C正确;
D、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,故D错误.
故选:C.
从地面上以初速度v0=20m/s竖直向上抛出一质量为m=2kg的小球,若运动过程中小球受到的空气阻力与其速率成正比关系,小球运动的速率随时间变化规律如图所示,t1时刻到达最高点,再落回地面,落地时速率为v1=10m/s,且落地前球已经做匀速运动,重力加速度g=10m/s2.求:
(1)小球从抛出到落地过程中克服空气阻力所做的功;
(2)小球抛出瞬间的加速度大小.
正确答案
解:(1)以小球为研究对象,从地面抛出到落回地面过程中应用动能定理:
Wf=-300J
即球从抛出到落地过程中克服空气阻力所做的功Wf=300J
(2)空气阻力:f=kv,下落时速率为v1,且落地前球已经做匀速运动:kv1=mg
球抛出瞬间:kv0+mg=ma
答:(1)小球从抛出到落地过程中克服空气阻力所做的功为300J;
(2)小球抛出瞬间的加速度大小为30m/s2.
解析
解:(1)以小球为研究对象,从地面抛出到落回地面过程中应用动能定理:
Wf=-300J
即球从抛出到落地过程中克服空气阻力所做的功Wf=300J
(2)空气阻力:f=kv,下落时速率为v1,且落地前球已经做匀速运动:kv1=mg
球抛出瞬间:kv0+mg=ma
答:(1)小球从抛出到落地过程中克服空气阻力所做的功为300J;
(2)小球抛出瞬间的加速度大小为30m/s2.
如图所示,楼梯的所有阶梯的高度都为0.15m,宽度都是0.3m,有若干级阶梯,依次往下标为1级、2级、3级…楼梯的粗糙水平台面AB长为2m.与一半径为3.6m,圆心角为60°的光滑圆弧轨道AC相连,且半径OA竖直,有一小滑块从C点静止滑下进入平台,滑块与平台间的动摩擦因数μ=0.5,滑块运动到平台边缘的B点后正对楼梯水平飞出,不计空气阻力,g取10m/s2,求:
(1)小滑块从B点飞出时的速度大小;
(2)小滑块首先落在哪一级台阶上?
正确答案
解:(1)小滑块在C到B的过程中重力与水平面的摩擦力对小滑块做功,由动能定理得:
代入数据得:v=4m/s;
(2)小滑块在竖直方向做自由落体运动,
水平方向做匀速直线运动,得:x=vt
位移与水平方向的夹角:…①
楼梯与水平方向的夹角: ②
若tanα≥tanβ ③时,小滑块能落在楼梯上,
联立①②③得:t≥0.4s
当t=0.4s时,
x=vt=4×0.4=1.6m=5.3x0>5
所以小滑块首先落在第6级台阶上.
答:(1)小滑块从B点飞出时的速度大小是4m/s;(2)小滑块首先落在第6级台阶上.
解析
解:(1)小滑块在C到B的过程中重力与水平面的摩擦力对小滑块做功,由动能定理得:
代入数据得:v=4m/s;
(2)小滑块在竖直方向做自由落体运动,
水平方向做匀速直线运动,得:x=vt
位移与水平方向的夹角:…①
楼梯与水平方向的夹角: ②
若tanα≥tanβ ③时,小滑块能落在楼梯上,
联立①②③得:t≥0.4s
当t=0.4s时,
x=vt=4×0.4=1.6m=5.3x0>5
所以小滑块首先落在第6级台阶上.
答:(1)小滑块从B点飞出时的速度大小是4m/s;(2)小滑块首先落在第6级台阶上.
质量m=1kg的物体,在水平拉力F(拉力方向与物体初速度方向相同)的作用下,沿粗糙水平面运动,经过位移X1=4m时,拉力F停止作用,运动到位移是X2=8m时物体停止.运动过程中Ek-x的图线如图所示.g取10m/s2求:
(1)拉力F所做的功.
(2)整个过程克服摩擦力做功的平均功率.
正确答案
解:(1)对于x在4-8m内,设摩擦力大小为Ff,由动能定理得:
-Ffx2=0-Ek;
由题图知 x2=4m,Ek=10J
解得 Ff=2.5N.
物体从开始到x=4 m这段过程中,根据动能定理有:
WF-Ff•x1=Ek-Ek0;
由题图知,x1=4m,Ek=10J,Ek0=2J
解得拉力做功 WF=18J
(2)由Ek0=mv02得:v0=
=
=2 m/s;
由Ek=mv2得:v=
=
=2
m/s
设匀加速和匀减速的时间分别为t1和t2.
