- 机械能守恒定律
- 共29368题
如图质量为M、长度为l的小车静止在光滑的水平面上,质量为m的小物块放在小车的最左端.现用一水平恒力F作用在小物块上,使物块从静止开始做匀加速直线运动,物块和小车之间的摩擦力为f.经过一段时间,小车运动的位移为s,物块刚好滑到小车的最右端.
①此时物块的动能为F(s+l)-fl
②此时小车的动能为fs
③这-过程中,物块和小车增加的机械能为Fs
④这一过程中,物块和小车产生的内能为fl
以上判断正确的是( )
正确答案
解析
解:对物块,根据动能定理得,(F-f)(l+s)=,即物块的动能为(F-f)(l+s).
对小车运用动能定理得,,则小车的动能为fs.
这一过程中物块和小车增加的机械能为=F(l+s)-fl.
物块和小车产生的内能Q=fl.故②④正确,①③错误.
故选:C.
如图,一个质量为0.6kg 的小球以某一初速度从P点水平抛出,恰好从光滑圆弧ABC的A点的切线方向进入圆弧(不计空气阻力,进入圆弧时无机械能损失).已知圆弧的半径R=0.3m,θ=60°,小球到达A点时的速度 v=4m/s.(取g=10m/s2)求:
(1)小球做平抛运动的初速度v0;
(2)P点与A点的水平距离;
(3)小球到达圆弧最高点C时小球的动能多大?
正确答案
解:(1)小球到A点的速度如图所示,由图可知
v0=vx=vAcosθ=4×0.5m/s=2m/s
(2)vy=vAsinθ=4×m/s=2
m/s
由平抛运动规律得:
由平抛运动的规律得:
x=v0t,
vy=gt,
vy2=2gh
带入数据,解得:h=0.6m,x=0.69m.
(3)由动能定律得::mv
-Ekc=mg(R+Rcosθ)
v代入数据得:Ekc=2.1J
答:(1)小球做平抛运动的初速度为2m/s;
(2)P点与A点的水平距离为0.69m;
(3)小球到达圆弧最高点C时小球的动能为2.1J.
解析
解:(1)小球到A点的速度如图所示,由图可知
v0=vx=vAcosθ=4×0.5m/s=2m/s
(2)vy=vAsinθ=4×m/s=2
m/s
由平抛运动规律得:
由平抛运动的规律得:
x=v0t,
vy=gt,
vy2=2gh
带入数据,解得:h=0.6m,x=0.69m.
(3)由动能定律得::mv
-Ekc=mg(R+Rcosθ)
v代入数据得:Ekc=2.1J
答:(1)小球做平抛运动的初速度为2m/s;
(2)P点与A点的水平距离为0.69m;
(3)小球到达圆弧最高点C时小球的动能为2.1J.
水平面上有质量分别为1kg和4kg的A、B两个物体,它们具有相同的初动能,到相同大小的阻力作用,最后停下来.A、B在静止前经过的距离之比为______,所用的时间之比为______.
正确答案
1:1
1:2
解析
解:根据动能定理可得,因初动能摩擦力相同,故
产生的加速度为a=,因质量之比为1:4,故加速度之比为4:1
由可知,初速度之比为2:1
根据t=可知
故答案为:1;1,1:2
一辆质量为2×103kg的汽车从静止开始沿一条平直公路运动,汽车先做匀加速直线运动,达到额定功率后以恒定功率行驶,前10s的v-t图象如图所示(图线中OA段是直线,AB段是曲线).已知汽车运动中受到的阻力是其重力的0.1倍,取g=10m/s2,求:
(1)0~5s内汽车牵引力的大小;
(2)汽车的额定功率和汽车可达到的最大速度;
(3)若汽车运动25s时达到最大速度,汽车在5s~25s这段时间内前进的距离.
