- 机械能守恒定律
- 共29368题
甲、乙两物体质量相等,速度大小之比是2:1,则甲与乙的动能之比是( )
正确答案
解析
解:两物体的动能之比为=
=
;
故选D.
如图所示,质量为 m=0.1kg的小球置于平台末端A点,平台的右下方有一个表面光滑的斜面体,在斜面体的右边固定一竖直挡板,轻质弹簧拴接在挡板上,弹簧的自然长度为 x0=0.3m,斜面体底端 C 距挡板的水平距离为 d2=1m,斜面体的倾角为 θ=45°,斜面体的高度 h=0.5m.现给小球一大小为 v0=2m/s的初速度,使之在空中运动一段时间后,恰好从斜面体的顶端 B 无碰撞地进入斜面,并沿斜面运动,经过 C 点后再沿粗糙水平面运动,过一段时间开始压缩轻质弹簧.小球速度减为零时,弹簧被压缩了△x=0.1m.已知小球与水平面间的动摩擦因数 μ=0.5,设小球经过 C 点时无能量损失,重力加速度 g=10m/s2,求:
(1)平台与斜面体间的水平距离 d1;
(2)小球在斜面上的运动时间 t;
(3)弹簧压缩过程中的最大弹性势能 Ep.
正确答案
解:
(1)小球到达斜面顶端时vBy=v0tanθ
则有vBy=gt1
又d1=v0t1
解得:d1=0.4m
(2)在 B 点,
小球由 B 到 C 过程中,由牛顿第二定律,则有mgsinθ=ma
位移与速度表达式,
又vC=vB+at
解得:t1=0.2s
(3)小球在水平面上的运动过程中,
根据能量守恒定律,则有,△x+EP
解得:EP=0.5J
答:(1)平台与斜面体间的水平距离为0.4m;
(2)小球在斜面上的运动时间为0.2s;
(3)弹簧压缩过程中的最大弹性势能为0.5J.
解析
解:
(1)小球到达斜面顶端时vBy=v0tanθ
则有vBy=gt1
又d1=v0t1
解得:d1=0.4m
(2)在 B 点,
小球由 B 到 C 过程中,由牛顿第二定律,则有mgsinθ=ma
位移与速度表达式,
又vC=vB+at
解得:t1=0.2s
(3)小球在水平面上的运动过程中,
根据能量守恒定律,则有,△x+EP
解得:EP=0.5J
答:(1)平台与斜面体间的水平距离为0.4m;
(2)小球在斜面上的运动时间为0.2s;
(3)弹簧压缩过程中的最大弹性势能为0.5J.
如图所示,物体在水平面上由某一初速度运动,运动s后冲上斜面,若斜面及水平面的动摩擦因数均为μ,斜面倾角为θ=37°,若物体能在斜面上上升的最大高度为H,求物体的初速度.
正确答案
解:对全过程,由动能定理得:
-μmgs-mgH-μmgcos•=0-
解得 v0==
答:物体的初速度为.
解析
解:对全过程,由动能定理得:
-μmgs-mgH-μmgcos•=0-
解得 v0==
答:物体的初速度为.
如图所示,xOy平面为一光滑水平面,在此区域内有平行于xOy平面的匀强电场,场强大小E=100V/m;同时有垂直于xOy平面的匀强磁场.一质量m=2×10-6kg、电荷量q=2×10-7C的带负电粒子从坐标原点O以一定的初动能入射,在电场和磁场的作用下发生偏转,到达p(4,3)点时,动能变为初动能的0.5倍,速度方向垂直OP向上.此时撤去磁场,经过一段时间该粒子经过y轴上的M(0,6.25)点,动能变为初动能的0.625倍,求:
(1)粒子从O到P与从P到M的过程中电场力做功的大小之比;
(2)OP连线上与M点等电势的点的坐标;
(3)粒子由P点运动到M点所需的时间.
正确答案
解:(1)设粒子在P点时的动能为Ek,则初动能为2Ek,在M点的动能为1.25Ek.
