- 机械能守恒定律
- 共29368题
将质量m=2kg的金属小球从离地面H=2m的高处由静止释放,落入泥潭并陷入泥中h=10cm深处,不计空气阻力,g取10m/s2.求:泥潭对金属小球的平均阻力大小.
正确答案
解:对金属小球从开始到落到泥谭停止的整个过程中,由动能定理得:
mg(H+h)-h=0,
解得:=
=
N=42ON
答:泥潭对金属小球的平均阻力大小是420.
解析
解:对金属小球从开始到落到泥谭停止的整个过程中,由动能定理得:
mg(H+h)-h=0,
解得:=
=
N=42ON
答:泥潭对金属小球的平均阻力大小是420.
如图所示为儿童娱乐的滑梯示意图,其中AB为光滑斜面滑槽,与水平方向夹角为37°,斜面AB与水平滑槽BC有一小圆弧连接,粗糙水平滑槽BC与半径为0.2m的
圆弧CD相切,ED为地面.已知儿童在水平滑槽上滑动时的动摩擦因数为0.5,AB两点的竖直高度h=0.6m,不计空气阻力,求:
(1)儿童由A处静止起滑到B处时的速度大小;
(2)为了儿童在娱乐时能沿CD圆弧下滑一段,而不会从C处平抛飞出,水平滑槽BC至少应有多长?(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)
正确答案
解:(1)A到B过程,由机械能守恒得:
则 vB=2 m/s
(2)设儿童到达C点时速度为vC,他恰好从C处飞出平抛时,有 mg=m
则 vC==
m/s
从B到C,由动能定理得-μmgs=mvC2-
mvB2.
解得 s=1m
即水平滑槽BC至少应有1m长.
答:
(1)儿童由A处静止起滑到B处时的速度大小是2 m/s.
(2)水平滑槽BC至少应有1m长.
解析
解:(1)A到B过程,由机械能守恒得:
则 vB=2 m/s
(2)设儿童到达C点时速度为vC,他恰好从C处飞出平抛时,有 mg=m
则 vC==
m/s
从B到C,由动能定理得-μmgs=mvC2-
mvB2.
解得 s=1m
即水平滑槽BC至少应有1m长.
答:
(1)儿童由A处静止起滑到B处时的速度大小是2 m/s.
(2)水平滑槽BC至少应有1m长.
如图所示,传送带两轮间距为3m,不计轮的大小,水平传送带以2m/s的速度匀速运行,现将一质量为2kg的物体轻放在传送带上,物体与传送带间的动摩擦因数为0.2.若不计电动机自身消耗,则将物体传送的过程中( )
正确答案
解析
解:A、物体放上传送带即做匀加速直线运动,直到与传送带速度相等,以后做匀速直线运动.
加速度为:a=μg=0.2×10 m/s2=2 m/s2,
根据v=at,
解得:t==
s=1 s,
物体加速过程的位移为:l1=at2=1 m.
摩擦力对物体做正功,有:=μmg•l1=4 J,故A正确,B错误;
C、传送带在1 s内位移为:l2=vt=2 m.则相对位移为:△l=l2-l1=1 m,故系统发热为:Q==Ff△l=4 J,
所以电动机做的功为:W=+Q=8 J,故C正确;
D、功率为:P==8 W,故D正确;
故选:ACD
如图所示,ab是水平轨道,bc是位于竖直平面内的半圆形光滑轨道,半径R=0.225m,在b点与水平面相切,滑块质量为1Kg,滑块从水平轨道上距离b点1.20m的a点以初速度v0=6.00m/s向右运动,经过水平轨道和半圆轨道后从最高点c飞出,最后刚好落回轨道上的a点,重力加速度g取10m/s2,求:
(1)滑块从c点飞出时速度的大小;
(2)滑块经过c点时对轨道的压力;
(3)水平轨道与滑块间的动摩擦因数.(以上结果均保留3位有效数字)
正确答案
解:(1)滑块从c点做平抛运动,设初速度为v1,则
水平方向有:xab=v1t…①
竖直方向有:2R=gt2 …②
由①②两式并代入数据得:v1==4 m/s.