正确答案
解:(1)由图可知0~5s内汽车的加速度为:a==2m/s2
由牛顿第二定律有:F-0.1mg=ma,F=ma+0.1mg=2000×2+0.1×2000×10N=6×103N
(2)P=Fv1=6×106×10W=60kW
当达最大速度v2时,牵引力等于阻力,则有:
P=fv2=0.1mgv2,
解得:v2==30m/s
(3)设5s~25s前进的位移为s,由动能定理有:
代入数据解得:s=200m
答:(1)0~5s内汽车牵引力的大小为6×103N
(2)汽车的额定功率和汽车可达到的最大速度30m/s;
(3)若汽车运动25s时达到最大速度,汽车在5s~25s这段时间内前进的距离为200m
解析
解:(1)由图可知0~5s内汽车的加速度为:a==2m/s2
由牛顿第二定律有:F-0.1mg=ma,F=ma+0.1mg=2000×2+0.1×2000×10N=6×103N
(2)P=Fv1=6×106×10W=60kW
当达最大速度v2时,牵引力等于阻力,则有:
P=fv2=0.1mgv2,
解得:v2==30m/s
(3)设5s~25s前进的位移为s,由动能定理有:
代入数据解得:s=200m
答:(1)0~5s内汽车牵引力的大小为6×103N
(2)汽车的额定功率和汽车可达到的最大速度30m/s;
(3)若汽车运动25s时达到最大速度,汽车在5s~25s这段时间内前进的距离为200m
质量m为0.5kg的小球,从离地面h为20m高处由静止释放,落地时小球的速度v为18m/s.求下落过程中空气对小球的平均阻力?
正确答案
解:整个运动过程,应用动能定理得:
答:下落过程中空气对小球的平均阻力为0.85N
解析
解:整个运动过程,应用动能定理得:
答:下落过程中空气对小球的平均阻力为0.85N
已知有个2kg的物体在以初速度5m/s运动,有个力施加在这个物体上,使物体的动能增加了100焦耳,求物体的末速度.
正确答案
解:根据△Ek=-
得:
v2==
=5
m/s
答:物体的末速度为5m/s.
解析
解:根据△Ek=-
得:
v2==
=5
m/s
答:物体的末速度为5m/s.
如图所示,斜面足够长,其倾角为α,质量为m的滑块,距挡板P为s0,以初速度v0沿斜面上滑,滑块与斜面间的动摩擦因数为μ,滑块所受摩擦力小于滑块沿斜面方向的重力分力,若滑块每次与挡板相碰均无机械能损失(即速度大小不变方向相反),求滑块在斜面上经过的总路程为多少?
正确答案
解:滑块在滑动过程中,要克服摩擦力做功,其机械能不断减少;又因为滑块所受摩擦力小于滑块沿斜面方向的重力分力,所以最终会停在斜面底端.
在整个过程中,受重力、摩擦力和斜面支持力作用,其中支持力不做功.设其经过和总路程为L,对全过程,由动能定理得:
解得:L=
答:滑块在斜面上经过的总路程为.
解析
解:滑块在滑动过程中,要克服摩擦力做功,其机械能不断减少;又因为滑块所受摩擦力小于滑块沿斜面方向的重力分力,所以最终会停在斜面底端.
在整个过程中,受重力、摩擦力和斜面支持力作用,其中支持力不做功.设其经过和总路程为L,对全过程,由动能定理得:
解得:L=
答:滑块在斜面上经过的总路程为.
质量相同的两个物体,它们的速度关系是v1=-v2,那么它们的动能关系是( )
正确答案
解析
解:由题意知,两个物体的速度大小相等,根据动能的计算式EK=mv2,两个物体的动能相等,即Ek1=Ek2,故B正确.
故选:B.