由于洛伦兹力不做功,粒子从O点到P点和从P点到M点的过程中,电场力做的功大小分别为W1、W2
由动能定理得:
-W1=Ek-2Ek
W2=1.25Ek-Ek
则 W1:W2=4:1
(2)O点和P点及M点的电势差分别为:UOP=,UOM=
设OP连线上与M点电势相等的点为D,由几何关系得OP的长度为5m,
沿OP方向电势下降.则:=
=
=
得OD=3.75m,OP与X轴的夹角α,则:sinα=
D点的坐标为x D=ODcosα=3 m,YD=ODsinα=2.25m
即:D (3 m,2.25 m)
(3)由于OD=3.75 m 而OMcos∠MOP=3.75 m 所以MD垂直于OP
由于MD为等势线,因此OP为电场线,方向从O到P
带电粒子从P到M过程中做类平抛运动,设运动时间为t
则DP=
又,DP=OP-OD=1.25m
解得:t=0.5s
答:
(1)粒子从O到P与从P到M的过程中电场力做功的大小之比是4:1;
(2)OP连线上与M点等电势的点的坐标是(3 m,2.25 m);
(3)粒子由P点运动到M点所需的时间是0.5s.
解析
解:(1)设粒子在P点时的动能为Ek,则初动能为2Ek,在M点的动能为1.25Ek.
由于洛伦兹力不做功,粒子从O点到P点和从P点到M点的过程中,电场力做的功大小分别为W1、W2
由动能定理得:
-W1=Ek-2Ek
W2=1.25Ek-Ek
则 W1:W2=4:1
(2)O点和P点及M点的电势差分别为:UOP=,UOM=
设OP连线上与M点电势相等的点为D,由几何关系得OP的长度为5m,
沿OP方向电势下降.则:=
=
=
得OD=3.75m,OP与X轴的夹角α,则:sinα=
D点的坐标为x D=ODcosα=3 m,YD=ODsinα=2.25m
即:D (3 m,2.25 m)
(3)由于OD=3.75 m 而OMcos∠MOP=3.75 m 所以MD垂直于OP
由于MD为等势线,因此OP为电场线,方向从O到P
带电粒子从P到M过程中做类平抛运动,设运动时间为t
则DP=
又,DP=OP-OD=1.25m
解得:t=0.5s
答:
(1)粒子从O到P与从P到M的过程中电场力做功的大小之比是4:1;
(2)OP连线上与M点等电势的点的坐标是(3 m,2.25 m);
(3)粒子由P点运动到M点所需的时间是0.5s.
(2016•闸北区一模)质量为1kg的物体,以2m/s的速度在光滑水平长直轨道上滑行.从某时刻起对该物体施加一个沿轨道的水平力,经过一段时间后,物体的速度变化量大小为4m/s,则在此过程中水平力做的功可能为( )
正确答案
解析
解:已知物体的初速度v0为2m/s,物体的速度改变量的大小为4m/s
①若末速度方向与初速度方向相同时,则末速度大小为6m/s,根据动能定理得:
则在此过程中水平力做的功为
②若末速度方向与初速度方向相反时,则末速度大小为2m/s,则W=0.
综合以上分析,A、D正确,B、C错误;
故选:AD.
下列关于动能的表达式正确的是( )
正确答案
解析
解:运动的物体一定具有动能,动能和物体的质量、运动速度大小有关,即为EK=,故选D,ABC错误.
故选:D.
如图所示,A为一具有光滑曲面的固定轨道,轨道底端是水平的,质骨M=40kg的小车B静止于轨道右侧,其板与轨道底端靠近且在图同一水平面上,一个质量m=20kg的物体C以2.0m/s的初速度从轨道顶端滑下,冲上小车B后经一段时间与小车相对静止并继续一起运动,若轨道顶端与底端水平面的高度差h为0.8m,物体与小车板面间的动摩擦因数μ为0.40,小车与水平面间的摩擦忽略不计,(取g=10m/s)求:物休C滑到轨道底端时的速度大小.
正确答案
解:物体C下滑过程,根据动能定理可得:
mgh=mv22-
mv12
解得C滑到轨道底端时的速度大小为:
v2==2
m/s
答:物休C滑到轨道底端时的速度大小为2m/s.
解析
解:物体C下滑过程,根据动能定理可得:
mgh=mv22-
mv12
解得C滑到轨道底端时的速度大小为:
v2==2
m/s
答:物休C滑到轨道底端时的速度大小为2m/s.