(2)在C点,根据牛顿第二定律得:
解得:FN=61.1N
根据牛顿第三运动定律得,滑块经过c点时对轨道的压力为:FN′=FN=61.1N,方向竖直向上
(3)在滑块从a点运动到c点的过程中,由动能定理得:
-mg×2R-μmgxab=mv
-
mv
代入数据解得水平轨道与滑块间的动摩擦因数为:μ=≈0.458.
答:(1)滑块从c点飞出时速度的大小是4m/s;
(2)滑块经过c点时对轨道的压力是61.1N,方向竖直向上;
(3)水平轨道与滑块间的动摩擦因数是0.458.
解析
解:(1)滑块从c点做平抛运动,设初速度为v1,则
水平方向有:xab=v1t…①
竖直方向有:2R=gt2 …②
由①②两式并代入数据得:v1==4 m/s.
(2)在C点,根据牛顿第二定律得:
解得:FN=61.1N
根据牛顿第三运动定律得,滑块经过c点时对轨道的压力为:FN′=FN=61.1N,方向竖直向上
(3)在滑块从a点运动到c点的过程中,由动能定理得:
-mg×2R-μmgxab=mv
-
mv
代入数据解得水平轨道与滑块间的动摩擦因数为:μ=≈0.458.
答:(1)滑块从c点飞出时速度的大小是4m/s;
(2)滑块经过c点时对轨道的压力是61.1N,方向竖直向上;
(3)水平轨道与滑块间的动摩擦因数是0.458.
如图,运动员正在进行滑板运动.图中AB段路面是水平的,长LAB=R,滑板与AB段路面的摩擦因数μ=0.5,BCD是一段半径为R的拱起光滑圆弧路面,圆弧的最高点C与水平地面的距离h=
R.已知人与滑板的总质量为m,运动员从A点由静止开始运动,在AB路段他单腿用力蹬地,到达B点前停止蹬地,然后冲上圆弧路段,到达C点时对地面压力为
mg,不计经过B点时的能量损失,重力加速度为g.求:
(1)运动员到达C点时速度的大小.
(2)运动员在AB段所做的功.
正确答案
解:(1)人和滑板在半径为R的圆周上作圆周运动,处于圆周轨道的最高点时所受重力和支持力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
mg-N=m
其中:
N=mg
联立解得:
vc=
(2)A到C的过程,该同学在AB段所做正功,重力在BC段做负功,总功的和等于动能的变化,即:
W-mgh-μmgR=
解得:W=mgR
答:(1)运动员到达C点时速度的大小为;
(2)运动员在AB段所做的功为mgR.
解析
解:(1)人和滑板在半径为R的圆周上作圆周运动,处于圆周轨道的最高点时所受重力和支持力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
mg-N=m
其中:
N=mg
联立解得:
vc=
(2)A到C的过程,该同学在AB段所做正功,重力在BC段做负功,总功的和等于动能的变化,即:
W-mgh-μmgR=
解得:W=mgR
答:(1)运动员到达C点时速度的大小为;
(2)运动员在AB段所做的功为mgR.
如图所示一根L=0.4m不可伸长的轻绳,一端系一质量为0.05kg的小球,另一端固定于O点.拉起小球至绳恰好伸直并处于水平后,在A点以一竖直向下的初速度v0=2
m/s释放,当小球运动至O点正下方B点时,绳恰好断裂,小球继续运动并垂直打在同一竖直平面内与水平面成θ=30°的足够大的挡板MN上的C点,g取10m/s2.求:
(1)小球从A点到C点重力做的功及在C点重力的瞬时功率;
(2)若N点开始时处于B点的正下方,现将档板以N为轴向下转动至水平位置,求小球打在挡板上的点到N点的距离.(答案可用根号表示)
正确答案
解:(1)从A到B,由动能定理得:mgL=-
得 vB==
=4m/s
设小球在C点的速度为vC,竖直方向的分速度为vy.
