- 机械能守恒定律
- 共29368题
如图甲所示是一打桩机的简易模型.质量m=1kg的物块在拉力F作用下从与铁钉接触处由静止开始运动,上升一段高度后撤去F,到最高点后自由下落,撞击铁钉,将铁钉打入10cm深度,物块不再被弹起.若以初始状态物块与铁钉接触处为零势能点,物块上升过程中,机械能E与上升高度h的关系图象如图乙所示.撞击前不计所有阻力,碰撞瞬间损失2J的能量,已知铁钉的质量为0.2kg,g=10m/s2.则( )
正确答案
解析
解:A、物体上升1m高度时的机械能E=mgh1,即:12=10×1+
v
,解得物体上升过程中最大速度v1=2m/s.根据匀变速直线运动的速度位移公式得:v12=2ah1,可知物体上升过程的加速度为:a=
=2m/s2.故AB错误;
C、根据速度位移公式得:v22=2ah′,
解得:v2==
m/s=1m/s;
根据牛顿第二定律得:F-mg=ma,
解得:F=mg+ma=1×12N=12N,
则拉力F的瞬时功率为:P=Fv=12×1W=12W.故C正确.
D、根据机械能守恒得,物体与钉子接触时的动能为12J,根据能量守恒得:
(m+m′)gh2+=fh2+△E,
代入数据(1+0.2)×10×0.1+12=f×0.1+2
得:f=112N.故D正确.
故选:CD
改变物体的质量和速度,都能使物体的动能发生改变,下列哪种情况,物体的动能是原来的2倍( )
正确答案
解析
解:
A、由动能表达式可知质量减半,速度增大到原来的2倍,动能变为
,故A正确.
B、速度不变,质量增大到原来的2倍,动能变为2EK,故B正确.
C、质量减半,速度增大到原来的4倍,动能变为,故C错误.
D、速度减半,质量增大到原来的4倍,动能变为,故D错误.
故选:AB
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段是以O为圆心、R为半径的一小段圆弧.可视为质点的物块A和B紧靠在一起,静止于b处,B的质量是A的2倍.两物体在足够大的内力作用下突然分离,分别向左、右始终沿轨道运动.B到d点时速度沿水平方向,此时轨道对B的支持力大小等于B所受重力的一半,A与ab段的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,求:
(1)物块B在d点的速度大小;
(2)物块A滑行的距离.
正确答案
解:(1)设物块A的质量为mA,B的质量为mB,
在d点物体B受重力和支持力,根据向心力公式可得,
mBg-mBg=mB
得 V=
(2)设A、B分开时的速度分别为V1,V2,
对B:从b到d的过程中机械能守恒 mBV22=
mBV2+mBgR
对A:在A滑行的过程中,由动能定理-μmAgS=0-mAV12
对A、B整个系统,动量守恒 mAV1=mBV2
联立以上各式可得
S=
答:(1)物块B在d点的速度大小为;
(2)物块A滑行的距离为.
解析
解:(1)设物块A的质量为mA,B的质量为mB,
在d点物体B受重力和支持力,根据向心力公式可得,
mBg-mBg=mB
得 V=
(2)设A、B分开时的速度分别为V1,V2,
对B:从b到d的过程中机械能守恒 mBV22=
mBV2+mBgR
对A:在A滑行的过程中,由动能定理-μmAgS=0-mAV12
对A、B整个系统,动量守恒 mAV1=mBV2
联立以上各式可得
S=
答:(1)物块B在d点的速度大小为;
(2)物块A滑行的距离为.
如图所示,水平面AB长l=18m,B点右侧通脱一小段光滑的圆弧连接足够长光滑斜面,斜面倾角为45°.一质量m=1kg的木块在F=10N的水平向右恒力作用下,从水平面上的A点由静止开始运动,木块与水平面间的动摩擦因素μ=0.1,经t=3.0s撤去恒力F.重力加速度取g=10m/s2.
(1)求力F产生的加速度;
(2)简要推断3.0s内木块的运动情况;
(3)求木块运动过程中动能的最大值.
