- 机械能守恒定律
- 共29368题
如图所示,固定在斜面下端与半径为R的圆轨道平滑连接,现使小球从斜面上某高处由静止释放,不计一切摩擦,则要使小球不在圆轨道上(端点除外)脱离圆轨道,其释放的高度h为( )
正确答案
解析
解:物体不脱离轨道,在圆轨道内最高点到达圆心所在平面,根据动能定理可得mgh-mgR≤0,解得h≤R
不脱离轨道,能通过最高点,则刚好通过最高点时mg=
mgh-2mgR=
联立解得h=2.5R,即h≥2.5R
故选:C
关于对动能的理解,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、根据动能的公式Ek=,动能不可能为负值,可以为正值,也可能为零,故B错误;
C、一定质量的物体,动能变化时,根据动能的公式Ek=,速度大小一定变化,故速度一定变化,故C正确;
D、一定质量的物体,速度变化时,速度的大小不一定变化,如匀速圆周运动,故动能不一定改变,故D错误;
故选:AC.
如图所示,一个质量为1kg的小球从光滑弧形轨道的A点静止运动到B点,小球到达B点时的速度大小是10m/s求:
(1)AB间的高度是多少?
(2)若弧形轨道是不光滑,小球到达B点时的速度大小是8m/s,则整个过程克服阻力做功是多少?
正确答案
解:(1)从A到B由动能定理可得mgh=
h=
(2)整个过程有动能定理可得
mgh-Wf=-0
代入数据解得Wf=18J
答:(1)AB间的高度是5m
(2)若弧形轨道是不光滑,小球到达B点时的速度大小是8m/s,则整个过程克服阻力做功是18J
解析
解:(1)从A到B由动能定理可得mgh=
h=
(2)整个过程有动能定理可得
mgh-Wf=-0
代入数据解得Wf=18J
答:(1)AB间的高度是5m
(2)若弧形轨道是不光滑,小球到达B点时的速度大小是8m/s,则整个过程克服阻力做功是18J
如图,一个质量为2kg的物体,在大小为10N,与水平方向成60°的拉力F作用下,在水平方向上移动2m,物体与地面间的滑动摩擦力为4N,则拉力对物体做功______J,可求摩擦力做功为______ J,物体的动能______ (填增加,减少或不变).
正确答案
10
-8
增加
解析
解:拉力对物体做功 WF=FLcos60°=10×2×J=10J
摩擦力做功为 Wf=-fL=-4×2J=-8J
由动能定理得物体的动能变化量△Ek=WF+Wf=2J>0,则动能增大.
故答案为:10,-8,增加.
一竖直面内的轨道是由粗糙斜面 AB 和光滑圆轨道 BCD 组成,AB 与 BCD 相切于 B点,C 为圆轨道的最低点.将物块置于轨道 ABC上离地面高为 H处由静止下滑,可用力传感器测出其经过 C 点时对轨道的压力N.现将物块放在ABC上不同高度处,让H从0开始逐渐增大,传感器测得物块每次从不同高度处下滑到C点时对轨道压力N,得到如图乙两段直线PQ和QI,且IQ 反向延长交纵轴点坐标值为2.5N,重力加速度g取 10m/s2,求:
(1)小物块的质量 m及圆轨道的半R=?
(2)轨道 DC 所对圆心角
(3)小物块与斜面 AB 间的动摩擦因数.
正确答案
解:(1)从圆轨道BC下来,由动能定理可知
在C点合力提供向心力
结合PQ段图象由
mg=2N
m=0.2Kg
∴R=1m
(2)轨道BC所对圆心角由几何关系可知:
θ=600
(3)从A到C,由动能定理可得
到达C点处由向心力公式可得
故:
答:(1)小物块的质量 为0.2Kg及圆轨道的半径为1m
(2)轨道 DC 所对圆心角为60°
(3)小物块与斜面 AB 间的动摩擦因数
解析
解:(1)从圆轨道BC下来,由动能定理可知
在C点合力提供向心力
结合PQ段图象由
mg=2N
m=0.2Kg
∴R=1m
(2)轨道BC所对圆心角由几何关系可知:
θ=600
(3)从A到C,由动能定理可得
到达C点处由向心力公式可得
故:
答:(1)小物块的质量 为0.2Kg及圆轨道的半径为1m
(2)轨道 DC 所对圆心角为60°
(3)小物块与斜面 AB 间的动摩擦因数
如图所示,竖直面内,粗糙弧形轨道AB与光滑圆环轨道相切于B点,圆环半径R=4m,一个质量m=0.5kg的小球(视为质点)从距B点竖直高度h=12m的A点,由静止开始沿弧形轨道AB滑下,接着进入圆环轨道,当到达环顶C时,对轨道的压力刚好为零.g取10m/s2,求:
(1)小球到达C点时的速度vc的大小;
(2)小球过B点时圆环轨道对其支持力FN的大小;
(3)小球从A到B的过程中,摩擦力对球做的功Wf.
