- 机械能守恒定律
- 共29368题
在平直公路上,汽车由静止开始做匀加速运动,当速度达到vm后立即关闭发动机直到停止,v-t图象如图所示.设汽车的牵引力为F,摩擦力为f,全过程中牵引力做功W1,克服摩擦力做功W2,则( )
正确答案
解析
解:由图可知,物体先做匀加速直线运动,1s末速度为v,由动能定理可知:
(F-f)L1=mv2;
减速过程中,只有阻力做功:
fL2=0-mv2;
则可得:(F-f)L1=fL2;
由图象可知,L1:L2=1:3;
解得:F:f=4:1;
对全程由动能定理得:
W1-W2=0
故W1:W2=1:1
所以选项ABC错误,D正确.
故选:D
一个物体做变速运动,在t时刻其速度大小是v,在2t时刻其速度大小是nv,那么在2t时刻物体的动能是它在t时刻动能的( )
正确答案
解析
解:物体做变速运动,在t时刻其速度大小是v,在2t时刻其速度大小是nv,故:
EK1=;
Ek2=;
故
故选:B.
下列几种情况中,甲、乙两物体的动能相等的是( )
正确答案
解析
解:A、甲的速度是乙的2倍,乙的质量是甲的2倍,由Ek=,知甲的动能是乙的2倍;故A错误;
B、甲的质量是乙的2倍,乙的速度是甲的2倍,则甲的动能是乙的倍;故B错误;
C、甲的质量是乙的4倍,甲的速度是乙的2倍,则甲的动能与乙的相等;故C正确;
D、动能是标量,和速度的方向无关;故只要质量相等,速度也相等,则动能一定相等;故D正确.
故选:CD.
山地滑雪是人们喜爱的一项体育运动.滑道由AB和BC组成,AB是倾角为θ=37°的斜坡,BC是半径为R=5m的圆弧面,圆弧对应的圆心角也为θ=37°圆弧面和斜面相切于B点,与水平面相切于C点,如图所示,AB竖直高度差h1=7.2m,竖直台阶CD竖直高度差为h2=6.8m,运动员连同滑雪装备总质量为m=80kg,从A点由静止滑下通过C点后飞落到水平地面DE上(不计空气阻力和轨道的摩擦阻力,g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8).
求:
(1)运动员在斜坡AB上运动的时间t;
(2)运动员到达B点的速度VB;
(3)运动员落到DE上的动能EKD.
正确答案
解:(1)运动员由A 到B运动过程,在沿斜坡方向由牛顿第二定律得
mgsinθ=ma
a=gsinθ=6m/s2
由运动学公式可得
;
(2)运动员由A到B的过程中,由动能定理
mgh1=
;
(3)运动员由A到E的过程中,由动能定理可得
mg(h1+h2+R-Rcosθ)=EKD
EKD=mg(h1+h2+R-Rcosθ)=80×10×(7.2+6.8+5-5×0.8)J=12000J;
答:(1)运动员在斜坡AB上运动的时间t为2s;
(2)运动员到达B点的速度VB为12m/s;
(3)运动员落到DE上的动能EKD为12000J.
解析
解:(1)运动员由A 到B运动过程,在沿斜坡方向由牛顿第二定律得
mgsinθ=ma
a=gsinθ=6m/s2
由运动学公式可得
;
(2)运动员由A到B的过程中,由动能定理
mgh1=
;
(3)运动员由A到E的过程中,由动能定理可得
mg(h1+h2+R-Rcosθ)=EKD
EKD=mg(h1+h2+R-Rcosθ)=80×10×(7.2+6.8+5-5×0.8)J=12000J;
答:(1)运动员在斜坡AB上运动的时间t为2s;
(2)运动员到达B点的速度VB为12m/s;
(3)运动员落到DE上的动能EKD为12000J.