据题知,vC与挡板MN垂直,即vC与竖直方向的夹角为30°,则由速度的分解有
vC==8m/s
vy=vCcos30°=4m/s
由动能定理得:
小球从A点到C点重力做的功 WG=-
=
0.05×(64-8)J=1.4J
在C点时重力的瞬时功率 P=mgvy=2W
(2)B、C两点间的高度差为 h==2.4m
小球从B到C的时间 t==
s
BC间的水平距离 x=vBt=m
则BN间的高度 H=h+xtan30°=2.4+×
=4m
将档板以N为轴向下转动至水平位置,小球从B到落到板上的时间 t′==
s=
s
故小球打在挡板上的点到N点的距离 S=vBt′=m
答:
(1)小球从A点到C点重力做的功是1.4J,在C点时重力的瞬时功率是2W.
(2)小球打在挡板上的点到N点的距离是m.
解析
解:(1)从A到B,由动能定理得:mgL=-
得 vB==
=4m/s
设小球在C点的速度为vC,竖直方向的分速度为vy.
据题知,vC与挡板MN垂直,即vC与竖直方向的夹角为30°,则由速度的分解有
vC==8m/s
vy=vCcos30°=4m/s
由动能定理得:
小球从A点到C点重力做的功 WG=-
=
0.05×(64-8)J=1.4J
在C点时重力的瞬时功率 P=mgvy=2W
(2)B、C两点间的高度差为 h==2.4m
小球从B到C的时间 t==
s
BC间的水平距离 x=vBt=m
则BN间的高度 H=h+xtan30°=2.4+×
=4m
将档板以N为轴向下转动至水平位置,小球从B到落到板上的时间 t′==
s=
s
故小球打在挡板上的点到N点的距离 S=vBt′=m
答:
(1)小球从A点到C点重力做的功是1.4J,在C点时重力的瞬时功率是2W.
(2)小球打在挡板上的点到N点的距离是m.
如图,AB为
光滑弧形轨道,半径等于R=1m,O为圆心,BC为水平轨道.质量为m=2kg的物体,在A点以v0=4m/s的初速度沿轨道滑下并进入BC段.已知BC段的动摩擦因数μ=0.4,取g=10m/s2.求:
(1)物体滑至B点时的速度;
(2)物体滑至B点时对地的压力;
(3)物体最后停止在离B点多远的位置上.
正确答案
解:(1)由机械能守恒定律有
解出v=6m/s
(2)由向心力公式得
解出N=92N;
由牛顿第三定律可知压力N′=N=92N
(3)由动能定理得
解出S=4.5m
答:(1)物体滑至B点时的速度6m/s;
(2)物体滑至B点时对地的压力为92N;
(3)物体最后停止在离B点4.5m远的位置上
解析
解:(1)由机械能守恒定律有
解出v=6m/s
(2)由向心力公式得
解出N=92N;
由牛顿第三定律可知压力N′=N=92N
(3)由动能定理得
解出S=4.5m
答:(1)物体滑至B点时的速度6m/s;
(2)物体滑至B点时对地的压力为92N;
(3)物体最后停止在离B点4.5m远的位置上
如图在水平地面上固定一倾角为30°的光滑绝缘斜面,斜面处于电场强度大小为1000N/C、方向沿斜面向下的匀强电场中,一劲度系数为100N/m的绝缘轻质弹簧的一端固定在斜面底端,整根弹簧处于自然状态.一质量为1kg、带正电电量为5X10-3C的滑块从距离弹簧上端为5cm处静止释放,滑块在运动过程中电量保持不变,设滑块与弹簧接触过程没有机械能损失,弹簧始终处在弹性限度内,重力加速度大小g=10m/s2.