正确答案
解:(1)由于小球在C处对轨道无挤压:
由牛顿第二定律:①
解得:m/s ②
(2)令小球经过B时速度为vB,从B到C由动能定理:③
解得m/s ④
在B点由牛顿第二定律:⑤(1分)
联立①、②式解得FN=N=30N
(3)小球从A到B的过程中,由动能定理:
解得:Wf=12J=-10J
答:(1)小球到达C点时的速度vc的大小;(2)小球过B点时圆环轨道对其支持力FN的大小30N;(3)小球从A到B的过程中,摩擦力对球做的功Wf为-10J
解析
解:(1)由于小球在C处对轨道无挤压:
由牛顿第二定律:①
解得:m/s ②
(2)令小球经过B时速度为vB,从B到C由动能定理:③
解得m/s ④
在B点由牛顿第二定律:⑤(1分)
联立①、②式解得FN=N=30N
(3)小球从A到B的过程中,由动能定理:
解得:Wf=12J=-10J
答:(1)小球到达C点时的速度vc的大小;(2)小球过B点时圆环轨道对其支持力FN的大小30N;(3)小球从A到B的过程中,摩擦力对球做的功Wf为-10J
一粗糙半圆轨道MN竖直放置,直径MN位于水平,如图所示,一小物块从M点正上方高H处自由下落,正好滑入半圆轨道,它离开N点后上升的高度为
.当小物块接着下落后又从N点滑入半圆轨道后,如不计空气阻力,则小物块( )
正确答案
解析
解:质点第一次在槽中滚动过程,由动能定理得:
mg(H- )+(-Wf)=0-0
(Wf为质点克服摩擦力做功大小)
解得:Wf=mgH
即第一次质点在槽中滚动损失的机械能为mgH;
由于第二次小球在槽中滚动时,对应位置处速度变小,因此槽给小球的弹力变小,摩擦力变小,摩擦力做功小于mgH,机械能损失小于
mgH,因此小球再次冲出a点时,能上升的高度大于零而小于
H;
故ABD错误,C正确;
故选:C.
如图所示,一弹簧与物块相连,物块的质量为m,它与水平面间的动摩擦因数为μ,起初,用手按住物块,物块的速度为零,弹簧的伸长量为x,然后放手,当弹簧的长度回到原长时,物块的速度为v,试用动能定理求此过程中弹力所做的功.
正确答案
解:由题意知,物块所受摩擦力f=μmg,放手后只有弹力和摩擦力做对物块做功,根据动能定理有:
可得此过程中弹力做功W=
答:此过程中弹力所做的功为.
解析
解:由题意知,物块所受摩擦力f=μmg,放手后只有弹力和摩擦力做对物块做功,根据动能定理有:
可得此过程中弹力做功W=
答:此过程中弹力所做的功为.
如图所示,竖直轻橡皮筋上端固定于O,下端A与放在水平面上的质量为m=0.40kg的小物块P相接,P对水平地面的压力恰为P重力的
,紧靠OA右侧有一光滑钉子B,B到O点的距离恰好等于橡皮筋原长,给O一向右的水平初速度υ0=2.0m/s,P向右滑行S=0.40m后,到达C点,初速度减小为υ=1.0m/s.已知P与水平地面间的动摩擦因数为μ=0.15,橡皮筋的形变始终在弹性限度内,且其劲度系数不变,g取10m/s2.求P从A到C过程中橡皮筋增加的弹性势能.
正确答案
解:设橡皮筯劲度系数为K.
在滑行过程中的任一位置,橡皮筯伸长的长度为x,则摩擦力为f=μ(mg-Kxsinθ),式中xsinθ==x0,Kx0=mg-
mg=
mg
代入可得f=0.45N.