如图所示,水平桌面上有一小车,装有砂的砂桶通过细绳给小车施加一水平拉力,小车从静止开始做直线运动.保持小车的质量M不变,第一次实验中小车在质量为m1的砂和砂桶带动下由静止前进了一段距离s;第二次实验中小车在质量为m2的砂和砂桶带动下由静止前进了相同的距离s,其中m1<m2<M.两次实验中,绳对小车的拉力分别为T1 和T2,小车、砂和砂桶系统的机械能变化量分别为△E1和△E2,若摩擦阻力的大小保持不变,不计绳、滑轮的质量及空气阻力,则
=______,
=______.
正确答案
解:小车的砂桶用细线相连,故其加速度大小相等,根据牛顿第二定律以整体为研究对象有加速度:
知,当砂桶的质量m增加时加速度a增大即m1<m2,所以有a1<a2,
再以砂和砂桶为研究对象有:m1g-T1=ma1,m2g-T2=ma2,所以有
根据功能关系知,除重力和弹力外其它力对系统做的功等于系统机械能的变化知,在两种情况下运动,小车所受摩擦力对小车做的功相同,可知两种情况下系统机械能的变化量△E1=△E2,
故答案为:1
解析
解:小车的砂桶用细线相连,故其加速度大小相等,根据牛顿第二定律以整体为研究对象有加速度:
知,当砂桶的质量m增加时加速度a增大即m1<m2,所以有a1<a2,
再以砂和砂桶为研究对象有:m1g-T1=ma1,m2g-T2=ma2,所以有
根据功能关系知,除重力和弹力外其它力对系统做的功等于系统机械能的变化知,在两种情况下运动,小车所受摩擦力对小车做的功相同,可知两种情况下系统机械能的变化量△E1=△E2,
故答案为:1
如图所示,一光滑平直轨道上A、B两点处各有一个小球m1和m2,m1=2Kg,m2=1Kg,平直轨道末端C点处刚好与一光滑的圆弧管道平滑相连,D为圆弧管道的顶点,圆弧半径R=2.5m,两小球半径均为r,r略小于管道半径,且r<<R.其中A点与C点的距离L=12m.现让m2从B点以v0的速度向前运动并进入圆弧管道,当m2经过圆弧管道的顶部D点时对圆弧轨道的压力恰好为零,与此同时,m1受到一个水平拉力F的作用从静止开始运动,经过一段时间后恰与落下的m2相撞(g取10m/s2),求:
(1)m2在B点出发时的速度v0的大小;
(2)水平拉力F的大小.
正确答案
解:(1)对m2从B点到D点根据动能定理得:
-m2g×2R=m2
-
m2
①
m2在D点由向心力公式有:m2g=m2 ②
由①②求解得:v0=5m/s
(2)m2从 D点飞出,根据平抛运动规律得:
2R=gt2 ③
x=vDt ④
由②式得:vD==
=5m/s ⑤
对m1由运动学公式和牛顿运动第二定律得:
(L-x)=at2 ⑥
a= ⑦
由③④⑤⑥⑦求解得:F=28N
答:(1)m2在B点出发时的速度v0的大小为5m/s;
(2)水平拉力F的大小为28N.
解析
解:(1)对m2从B点到D点根据动能定理得:
-m2g×2R=m2
-
m2
①
m2在D点由向心力公式有:m2g=m2 ②
由①②求解得:v0=5m/s
(2)m2从 D点飞出,根据平抛运动规律得:
2R=gt2 ③
x=vDt ④
由②式得:vD==
=5m/s ⑤
对m1由运动学公式和牛顿运动第二定律得:
(L-x)=at2 ⑥
a= ⑦
由③④⑤⑥⑦求解得:F=28N
答:(1)m2在B点出发时的速度v0的大小为5m/s;
(2)水平拉力F的大小为28N.
有一质量为m的物体停在动摩擦因数μ=0.5的水平面上的A点,在离A为2R的B点有半径为R的
光滑圆弧与AB轨道相接,如图所示.现用F=2mg的水平拉力拉物体作加速运动,当物体运动到B时,撤去拉力,求:
(1)撤去拉力时物体的速度;
(2)物体最后停在离B点多远的地方?
正确答案
解:(1)设撤去拉力F时物体的速度为V,由动能定理得:
解得V==
(2)由机械能守恒定律得物体在光滑圆轨道运动和竖直方向上的运动时没有机械能损失;
设物体在AB上运动的总路程为S,取整个过程为研究对象,由动能定理得:
F2R-μmgS=0
解得S=8R
所以物体停在离B点距离:L=S-=8R-2R=6R.