物块A与竖直弹簧相连,放在水平地面上.一个物块B由距离弹簧上端O点H高处自由落下,落到弹簧上端后将弹簧压缩.为了研究物块B下落的速度随时间的变化规律和物块A对地面的压力随时间的变化的规律,某同学在物块A的正下方放置了一个压力传感器,测量物块A对地面的压力.在物块B的正上方放置了一个速度传感器测量物块B下落的速度.在实验中测得:物块A对地面的最小压力为F1,当物块B有最大速度时,物块A对地面的压力为F2,已知弹簧的劲度系数为k,物块B的最大速度为v,重力加速度为g,不计弹簧的质量.求:
(1)物块A的质量
(2)物块B从压缩弹簧开始直到B达到最大速度的过程中,它对弹簧做的功.
正确答案
解:(1)物块B没有落到弹簧上时,物块A对地面的压力最小.
此时A静止,F1=mAg
则
(2)物块B落到弹簧上时将弹簧压缩,当物块B的重力等于弹簧的弹力时,物块B的速度最大.则有kx=mBg
此时对A有:F2=mAg+mBg
物块B由静止下落,到速度最大的过程中,根据动能定理:
解得:
答:
(1)物块A的质量为.
(2)物块B从压缩弹簧开始直到B达到最大速度的过程中,它对弹簧做的功为(F2-F1)-
.
解析
解:(1)物块B没有落到弹簧上时,物块A对地面的压力最小.
此时A静止,F1=mAg
则
(2)物块B落到弹簧上时将弹簧压缩,当物块B的重力等于弹簧的弹力时,物块B的速度最大.则有kx=mBg
此时对A有:F2=mAg+mBg
物块B由静止下落,到速度最大的过程中,根据动能定理:
解得:
答:
(1)物块A的质量为.
(2)物块B从压缩弹簧开始直到B达到最大速度的过程中,它对弹簧做的功为(F2-F1)-
.
如图所示,细线挂着质量为m的小球静止在位置A,现用水平恒力F将其从位置A向右拉到位置B点,此时线与竖直方向夹角为θ,且tanθ=
.则小球在从A到B的过程中( )
正确答案
解析
解:A、据题:tanθ=,即F=mgtanθ,重力G和力F的合力正好沿细线向下,则在A到B的过程中,mg与F的合力对小球做正功,细线的拉力不做功,由动能定理可知,小球在B点时的速度不为零,由功能原理可知,恒力F做的功等于小球机械能的增量,大于小球势能的增量,故A正确;
B、小球在B点时有速度,恰好由合力提供向心力,则加速度不为零,速度也不为零,故B错误;
C、设线与竖直方向的夹角最大为α,根据动能定理得:FLsinα-mgL(1-cosα)=0
将F=mgtanθ代入得:tanθ==tan
,则得 α=2θ.故C正确;
D、若在B点将力F撤去,由于存在速度,所以小球来回摆动时偏离竖直方向的最大角度大于θ,故D正确;
故选:ACD
(2015秋•青海校级期末)质量为m的物体从高为h的斜面顶端的A点由静止开始下滑,最后停在平面上的C点,如图所示,若C点给物体一个水平向左的初速度v,使物体能够沿斜面上滑并使物体能到达A点,试求物体的初速度v.
正确答案
解:在下滑过程中由动能定理可得mgh-Wf=0-0
在上滑过程中由动能定理可得
-mgh-Wf=0-
联立解得v=
答:物体的初速度v为
解析
解:在下滑过程中由动能定理可得mgh-Wf=0-0
在上滑过程中由动能定理可得
-mgh-Wf=0-
联立解得v=
答:物体的初速度v为
如图所示,在以角速度ω=2rad/s匀速转动的水平圆盘上,放一质量m=5kg的滑块,滑块离转轴的距离r=0.2m,滑块跟圆盘一起做匀速圆周运动(二者未发生相对滑动).
(1)求滑块运动的线速度大小.
(2)求滑块受到的静摩擦力的大小和方向.
(3)若将圆盘转动角速度缓慢增大到ω′=4rad/s且滑块与圆盘始终为发生相对滑动,求摩擦力对滑块所做的功.