则 x1=,x2=
,
解得:t1=(-1)s,t2=
s
故整个过程克服摩擦力做功的平均功率为:
P==
=
W
答:(1)拉力F所做的功是18J.
(2)整个过程克服摩擦力做功的平均功率为W.
解析
解:(1)对于x在4-8m内,设摩擦力大小为Ff,由动能定理得:
-Ffx2=0-Ek;
由题图知 x2=4m,Ek=10J
解得 Ff=2.5N.
物体从开始到x=4 m这段过程中,根据动能定理有:
WF-Ff•x1=Ek-Ek0;
由题图知,x1=4m,Ek=10J,Ek0=2J
解得拉力做功 WF=18J
(2)由Ek0=mv02得:v0=
=
=2 m/s;
由Ek=mv2得:v=
=
=2
m/s
设匀加速和匀减速的时间分别为t1和t2.
则 x1=,x2=
,
解得:t1=(-1)s,t2=
s
故整个过程克服摩擦力做功的平均功率为:
P==
=
W
答:(1)拉力F所做的功是18J.
(2)整个过程克服摩擦力做功的平均功率为W.
如图所示,质量为m的物体,从高为h、倾角为θ的光滑斜面顶端由静止开始沿斜面下滑,最后停在水平面上,已知物体与水平面间的动摩擦因数为μ,则物体在水平面上滑过的距离为( )
正确答案
解析
解:物体在斜面上下滑的过程,由动能定理得:
mgh=
得,物体滑至斜面底端时的速度大小为:v=
设物体在水平面上滑过的距离为s.
则对物体在水平面上运动的过程,由动能定理得:
-μmgs=0-
解得,s=,故A正确.BCD错误.
故选:A.
如图所示,不可伸长的轻绳跨过轻质定滑轮,右端系着质量m=2kg的物体,开始时两侧绳子伸直,而物体静止于地面.现用F=30N竖直向下的恒力将A点向下拉动h=2.25m,此时m的速度是______m/s如果此时立即立即撤去F,m落回地面时速度大小是______m/s.(不计空气阻力,不计滑轮轴处摩擦)
正确答案
4.74
8.22
解析
解:物体m上升的高度为h,由牛顿第二定律得
F-mg=ma
a=
由v2=2ah得
v=
从撤去外力到下落到地面有动能定理可知
mgh=
解得v′=8.22m/s
故答案为:4.74; 8.22
一颗子弹以700m/s的速度射入一块木板,射穿后的速度为500m/s,则这粒子弹一共能射穿______块同样的木板.
正确答案
解:由动能定理可知:
Wf=mv2-
mv02;
设共可以穿过n块木板,则有:
nWf=0-mv02
联立解得:n=2.1.故只能穿过2块木板;
故答案为:2.
解析
解:由动能定理可知:
Wf=mv2-
mv02;
设共可以穿过n块木板,则有:
nWf=0-mv02
联立解得:n=2.1.故只能穿过2块木板;
故答案为:2.
一子弹射向若干块同样材料、同样厚度的固定木板,在每一块木板中子弹受阻力大小都相等.若子弹已6v射穿第一块木板后速度减为5v,问子弹还能再射穿几块木板?
正确答案
解:令穿过木板时子弹的所受阻力为f,木板厚度为L,则子弹射穿木板时有:
…①
则令子弹还可以射穿n块木板,则根据动能定理有:
…②
由①和②式可解得:
n=2.27
即子弹将停留在第三块木板中,故子弹还能再射穿2块木板.
答:子弹还能再射穿2块木板.
解析
解:令穿过木板时子弹的所受阻力为f,木板厚度为L,则子弹射穿木板时有:
…①
则令子弹还可以射穿n块木板,则根据动能定理有:
…②
由①和②式可解得:
n=2.27
即子弹将停留在第三块木板中,故子弹还能再射穿2块木板.
答:子弹还能再射穿2块木板.
(2016•虹口区一模)如图所示,摩托车做腾跃特技表演,在水平道路上以初始动能Ek0冲上高为h、顶部水平的高台,然后从高台水平飞出.若摩托车始终以额定功率P0行驶,经时间t从坡底到达坡顶,人和车的总质量为m,忽略空气阻力的影响,则摩托车到达坡顶时的动能Ek=______.若改变高台的高度h,初始动能仍为Ek0,离开高台前牵引力做功为W,则h为______时,摩托车飞出的水平距离最远.