由动能定理-W-fs=mυ2-
式中W=△Ep,则可得△Ep=m(
-υ2)-fs=0.42J.
答:P从A到C过程中橡皮筋增加的弹性势能为0.42J.
解析
解:设橡皮筯劲度系数为K.
在滑行过程中的任一位置,橡皮筯伸长的长度为x,则摩擦力为f=μ(mg-Kxsinθ),式中xsinθ==x0,Kx0=mg-
mg=
mg
代入可得f=0.45N.
由动能定理-W-fs=mυ2-
式中W=△Ep,则可得△Ep=m(
-υ2)-fs=0.42J.
答:P从A到C过程中橡皮筋增加的弹性势能为0.42J.
质量为m的跳水运动员,从离水面高h的跳台上以速度v1斜向上跳起,跳起高度离跳台为H,最后以速度v2进入水中,不计空气阻力,则运动员起跳时所做的功( )
正确答案
解析
解:运动员所做的功转化为运动员的动能,为:W=mv12,
在整个过程中,由动能定理可得:mgh=mv22-
mv12,
解得运动员所做的功为:W=mv12=
mv22-mgh,
故选:AD.
如图所示,在竖直平面内固定一半径R为2m、圆心角为106°的光滑圆弧轨道BEC,其中E点是最低点.在B、C两端平滑、对称地连接长度均为2.5m的AB、CD两段粗糙直轨道,直轨道上端A、D与最低点E之间的高度差h均为2.8m.现将质量为0.01kg的小物块由A点静止释放,物块与直轨道间的动摩擦因数均为0.4.(g取10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6),忽略空气阻力的影响,求:
(1)小物块从静止释放到第一次过E点时重力做的功;
(2)小物块第一次通过E点时的动能;
(3)小物块在E点时受到支持力的最小值.
正确答案
解:(1)从A到E过程,重力做功为:W1=mgh=0.01×10×2.8=0.28J;
(2)从A到E过程,有重力和摩擦力做功,根据动能定理,有:
W1-μmgcos53°•L=
解得:Ek==0.22J;
(3)最终,滑块在圆弧间来回滑动,根据机械能守恒定律,有:
mg(R-Rcos53°)=①
在E点,重力和支持力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
N-mg=m②
联立①②解得:
N=1.8mg=1.8×0.01×10=0.18N;
答:(1)小物块从静止释放到第一次过E点时重力做的功为0.28J;
(2)小物块第一次通过E点时的动能大小为0.22J;
(3)小物块在E点时受到支持力的最小值为0.18N.
解析
解:(1)从A到E过程,重力做功为:W1=mgh=0.01×10×2.8=0.28J;
(2)从A到E过程,有重力和摩擦力做功,根据动能定理,有:
W1-μmgcos53°•L=
解得:Ek==0.22J;
(3)最终,滑块在圆弧间来回滑动,根据机械能守恒定律,有:
mg(R-Rcos53°)=①
在E点,重力和支持力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
N-mg=m②
联立①②解得:
N=1.8mg=1.8×0.01×10=0.18N;
答:(1)小物块从静止释放到第一次过E点时重力做的功为0.28J;
(2)小物块第一次通过E点时的动能大小为0.22J;
(3)小物块在E点时受到支持力的最小值为0.18N.
为了节约能源,有的地下铁道的车站站台建得比较高,车辆进站时要上坡,出站时要下坡,如图所示.设某车站的站台高度h=2m,进站斜坡的长度为50m,车辆进站前到达斜坡时的速度大小为36km/h,此时关闭车辆的动力,车辆“冲”上站台.假设车辆在斜坡和水平轨道上受到铁道的摩擦力均为其重力的0.05倍,取g=10m/s2.求:
(1)车辆刚冲上站台时的速度多大?
(2)车辆在站台上运行的距离多远?
正确答案
解:(1)车辆受到的摩擦力为:f=0.05mg=0.5m
由动能定理有:-mgh-fs1=mv22-
mv12
代入数据解得:v2==
=
m/s=3.16m/s
(2)车辆在站台上运动由动能定理:-fs2=0-mv22
解得:s2==
=10m
答:(1)车辆刚冲上站台时的速度为3.16m/s;
(2)车辆在站台上运行的距离为10m.