一个人站在高出地面h处,抛出一个质量为m的物体,物体落地时速率为v,空气阻力可以忽略不计,则人对物体所做的功为( )
正确答案
解析
解:设人对物体所做的功为W,根据动能定理得
W+mgh=-0
得 W=-mgh
故选:C
如图的环状轨道处于竖直面内,它由半径分别为R和2R的两个半圆轨道、半径为R的两个四分之一圆轨道和两根长度分别为2R和4R的直轨道平滑连接而成.以水平线MN和PQ为界,空间分为三个区域.一质量为m小环穿在轨道内,它与两根直轨道间的动摩擦因数为μ(0<μ<1),而轨道的圆弧形部分均光滑.将小环在较长的直轨道CD上端的C点无初速释放,已知重力加速度为g,求:
(1)小环在第一次通过轨道最低点A时的速度vA的大小和小环对轨道的压力FN的大小;
(2)若从C点释放小环的同时,在区域Ⅱ再另加一垂直于轨道平面向里的、大小为mg的水平恒力,则小环在两根直轨道上通过的总路程多大?
正确答案
解:(1)根据动能定理得,mg•5R=,
解得.
根据牛顿第二定律得,
解得N=mg+m=11mg.
根据牛顿第三定律知,小环对轨道的压力FN的大小为11mg.
(2)小环最终在JM间做往复运动,M点的速度为零.滑动摩擦力的大小f=μF=μmg,
根据动能定理得,mg•4R-fs=0
解得s=.
答:(1)小环在第一次通过轨道最低点A时的速度vA的大小为,小环对轨道的压力FN的大小为11mg.
(2)小环在两根直轨道上通过的总路程为.
解析
解:(1)根据动能定理得,mg•5R=,
解得.
根据牛顿第二定律得,
解得N=mg+m=11mg.
根据牛顿第三定律知,小环对轨道的压力FN的大小为11mg.
(2)小环最终在JM间做往复运动,M点的速度为零.滑动摩擦力的大小f=μF=μmg,
根据动能定理得,mg•4R-fs=0
解得s=.
答:(1)小环在第一次通过轨道最低点A时的速度vA的大小为,小环对轨道的压力FN的大小为11mg.
(2)小环在两根直轨道上通过的总路程为.
质点在恒力作用下,从静止开始做直线运动,则质点动能( )
正确答案
解析
解:由题意可知,从静止开始做直线运动,在恒力作用下,做匀加速直线运动,因此速度与时间公式为v=at,s=,
则物体的动能EK==
=mas,因此AD正确,BC错误;
故选AD
如图所示,粗糙水平轨道AB与竖直平面内的光滑半圆轨道BDC在B处平滑连接,B、C分别为半圆轨道的最低点和最高点,D为半圆轨道的最右端.一个质量m的小物体P被一根细线拴住放在水平轨道上,细线的左端固定在竖直墙壁上.在墙壁和P之间夹一根被压缩的轻弹簧,此时P到B点的距离为x0.物体P与水平轨道间的动摩擦因数为μ,半圆轨道半径为R.现将细线剪断,P被弹簧向右弹出后滑上半圆轨道,恰好能通过C点.试求:
(1)物体经过B点时的速度的大小?
(2)细线未剪断时弹簧的弹性势能的大小?
(3)物体经过D点时合力的大小?
正确答案
解:(1)由于物体恰好能通过最高点C,则mg=
B到C机械能守恒,则mv
=mg•2R+
mv
解得:vB=
(2)P到B过程弹力、摩擦力做功,动能定理:
W弹-mgux0=mv
解得:W弹=mgR+mgux0,则弹簧的弹性势能为
mgR+mgux0
(3)B到D机械能守恒,则mv
=mgR+
mv
D点轨道对物块的支持力N=F向=
解得:N=3mg,则物体经过D点时合力F合=mg
答:(1)物体经过B点时的速度的大小为;
(2)细线未剪断时弹簧的弹性势能的大小为mgR+mgux0
(3)物体经过D点时合力的大小为.
解析
解:(1)由于物体恰好能通过最高点C,则mg=
B到C机械能守恒,则mv
=mg•2R+
mv
解得:vB=
(2)P到B过程弹力、摩擦力做功,动能定理:
W弹-mgux0=mv
解得:W弹=mgR+mgux0,则弹簧的弹性势能为
mgR+mgux0
(3)B到D机械能守恒,则mv
=mgR+
mv
D点轨道对物块的支持力N=F向=
解得:N=3mg,则物体经过D点时合力F合=mg
答:(1)物体经过B点时的速度的大小为;
(2)细线未剪断时弹簧的弹性势能的大小为mgR+mgux0
(3)物体经过D点时合力的大小为.