正确答案
Ek0+P0t-mgh
解析
解:摩托车在斜坡上运动的过程,根据动能定理得
Ek-Ek0=P0t-mgh
则得Ek=Ek0+P0t-mgh
摩托车离开高台后做平抛运动,根据h=得,t=
由Ek=得平抛运动的初速度 v=
则摩托车飞出的水平距离为:x=vt=
•
将Ek=Ek0+P0t-mgh代入得 x=2
根据数学知识知,当-h=h,即h=
时x最大.
故答案为:Ek0+P0t-mgh,.
如图所示,斜面长为L,倾角θ,AB=BC=CD,先设置斜面AC部分与滑块间有相同的摩擦,CD为光滑,一质量为m的小滑块P从D处无初速自由下滑到A处时刚好停下:现设置BC段保持原有的恶魔擦,AB与CD部分为光滑,求:
(1)小滑块P从D处无初速度自由下滑时,到达A处时的速度大小;
(2)要使小滑块P能从A处上滑到D处,则它在A处上滑时的初动能至少要多大.
正确答案
解:(1)由动能定理得:
第一种情况下:mgLsinθ-f•L=0-0,
第二种情况下:mgLsinθ-f•L=
mvA2-0,
解得:vA=;
(2)滑块到达D处速度恰好为零时,滑块的初动能最小,
滑块上滑过程,由动能定理得:
-mgLsinθ-f•L=0-EKA,
解得:EKA=mgLsinθ;
答:(1)小滑块P从D处无初速度自由下滑时,到达A处时的速度大小为;
(2)要使小滑块P能从A处上滑到D处,则它在A处上滑时的初动能至少为:mgLsinθ.
解析
解:(1)由动能定理得:
第一种情况下:mgLsinθ-f•L=0-0,
第二种情况下:mgLsinθ-f•L=
mvA2-0,
解得:vA=;
(2)滑块到达D处速度恰好为零时,滑块的初动能最小,
滑块上滑过程,由动能定理得:
-mgLsinθ-f•L=0-EKA,
解得:EKA=mgLsinθ;
答:(1)小滑块P从D处无初速度自由下滑时,到达A处时的速度大小为;
(2)要使小滑块P能从A处上滑到D处,则它在A处上滑时的初动能至少为:mgLsinθ.
摩托车比赛是一项精彩刺激的体育比赛,某次摩托车比赛中有如图所示的一段赛道,水平高台离地面的高度H=5.0m,高台右端有一壕沟,壕沟两侧的高度差为h=0.8m,水平距离为8m.求
(1)摩托车要安全跨越壕沟,在水平高台上至少需多大的水平初速度;
(2)若摩托车运动员以v0=10m/s的初速度从坡底冲上高台后,恰好安全跨越壕沟,摩托车从坡底冲上高台至开始跨越壕沟的过程中,历时t=10s,发动机的功率恒为P=5.0kW,人和车的总质量m=1.8×102kg(可视为质点),在摩托车冲上高台的过程中克服摩擦力所做的功.
正确答案
解:(1)摩托车做平抛运动,由平抛规律可得:
h=,x=vt
解v=20m/s.
(2)对摩托车冲上高台的过程,由动能定理可得:
Pt-mgH-=
,
解得=
.
答:(1)摩托车要安全跨越壕沟,在水平高台上至少需20m/s的水平初速度;
(2)在摩托车冲上高台的过程中克服摩擦力所做J的功.
解析
解:(1)摩托车做平抛运动,由平抛规律可得:
h=,x=vt
解v=20m/s.
(2)对摩托车冲上高台的过程,由动能定理可得:
Pt-mgH-=
,
解得=
.
答:(1)摩托车要安全跨越壕沟,在水平高台上至少需20m/s的水平初速度;
(2)在摩托车冲上高台的过程中克服摩擦力所做J的功.
如图所示,两个光滑斜面的高度h相同,倾角θ1<θ2.一物体m先后沿两斜面由静止从顶端下滑,到底端时的动能分别是E
和E
,则( )
正确答案
解析
解:由题意,物体下滑过程中,只有重力做功,重力做功为mgh,根据动能定理得:
mgh=Ek
由于m和h相等,则有:E=E
.
故选C
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