答:(1)撤去拉力时物体的速度(2)物体最后停在离B点6R的点
解析
解:(1)设撤去拉力F时物体的速度为V,由动能定理得:
解得V==
(2)由机械能守恒定律得物体在光滑圆轨道运动和竖直方向上的运动时没有机械能损失;
设物体在AB上运动的总路程为S,取整个过程为研究对象,由动能定理得:
F2R-μmgS=0
解得S=8R
所以物体停在离B点距离:L=S-=8R-2R=6R.
答:(1)撤去拉力时物体的速度(2)物体最后停在离B点6R的点
如图所示,质量m=2kg的小球系在轻细的橡皮筋的一端,另一端固定在悬点O处,将橡皮筋拉直至水平位置OA处(橡皮筋无变形)然后将小球由A处静止释放,小球到达O点下方h=0.5m处的B点时的速度V=2m/s.求小球从A运动到B的过程中橡皮筋的弹力对小球做的功?
正确答案
解:设弹力对小球做功为W,根据动能定理
W+mgh=mv2
所以W=mv2-mgh
代入数据解得 W=-6J.
答:小球从A运动到B的过程中橡皮筋的弹力对小球做功为-6J.
解析
解:设弹力对小球做功为W,根据动能定理
W+mgh=mv2
所以W=mv2-mgh
代入数据解得 W=-6J.
答:小球从A运动到B的过程中橡皮筋的弹力对小球做功为-6J.
图为某节能运输系统的简化示意图.其工作原理为:货箱在轨道顶端A时,自动将货物装入货箱,然后货箱载着货物沿粗糙程度各处相同的轨道无初速度下滑,接着压缩弹簧,当弹簧被压缩至最短时,立即锁定并自动将货物卸下,卸完货物后随即解锁,货箱恰好被弹回到A,此后重复上述过程.若弹簧为自由长度时其右端对应的斜面位置是B,货箱可看作质点,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、锁定前瞬间货箱和货物受斜面的摩擦力方向沿斜面向上,加速度沿斜面向上,解锁后瞬间货箱受斜面的摩擦力方向沿斜面向下,加速度沿斜面向上,加速度大小不相等,货箱所受合外力不相等.选项A错误.
B、由于加速度不相等,运动不具有对称性,在往返过程中同一位置的速度大小不相等,选项B正确.
C、货箱上滑与下滑过程中,位移相同,但摩擦力大小不同,故摩擦力做的功不相等,故货箱克服摩擦力做的功不相等,故C错误.
D、根据动能定理,从A到弹簧被压缩至最短时:
(M+m)gLsin θ-μ(M+m) gcos θ•L-W弹=0
从解锁瞬间到A:-MgLsin θ-μMgcos θ•L+W弹=0
联立解得:m=.选项C错误,D正确.
故选:BD
如图所示,固定的粗糙弧形轨道下端B点的切线水平,上端A与B点的高度差为h1=l.2m,倾斜传送带与水平方向的夹角为θ=37°,传送带的上端C点到B点的高度差为h2=0.45m (传送带传动轮的大小可忽略不计).一质量为m=l.Okg的滑块(可看作质点)从轨道的J点由静止滑下,然后从B点抛出,恰好以平行于传动带的速度从C点落到传动带上,传送带逆时针传动,速度大小为v=3.Om/s,滑块与传送带间的动摩擦因数为μ=0.8,且传送带足够长,滑块运动过程中空气阻力忽略不计,g=10m/s2,试求:
(1)滑块运动至C点时的速度vC大小
(2)滑块由A到B的运动过程中克服摩擦力做的功的Wf
(3)滑块在传送带上滑动时与传送带间由于摩擦产生的热量Q.