正确答案
解:(1)由牛顿第二定律知:
(2)物体在水平面上的加速度:
设木块由A匀加速运动到B点的时间为t1,到B点时的速度为υB
υB=at1=9×2=18m/s
由于t=3s>t1木块将滑上斜面
由于Fcos45°=mgsin45°则木块在斜面上匀速运动
设木块在斜面上运动时间为t2,上升的距离为l2
t2=t-t1=3-2=1s
l2=υBt2=18×1=18m
即前2s木块以9m/s2的加速度从A点匀加速运动到B点;第3s木块在斜面上匀速运动.
(3)木块由A运动到B点后继续沿斜面上升到最高点,再返回到B点时动能最大.
答:(1)力F产生的加速度10m/s2;
(2)前2s木块以9m/s2的加速度从A点匀加速运动到B点;第3s木块在斜面上匀速运动;
(3)木块运动过程中动能的最大值289.26J.
解析
解:(1)由牛顿第二定律知:
(2)物体在水平面上的加速度:
设木块由A匀加速运动到B点的时间为t1,到B点时的速度为υB
υB=at1=9×2=18m/s
由于t=3s>t1木块将滑上斜面
由于Fcos45°=mgsin45°则木块在斜面上匀速运动
设木块在斜面上运动时间为t2,上升的距离为l2
t2=t-t1=3-2=1s
l2=υBt2=18×1=18m
即前2s木块以9m/s2的加速度从A点匀加速运动到B点;第3s木块在斜面上匀速运动.
(3)木块由A运动到B点后继续沿斜面上升到最高点,再返回到B点时动能最大.
答:(1)力F产生的加速度10m/s2;
(2)前2s木块以9m/s2的加速度从A点匀加速运动到B点;第3s木块在斜面上匀速运动;
(3)木块运动过程中动能的最大值289.26J.
如图所示,质量为m的小物块在粗糙水平桌面上做直线运动,经距离l后以速度v飞离桌面,最终落在水平地面上.已知l=1.4m,v=3.0m/s,m=0.10kg,物块与桌面间的动摩擦因数μ=0.25,桌面高h=0.45m.不计空气阻力,重力加速度g取10m/s2.求:
(1)小物块落地点距飞出点的水平距离x;
(2)小物块落地时的动能Ek;
(3)小物块在水平桌面上运动的初速度v0与时间t.
正确答案
解:(1)物块飞出桌面后做平抛运动,
竖直方向:h=gt2,解得:t=0.3s,
水平方向:s=vt=3×0.3m=0.9m;
(2)对物块从飞出桌面到落地,
由动能定理得:mgh=mv12-
mv2,
落地动能EK=mv12
联立解得EK=0.9J
(3)对滑块从开始运动到飞出桌面,
由动能定理得:-μmgl=mv2-
mv02,
解得:v0=4m/s;
减速时的加速度为a=
运动时间为t′=
答:(1)小物块落地点距飞出点的水平距离为0.9m.(2)小物块落地时的动能为0.9J.(3)小物块的初速度为4m/s,时间为0.4s.
解析
解:(1)物块飞出桌面后做平抛运动,
竖直方向:h=gt2,解得:t=0.3s,
水平方向:s=vt=3×0.3m=0.9m;
(2)对物块从飞出桌面到落地,
由动能定理得:mgh=mv12-
mv2,
落地动能EK=mv12
联立解得EK=0.9J
(3)对滑块从开始运动到飞出桌面,
由动能定理得:-μmgl=mv2-
mv02,
解得:v0=4m/s;
减速时的加速度为a=
运动时间为t′=
答:(1)小物块落地点距飞出点的水平距离为0.9m.(2)小物块落地时的动能为0.9J.(3)小物块的初速度为4m/s,时间为0.4s.
质量为1kg的足球以2m/s的速度飞来,它的动能是______J.运动员又以5m/s的速度将它踢飞,运动员对它做的功是______J.
正确答案
2
10.5
解析
解:质量为1kg的足球以2m/s的速度飞来,它的动能是:J
根据动能定理得,=
J
故答案为:2,10.5
质量为0.5kg的小球从空中某高度由静止开始下落到地面,该下落过程对应的v-t图象如图所示.小球与水平地面每次碰撞后离开地面时的速度大小为碰撞前的
.小球运动受到的空气阻力大小恒定,取g=10m/s2,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、小球在0-0.5s内下落的加速度为:a==
m/s2=8m/s2,
根据牛顿第二定律有:mg-f=ma,可得阻力大小为:f=m(g-a)=0.5×(10-8)N=1.0N,故A错误;
B、小球上升时空气阻力向下,据牛顿第二定律有:mg+f=ma′
解得上升的加速度为:a′=g+=10+
m/s2=12m/s2,故B错误;
C、由v-t图象知小球落地时的速度为4m/s,则第一次反弹时的初速度为:v0=v=3m/s.