如下图是阿毛同学的漫画中出现的装置,描述了一个“吃货”用来做“糖炒栗子”的“萌”事儿:将板栗在地面小平台上以一定的初速度经两个四分之一圆弧衔接而成的轨道,从最高点P飞出进入炒锅内,利用来回运动使其均匀受热.我们用质量为m的小滑块代替栗子,借这套装置来研究一些物理问题.设大小两个四分之一圆弧半径为2R和R,小平台和圆弧均光滑.将过锅底的纵截面看作是两个斜面AB、CD和一段光滑圆弧组成.斜面动摩擦因数均为0.25,而且不随温度变化.两斜面倾角均为θ=37°,AB=CD=2R,A、D等高,D端固定一小挡板,碰撞不损失机械能.滑块的运动始终在包括锅底最低点的竖直平面内,重力加速度为g.
(1)如果滑块恰好能经P点飞出,为了使滑块恰好沿AB斜面进入锅内,应调节锅底支架高度使斜面的A、D点离地高为多少?
(2)接(1)问,求滑块在锅内斜面上走过的总路程.
(3)对滑块的不同初速度,求其通过最高点P和小圆弧最低点Q时受压力之差的最小值.
正确答案
解:(1)在P点,有 mg=m,得 vp=
到达A点时速度方向要沿着AB,
所以AD离地高度为
(2)进入A点滑块的速度为
假设经过一个来回能够回到A点,设回来时动能为Ek,因为,所以滑块不会滑到A而飞出.
根据动能定理得
mg2Rsinθ
得滑块在锅内斜面上走过得总路程
(3)设初速度、最高点速度分别为v1、v2
由牛顿第二定律得:
在Q点有
在P点有
所以
由机械能守恒得
得 为定值
带入v2的最小值得,压力差的最小值为9mg
答:(1)应调节锅底支架高度使斜面的A、D点离地高为R;
(2)滑块在锅内斜面上走过的总路程为.
(3)通过最高点P和小圆弧最低点Q时受压力之差的最小值为9mg.
解析
解:(1)在P点,有 mg=m,得 vp=
到达A点时速度方向要沿着AB,
所以AD离地高度为
(2)进入A点滑块的速度为
假设经过一个来回能够回到A点,设回来时动能为Ek,因为,所以滑块不会滑到A而飞出.
根据动能定理得
mg2Rsinθ
得滑块在锅内斜面上走过得总路程
(3)设初速度、最高点速度分别为v1、v2
由牛顿第二定律得:
在Q点有
在P点有
所以
由机械能守恒得
得 为定值
带入v2的最小值得,压力差的最小值为9mg
答:(1)应调节锅底支架高度使斜面的A、D点离地高为R;
(2)滑块在锅内斜面上走过的总路程为.
(3)通过最高点P和小圆弧最低点Q时受压力之差的最小值为9mg.
如图所示,粗糙的水平面AB右端B处于与用电动机带动水平传送带理想连接,传送带右端与足够高的光滑曲面相连,传送带长L=2.8m,皮带轮沿逆时针方向以恒定速度V=6m/s匀速传动.一个质量为m=1.0kg的滑块置于水平面上,开始时滑块从距B端d=3.6m的P点以初V0=10m/s速度向B运动,滑过传送带,并能滑上光滑曲面最大高度的D点.已知滑块与粗糙的水平间及传送带间的动摩擦因素均为μ=0.5,重力加速度g=10m/s2.求:
(1)滑块冲上光滑曲面的最大高度;
(2)滑块最终将停在何处?
正确答案
解:(1)滑块由P到C根据动能定理:
-μmg(d+L)=mvc2-
mv02--------------①
解得:vc=6m/s
滑块由C到D根据动能定理:
-mgh=0-mvc2------------②
解得:hc=1.8m
(2)滑块由D返回到C时速度仍为vc=6m/s,恰好与逆时针方向传送带速度相同,故滑块由C返回到B不受摩擦,是匀速运动,到B速度vc=vB=6m/s,
设滑块在AB面上滑行路程为S,根据动能定理:
-μmgS=0-mvB2-------③
解得:S=3.6m
故滑块又回到P点
答:(1)滑块冲上光滑曲面的最大高度为1.8m;
(2)滑块最终将停在P点.