正确答案
解:(1)滑块的线速度大小v=ωr
代入数据得 v=0.4m/s
(2)滑块受到静摩擦力的大小
代入数据得 Ff=4N
方向:由所在位置垂直指向转轴
(3)v′=ω′r=0.8m/s
由动能定理得
代入数据得Wf=1.2J
答:(1)求滑块运动的线速度大小0.4m/s.
(2)求滑块受到的静摩擦力的大小4N
方向:由所在位置垂直指向转轴
(3)摩擦力对滑块所做的功1.2J.
解析
解:(1)滑块的线速度大小v=ωr
代入数据得 v=0.4m/s
(2)滑块受到静摩擦力的大小
代入数据得 Ff=4N
方向:由所在位置垂直指向转轴
(3)v′=ω′r=0.8m/s
由动能定理得
代入数据得Wf=1.2J
答:(1)求滑块运动的线速度大小0.4m/s.
(2)求滑块受到的静摩擦力的大小4N
方向:由所在位置垂直指向转轴
(3)摩擦力对滑块所做的功1.2J.
关于动能的理解,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、动能是普遍存在的机械能的一种基本形式,运动的物体都就有动能.故A正确.
B、根据Ek=mv2知,质量为正值,速度的平方为正值,则动能一定为正值,对于不同的参考系,速度不同,则物体的动能不同.故B正确.
C、一定质量的物体,动能变化,则速度的大小一定变化,所以速度一定变化;但是速度变化,动能不一定变化,比如做匀速圆周运动,速度方向变化,大小不变,则动能不变.故C错误.
D、动能不变的物体,速度方向可能变化,则不一定处于平衡状态.故D错误.
故选:AB.
一质量为m的小球栓在细绳的一端,另一端大小为F的拉力作用,在水平面上做半径为R的匀速圆周运动,如图所示,现将拉力逐渐增大,当拉力增大到8F时,小球仍做匀速圆周运动,半径为
.试求该过程中拉力所做的功.
正确答案
解:设当绳的拉力为F时,小球做匀速圆周运动的线速度为v1,则有 F=m.
当绳的拉力增大到8F时,设小球做匀速圆周运动的线速度为v2,则有 8F=m.
在绳的拉力由F增至为8F的过程中,根据动能定理得
W=mv22-
mv12
联立解得 W=FR.
答:该过程中拉力所做的功为FR.
解析
解:设当绳的拉力为F时,小球做匀速圆周运动的线速度为v1,则有 F=m.
当绳的拉力增大到8F时,设小球做匀速圆周运动的线速度为v2,则有 8F=m.
在绳的拉力由F增至为8F的过程中,根据动能定理得
W=mv22-
mv12
联立解得 W=FR.
答:该过程中拉力所做的功为FR.
如图所示,小球沿光滑的水平面冲上一光滑的半圆形轨道,轨道半径为R,小球在轨道的最高点对轨道压力等于小球的重力,问:
(1)画出小球在最高点的受力情况,并指出向心力的来源.
(2)小球在最高点的速度为多大?
(3)小球落地时,距最高的水平位移是多少?
(4)小球落地时速度为多大?
正确答案
解:(1)如图所示:向心力由重力与支持力的合力提供.
(2)由mg+N=,mg=N
解得:.
(3)根据2R=得,t=
,
则水平距离x=.
(4)小球落地时竖直分速度,
则落地的速度vt==
.
答:(1)受力如图所示,向心力由重力与支持力的合力提供.
(2)小球在最高点的速度为;
(3)小球落地时,距最高的水平位移是;
(4)小球落地时速度为.
解析
解:(1)如图所示:向心力由重力与支持力的合力提供.
(2)由mg+N=,mg=N
解得:.
(3)根据2R=得,t=
,
则水平距离x=.
(4)小球落地时竖直分速度,
则落地的速度vt==
.
答:(1)受力如图所示,向心力由重力与支持力的合力提供.
(2)小球在最高点的速度为;
(3)小球落地时,距最高的水平位移是;
(4)小球落地时速度为.
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