则小球第一次上升的高度为:h==
m=0.375m,故C正确;
D、小球第一次上升过程中克服阻力做的功为 Wf=fh=0.375J,故D错误.
故选:C
(2015秋•六盘水校级月考)如图所示,质量为m=1kg的小球用长为L=1m的轻质细线悬于O点,与O点处于同一水平线上的P点处有一个光滑的细钉,在A点给小球一个水平向左的初速度,发现小球恰能到达跟P点在同一竖直线上的最高点B.(g=10m/s2)求:
(1)小球到达B点时的速率?
(2)若不计空气阻力,则初速度为多少?
(3)若初速度为3m/s,则小球在从A到B的过程中克服空气阻力做了多少功?
正确答案
解:(1)小球恰能经过圆弧轨迹的最高点B,在B点由重力提供向心力,由牛顿第二定律有:
…①
解得:=
…②
(2)小球从A点运动到B点,只有重力对它做功,根据动能定理有:
…③
联立②、③两式解得:…④
(3)由动能定理可得:
-mg(L+)+Wf=
mvB2-
mv02
解得:Wf=-27.5J
答:(1)小球到达B点时的速率为m/s;
(2)小球从A点出发时初速度为m/s;
(3)空气阻力做功为-27.5J
解析
解:(1)小球恰能经过圆弧轨迹的最高点B,在B点由重力提供向心力,由牛顿第二定律有:
…①
解得:=
…②
(2)小球从A点运动到B点,只有重力对它做功,根据动能定理有:
…③
联立②、③两式解得:…④
(3)由动能定理可得:
-mg(L+)+Wf=
mvB2-
mv02
解得:Wf=-27.5J
答:(1)小球到达B点时的速率为m/s;
(2)小球从A点出发时初速度为m/s;
(3)空气阻力做功为-27.5J
据中新社北京2月26日电,中国军队2013年将举行近40场军事演习,以提高信息化条件下威慑和实战能力.若在某次军事演习中,一跳伞队员在t=0时由静止的直升机上跳下,先做自由落体运动,在t1时刻,速度达到v1时打开降落伞,做减速运动,在t2时刻以速度v2着地,他的速度-时间图象如图所示.(跳伞队员的质量为M,降落伞的质量为m).据此,下列分析正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在0-t1时间内运动员做自由落体运动,其间机械能保持不变,后打开降落伞,有阻力做负功,其机械能减小,故A错误;
B、由v-t图象知,图线的斜率表示加速度的大小,所以知运动员减速下落过程中加速度越来越小,所受阻力越来越小,但由图线无法判断阻力大小与速度成正比,故B错误;
C、若第一个伞兵在空中打开降落伞时第二个伞兵立即跳下,由于第一个伞兵的速度先大于第二个伞兵的速度,然后又小于第二个伞兵的速度,所以空中的距离先增大后减小.故C正确;
D、根据动能定理,合外力对跳伞队员和降落伞做的功等于其动能的变化,因为在t1-t2的时间内,重力对他们做功,故其阻力做功等于的功为(m+M)(v22-v12)-(M+m)gh,故D正确.
故选:CD.
关于动能、动能定理,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据知,一定质量的物体,动能变化时,速度一定变化,速度变化时,可能速度大小不变,方向改变,则动能可能不变,故A正确.
B、动能不变的物体,速度不一定不变,比如匀速圆周运动,不是平衡状态,故B错误.
C、根据动能定理知,合力做正功,动能一定增加,故C错误.
D、物体所受的合力为零,物体处于平衡状态,动能不变,故D正确.
故选:AD.
如图所示,斜面和水平面由一小段光滑圆弧连接,斜面的倾角为37°,一质量为0.5kg的物块从距斜面底端B点5m处的A点由静止释放.已知物块与水平面和斜面的动摩擦因数均为0.3.(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)
(1)物块到达B点的速度为多大?
(2)物块在水平面上滑行的距离为多少?