解析
解:(1)滑块由P到C根据动能定理:
-μmg(d+L)=mvc2-
mv02--------------①
解得:vc=6m/s
滑块由C到D根据动能定理:
-mgh=0-mvc2------------②
解得:hc=1.8m
(2)滑块由D返回到C时速度仍为vc=6m/s,恰好与逆时针方向传送带速度相同,故滑块由C返回到B不受摩擦,是匀速运动,到B速度vc=vB=6m/s,
设滑块在AB面上滑行路程为S,根据动能定理:
-μmgS=0-mvB2-------③
解得:S=3.6m
故滑块又回到P点
答:(1)滑块冲上光滑曲面的最大高度为1.8m;
(2)滑块最终将停在P点.
一质量m=0.1kg的圆环套在固定的水平直杆上处于静止状态,如图,环与杆的动摩擦因|数μ=0.1.现给环一个向右的初速度υ0,如果在运动过程中环受到一个方向始终竖直向上的力F的作用,且F=kυ(k=1N.s/m,υ为环的运动速度),假设杆足够长,g取 10m/s2.
(1)当环的初速度υ0=1m/s时,通过计算说明此时环与杆之间是否存在摩擦力;
(2)当环的初速度υ0=0.5m/s时,计算环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功;
(3)有同学认为,不论环的初速度多人,环终将静止在杆上,你同意这个观点吗?请通过计算说明理由.
正确答案
解:(1)当环的初速度υ0=1m/s时,推力F=kv0=1×1=1N;
由于推力等于重力,故物体不受弹力和滑动摩擦力,处于二力平衡状态,加速度为零,做匀速直线运动;
(2)当环的初速度υ0=0.5m/s时,推力F=kv0=1×0.5=0.5N;
由于推力小于重力,故有向上的弹力后向左的摩擦力,最后静止,根据动能定理,有:
=0.0125J
(3)该观点错误,当初速度υ0≥1m/s时,受向下的弹力、推力、重力、向左的滑动摩擦力;
由于v减小,图推力减小,支持力减小,摩擦力减小;当速度减小为1m/s时,推力减小到等于重力,摩擦力减小为零,物体以1m/s的速度做匀速直线运动;
答:(1)当环的初速度υ0=1m/s时,环与杆之间不存在摩擦力;
(2)当环的初速度υ0=0.5m/s时,环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功为0.0125J;
(3)该同学的观点错误,当初速度υ0≥1m/s时,物体最后是以1m/s的速度做匀速直线运动.
解析
解:(1)当环的初速度υ0=1m/s时,推力F=kv0=1×1=1N;
由于推力等于重力,故物体不受弹力和滑动摩擦力,处于二力平衡状态,加速度为零,做匀速直线运动;
(2)当环的初速度υ0=0.5m/s时,推力F=kv0=1×0.5=0.5N;
由于推力小于重力,故有向上的弹力后向左的摩擦力,最后静止,根据动能定理,有:
=0.0125J
(3)该观点错误,当初速度υ0≥1m/s时,受向下的弹力、推力、重力、向左的滑动摩擦力;
由于v减小,图推力减小,支持力减小,摩擦力减小;当速度减小为1m/s时,推力减小到等于重力,摩擦力减小为零,物体以1m/s的速度做匀速直线运动;
答:(1)当环的初速度υ0=1m/s时,环与杆之间不存在摩擦力;
(2)当环的初速度υ0=0.5m/s时,环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功为0.0125J;
(3)该同学的观点错误,当初速度υ0≥1m/s时,物体最后是以1m/s的速度做匀速直线运动.
学校体育运动也存在危险,学生必须在专业老师的指导下进行体育锻炼.2015年4月28日,成都体院一学生在学校体操馆私自超纲练习后空翻动作时,不慎头部着地意外身亡.一位目击者看到该生头朝下,直直坠落到海绵垫上,头部受到强大的冲击力造成颈椎断裂.假设该同学质量60kg,空翻到最高点时头部离海绵垫上表面1m,头部撞击海绵垫直到停止,海绵垫厚度变化10cm,为了简化,假设海绵对人的作用力为恒力,试计算该同学颈椎受到的平均冲击力是多大?(取g=10m/s2)
正确答案
解:对人下降的全程,有:
mg(H+h)-Fh=0-0
解得:
F=mg()=60×
=6600N
答:该同学颈椎受到的平均冲击力是6600N.
解析
解:对人下降的全程,有:
mg(H+h)-Fh=0-0
解得:
F=mg()=60×
=6600N
答:该同学颈椎受到的平均冲击力是6600N.
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