正确答案
解:(1)滑块由B点开始做平抛运动到C点,根据运动的分解,在竖直方向上滑块做自由落体运动,
有vy2=2gh2 可求得 vy=3.0m/s
把vC分解得 vy=vcsinθ 可求得 vC=5.0m/s
(2)滑块由A点沿轨道滑到B点的过程中,
根据动能定理得:mgh1-Wf=
再根据运动的分解,vB=vccosθ=4.0m/s
可解得滑块克服摩擦力做的功 Wf=4.0J
(3)滑块落到传送带上后先做匀减速直线运动,加速大小设为a
根据牛顿第二定律得,μmgcosθ-mgsinθ=ma
达到传送带的速度所用的时间设为t,则
v=vc-at 代入数据解得 t=5.0s
传送带的位移 x1=vt=15.0m
滑块的位移 x2=t=20.0m
此后,滑块和传送带一起向下运动,摩擦力做功但不再产热
所以,滑块在传送带上滑动时由于摩擦产生的热 Q=μmgcosθ(x2-x1)=32.0J
答:(1)滑块运动至C点时的速度vC大小为5.0m/s.
(2)滑块由A到B的运动过程中克服摩擦力做的功的Wf为4.0J.
(3)滑块在传送带上滑动时与传送带间由于摩擦产生的热量Q为32.0J.
解析
解:(1)滑块由B点开始做平抛运动到C点,根据运动的分解,在竖直方向上滑块做自由落体运动,
有vy2=2gh2 可求得 vy=3.0m/s
把vC分解得 vy=vcsinθ 可求得 vC=5.0m/s
(2)滑块由A点沿轨道滑到B点的过程中,
根据动能定理得:mgh1-Wf=
再根据运动的分解,vB=vccosθ=4.0m/s
可解得滑块克服摩擦力做的功 Wf=4.0J
(3)滑块落到传送带上后先做匀减速直线运动,加速大小设为a
根据牛顿第二定律得,μmgcosθ-mgsinθ=ma
达到传送带的速度所用的时间设为t,则
v=vc-at 代入数据解得 t=5.0s
传送带的位移 x1=vt=15.0m
滑块的位移 x2=t=20.0m
此后,滑块和传送带一起向下运动,摩擦力做功但不再产热
所以,滑块在传送带上滑动时由于摩擦产生的热 Q=μmgcosθ(x2-x1)=32.0J
答:(1)滑块运动至C点时的速度vC大小为5.0m/s.
(2)滑块由A到B的运动过程中克服摩擦力做的功的Wf为4.0J.
(3)滑块在传送带上滑动时与传送带间由于摩擦产生的热量Q为32.0J.
如图所示,动摩擦因数为μ的粗糙斜面固定在水平面上,质量为m的小物体在竖直向上的拉力作用下静止在斜面的顶端,并且物体与斜面恰好没有摩擦力.已知斜面的高度为h,底边长度为L,且h>L,重力加速度为g.现保持拉力的大小不变,方向突然变为水平向左,求物体运动到水平地面时的速度大小.
正确答案
解:设斜面与水平面的夹角为α,所以tanα=>1,所以:α>45°.
由题意可知拉力F的大小:F=mg
当拉力方向变化后,拉力与重力的合力的方向与水平面的夹角为β,tanβ==1,
β=45°.
因为:α>β
所以:物体将会脱离斜面做匀加速直线运动,运动方向与水平面成45°角
物体受到的合外力大小为:F合=mg
物体通过的位移为:x=h
由动能定理可得:F合x=mv2
解得:v=2
答:物体运动到水平地面时的速度为2.
解析
解:设斜面与水平面的夹角为α,所以tanα=>1,所以:α>45°.
由题意可知拉力F的大小:F=mg
当拉力方向变化后,拉力与重力的合力的方向与水平面的夹角为β,tanβ==1,
β=45°.
因为:α>β
所以:物体将会脱离斜面做匀加速直线运动,运动方向与水平面成45°角
物体受到的合外力大小为:F合=mg
物体通过的位移为:x=h
由动能定理可得:F合x=mv2
解得:v=2
答:物体运动到水平地面时的速度为2.
A、B两个物体的质量比为1:3,速度之比是3:1,那么它们的动能之比是( )
正确答案
解析
解:根据动能的定义式EK=mV2,
可得,=
=
=
,
故选C.