(3)若物块开始静止在水平面上距B点10m的C点处,用大小为4.5N的水平恒力向右拉该物块,欲使物块能到达A点,水平恒力作用的最短距离为多大?
正确答案
解:(1)从A到B由动能定理得:
mvB2=mgLsin37°-μmg cos37°L
得vB=6m/s
(2)从B到C由动能定理得:
mvC2-
mvB2=-μmgS
解得 S=6m
(3)设力作用的最短距离为S′,根据动能定理可得:
FS′-μmgS-mgLsin37°-μmgLcos37°=0
解得:S′=8m
答:(1)物块到达B点的速度为6m/s
(2)物块在水平面上滑行的距离为6m
(3)水平恒力作用的最短距离为8m
解析
解:(1)从A到B由动能定理得:
mvB2=mgLsin37°-μmg cos37°L
得vB=6m/s
(2)从B到C由动能定理得:
mvC2-
mvB2=-μmgS
解得 S=6m
(3)设力作用的最短距离为S′,根据动能定理可得:
FS′-μmgS-mgLsin37°-μmgLcos37°=0
解得:S′=8m
答:(1)物块到达B点的速度为6m/s
(2)物块在水平面上滑行的距离为6m
(3)水平恒力作用的最短距离为8m
质量为m的石子从距地面高为H的塔顶以初速v0竖直向下运动,若只考虑重力作用,则石子下落到距地面高为h处时的动能为(g表示重力加速度)( )
正确答案
解析
解:石子下落过程中只受重力,只有重力做功,根据动能定理,有:
mg(H-h)=
解得:
故选:C.
如图所示,“
”型木块固定在地面上,木块水平表面AB粗糙,光滑表面BC且与水平面夹角为θ=37°.B点是弧形连接.一个质量为1kg的滑块从C点由静止开始下滑,经过1s时间达到B点.又经过2s时间停在A点.已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2.求:
(1)斜面BC的长度;
(2)运动过程中滑块克服摩擦力做的功.
正确答案
解:(1)分析滑块受力,如图
由牛顿第二定律得:
得:a1=gsinθ=6m/s2
通过图象可知滑块在斜面上运动时间为:t1=1s
由运动学公式得:L=a1t12=3m
(2)根据动能定理研究整个过程得
mgh+Wf=0-0
Wf=-18J,即运动过程中滑块克服摩擦力做的功是18J.
答:(1)斜面BC的长度是3m;
(2)运动过程中滑块克服摩擦力做的功是18J.
解析
解:(1)分析滑块受力,如图
由牛顿第二定律得:
得:a1=gsinθ=6m/s2
通过图象可知滑块在斜面上运动时间为:t1=1s
由运动学公式得:L=a1t12=3m
(2)根据动能定理研究整个过程得
mgh+Wf=0-0
Wf=-18J,即运动过程中滑块克服摩擦力做的功是18J.
答:(1)斜面BC的长度是3m;
(2)运动过程中滑块克服摩擦力做的功是18J.
一起重机以恒定的竖直向上的力F,将一质量为m的物体由静止开始向上提升,试用动能定理求物体上升到h高度时的速度.
正确答案
解:重物受重力和拉力,拉力做功为Fh,重力做功为-mgh,根据动能定理,有:
(F-mg)h=-0
解得:v=
答:物体上升到h高度时的速度为.
解析
解:重物受重力和拉力,拉力做功为Fh,重力做功为-mgh,根据动能定理,有:
(F-mg)h=-0
解得:v=
答:物体上升到h高度时的速度为.
光滑水平面上的A点有一物体,初速度为零,先以某一加速度a1向右做匀加速运动,一段时间后到达B点,这时加速度突然反向,且大小变为a2,经相同时间回到A点,已知物体到达B点时动能为20J,则物体回到A点时动能为( )
正确答案
解析
解:匀加速过程:vB=a1t①
②
匀减速过程(可返回) ③
s1+s2=0④
联立①②③④式,
可得 ⑤
∴a1:a2=1:3⑥
vA=vB+(-a2)t ⑦
联立①⑥⑦式,可得,负号表示两个速度方向相反.
∴物体在B点时的速度和回到A点时的速度大小之比为1:2
则B点的动能和A点的动能之比为1:4,所以物体回到A点时的动能为80J.故D正确,A、B、C错误.
故选D.
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