解析
解:(1)车辆受到的摩擦力为:f=0.05mg=0.5m
由动能定理有:-mgh-fs1=mv22-
mv12
代入数据解得:v2==
=
m/s=3.16m/s
(2)车辆在站台上运动由动能定理:-fs2=0-mv22
解得:s2==
=10m
答:(1)车辆刚冲上站台时的速度为3.16m/s;
(2)车辆在站台上运行的距离为10m.
如图所示,ABC为一固定的半圆形轨道,轨道半径R=0.4m,A、C两点在同一水平面上.现从A点正上方h=1.4m的地方自由释放质量m=2kg的小球(可视为质点),小球刚好从A点进入半圆轨道.不计空气阻力,重力加速度g取10m/s2.
(1)若轨道光滑,求小球下落到最低点B时的速度大小;
(2)若轨道光滑,求小球相对C点上升的最大高度;
(3)因为轨道存在摩擦,实际发现小球只能上升到C点,求小球从开始释放运动到C点过程中摩擦力所做的功.
正确答案
解:(1)小球从开始下落到最低点B的过程中,根据机械能守恒定律有:
mg(h+R)=
代入数据得:vB=6m/s
(2)由于轨道光滑,只有重力做功,满足机械能守恒,所以小球相对C点上升的最大高度依然为h=1.6m.
(3)对于全过程,根据动能定理得:
mgh-Wf=0
解得:Wf=28J
所以小球克服摩擦力所做的功 W克=-Wf=6J
答:(1)小球下落到最低点B时的速度大小为6m/s;
(2)小球相对C点上升的最大高度为1.4m;
(3)小球在半圆轨道上克服摩擦力所做的功为28J.
解析
解:(1)小球从开始下落到最低点B的过程中,根据机械能守恒定律有:
mg(h+R)=
代入数据得:vB=6m/s
(2)由于轨道光滑,只有重力做功,满足机械能守恒,所以小球相对C点上升的最大高度依然为h=1.6m.
(3)对于全过程,根据动能定理得:
mgh-Wf=0
解得:Wf=28J
所以小球克服摩擦力所做的功 W克=-Wf=6J
答:(1)小球下落到最低点B时的速度大小为6m/s;
(2)小球相对C点上升的最大高度为1.4m;
(3)小球在半圆轨道上克服摩擦力所做的功为28J.
在同一高度将三个小球以相等的速度大小分别竖直上抛、竖直下抛、水平抛出,不计空气阻力,从抛出到落地过程中三球一定相等物理量有( )
正确答案
解析
解:A、重力做功与路径无关,只与初末位置有关,W=mgh,因为质量不一定相同,故重力做功不一定相同,故A错误;
B、小球运动过程中,只有重力做功,机械能守恒,mgh=知末速度大小相等,但速度方向不同,故B正确;
C、竖直方向的初速度不同,加速度相同,h相同,根据x=v0t+知时间不同,故C错误;
D、落地动能Ek==mgh,因质量不一定相同,故落地动能不一定相同,故D错误.
故选:B.
如图所示,一条轨道固定在竖直平面内,粗糙的ab段水平,bcde段光滑,cde段为以O点为圆心、R为半径的一小段圆弧,O点与ab段在同一水平面上.可看成质点的物体放在a处,与ab段间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g.现给物体一初速v0=
,当物体滑行到d点时速度沿水平方向,此时轨道对它的支持力大小等于重力的
,求:
(1)物体在d点的速度大小vd;
(2)物体在b点的速度大小vb;
(3)ab段的长度s.
正确答案
解:(1)物体在d点,根据牛顿第二定律有:
mg-mg=
…①
解得:υd=…②
(2)物体从b到d过程,只有重力做功,机械能守恒有:
mυb2=mgR+
mυd2 …③
解得:vb=… ④
(3)物体在ab段滑行过程,用动能定理得:
…⑤
联立解得:s=.
答:(1)物体在d点的速度大小为;
(2)物体在b点的速度大小为;
(3)ab段的长度s为.
解析
解:(1)物体在d点,根据牛顿第二定律有:
mg-mg=
…①
解得:υd=…②
(2)物体从b到d过程,只有重力做功,机械能守恒有:
mυb2=mgR+
mυd2 …③
解得:vb=… ④
(3)物体在ab段滑行过程,用动能定理得:
…⑤
联立解得:s=.
答:(1)物体在d点的速度大小为;
(2)物体在b点的速度大小为;
(3)ab段的长度s为.
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