如图所示,光滑弧形轨道下端与水平传送带连接,轨道上的A点到传送带及传送带到地面的高度均为h=5m.把一物体自A点由静止释放,物体与传送带之间的动摩擦因数μ=0.2.先让传送带不转动,物体滑上传送带后,从右端B点水平飞出,落在地面上的P点,B、P间的水平距离OP为x=2m.然后让传送带沿顺时针方向转动,速度大小为v=5m/s,取g=10m/s2.求:
(1)传送带转动时,物体落在何处?
(2)先后两种情况下,传送带对物体做功的比值.
正确答案
解:(1)物体从静止到刚进入传送带过程,由机械能守恒定律得:mgh=m
,
代入数据解得:v1=10m/s,
物体离开B做平抛,竖直方向:h=g
,
代入数据解得:t1=1s,
到B端速度:v2==
=2m/s,
传送带转动时,因为v2<v<v1,所以物体先减速后匀速,由:v2′=v=5m/s,
解得:x′=v2′t1=5×1=5m;
(2)第一次传送带对物体做的功为:W1=m(
-
)
代入数据解得,两次做功大小之比为:=
=
答:(1)传送带转动时,物体落到距B点正下方5m处.
(2)先后两种情况下,传送带对物体所做功之比为32:25.
解析
解:(1)物体从静止到刚进入传送带过程,由机械能守恒定律得:mgh=m
,
代入数据解得:v1=10m/s,
物体离开B做平抛,竖直方向:h=g
,
代入数据解得:t1=1s,
到B端速度:v2==
=2m/s,
传送带转动时,因为v2<v<v1,所以物体先减速后匀速,由:v2′=v=5m/s,
解得:x′=v2′t1=5×1=5m;
(2)第一次传送带对物体做的功为:W1=m(
-
)
代入数据解得,两次做功大小之比为:=
=
答:(1)传送带转动时,物体落到距B点正下方5m处.
(2)先后两种情况下,传送带对物体所做功之比为32:25.
如图所示,质量为m的小铁块A以水平速度v0冲上质量为M、长为l、置于光滑水平面C上的木板B,正好不从木板上掉下,已知A、B间的动摩擦因数为μ,此时木板对地位移为s,求这一过程中:
(1)木板增加的动能;
(2)小铁块减少的动能;
(3)系统机械能的减少量;
(4)系统产生的热量.
正确答案
解:(1)木板运动的位移为s,根据动能定理得,-0
则动能的增加量为μmgs.
(2)小铁块的位移为l+s,根据动能定理得,-μmg(l+s)=△Ek
可知小铁块动能的减小量为μmg(l+s).
(3)则系统减小的机械能等于△E=μmg(l+s)-μmgs=μmgl.
(4)系统产生的热量等于系统减小的机械能,Q=△E=μmgl.
答:(1)木板的动能增加为μmgs.
(2)小铁块的动能减小量为μmg(l+s).
(3)系统减小的机械能等于μmgl.
(4)系统产生的热量等于μmgl.
解析
解:(1)木板运动的位移为s,根据动能定理得,-0
则动能的增加量为μmgs.
(2)小铁块的位移为l+s,根据动能定理得,-μmg(l+s)=△Ek
可知小铁块动能的减小量为μmg(l+s).
(3)则系统减小的机械能等于△E=μmg(l+s)-μmgs=μmgl.
(4)系统产生的热量等于系统减小的机械能,Q=△E=μmgl.
答:(1)木板的动能增加为μmgs.
(2)小铁块的动能减小量为μmg(l+s).
(3)系统减小的机械能等于μmgl.
(4)系统产生的热量等于μmgl.
下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、物体的动能发生变化,由动能的表达式Ek=,可知,物体的速度大小一定变化,则速度一定变化.故A正确.
B、若物体的速度发生变化,只是速度方向变化引起的,而速度大小不变,则动能不变,故B错误.
C、根据动能定理W合=△Ek得知,物体的合外力做了功,动能一定变化,故C正确.
D、物体的动能增大时,势能不一定减小,比如在水平面上做加速运动的物体,其势能不变,故D错误.
故选AC
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