(1)求滑块从静止释放到与弹簧上端接触瞬间所经历的时间t
(2)若滑块在沿斜面向下运动的整个过程中最大速度大小为m/s,求滑块从静止释放到速度最大过程中弹簧的弹力所做的功W.
正确答案
解:(1)滑块从静止释放到与弹簧刚接触的过程中作初速度为零的匀加速直线运动,
qE+mgsinθ=ma ①
s0= ②
有①②联立解得
t=0.1s
(2)滑块速度最大时受力平衡,设此时弹簧压缩量为x0,则有
mgsinθ+qE=kx0 ③
从静止释放到速度达到最大的过程中,由动能定理得
(mgsinθ+qE)•(s0+x0)+W=-0 ④
联立③④可得
W=
W=-0.5J
答:(1)经历的时间为0.1s
(2)弹簧弹力做功为-0.5J
解析
解:(1)滑块从静止释放到与弹簧刚接触的过程中作初速度为零的匀加速直线运动,
qE+mgsinθ=ma ①
s0= ②
有①②联立解得
t=0.1s
(2)滑块速度最大时受力平衡,设此时弹簧压缩量为x0,则有
mgsinθ+qE=kx0 ③
从静止释放到速度达到最大的过程中,由动能定理得
(mgsinθ+qE)•(s0+x0)+W=-0 ④
联立③④可得
W=
W=-0.5J
答:(1)经历的时间为0.1s
(2)弹簧弹力做功为-0.5J
光滑水平面上静置一质量为M的木块,一质量为m的子弹以水平速度v1射入木块,以速度v2穿出,木块速度变为v,在这个过程中,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B由动能定理,得:
对子弹:木块对子弹做功为W=-
,则子弹克服阻力做功为|W|=
mv12-
mv22.子弹对木块的力与木块对子弹的力大小相等,但由于子弹的位移大于木块的位移,如图所示,则子弹对木块做的功小于子弹克服阻力做的功,则有子弹对木块做的功小于
mv12-
mv22.故AB均错误.
C、根据动能定理得知:子弹对木块做的功等于木块获得的动能,故C错误.
D、子弹射穿木块的过程中,子弹损失的动能转化为木块的动能和子弹和木块组成的系统的内能,由能量守恒定律得知,子弹损失的动能等于木块获得的动能跟子弹与木块摩擦转化的内能和.故D正确.
故选D
如图所示,一质量为2kg的铅球从离地面2m高处自由下落,陷入沙坑2cm深处.求沙子对铅球的平均阻力______.
正确答案
2020N
解析
解:在整个运动过程中,对物体受力分析,由动能定理可知
mg(H+h)-fh=0-0,
解得f==2020N.
故答案为:2020N.
一种氢气燃料的汽车,质量为m=2.0×103kg,发动机的额定输出功率为P额=40kW,行驶在平直公路上时所受阻力恒为车重的0.1倍.若汽车从静止开始先匀加速启动,加速度的大小为a=1.0m/s2.达到额定输出功率后,汽车保持功率不变又加速行驶了s=800m,直到获得最大速度后才匀速行驶.(g取10m/s2).试求:
(1)汽车的最大行驶速度;
(2)汽车匀加速阶段结束时的速度;
(3)汽车以额定功率又加速了多长时间?
正确答案
解:(1)当牵引力与阻力相等时,速度最大,则;
(2)根据牛顿第二定律得:m/s2
带入数据得v=10m/s
(3)以额定功率加速的过程中,根据动能定理得:
带入数据得t=47.5s
答:(1)汽车的最大行驶速度为20m/s;
(2)汽车匀加速阶段结束时的速度为10m/s;
(3)汽车以额定功率又加速47.5s时间.
解析
解:(1)当牵引力与阻力相等时,速度最大,则;
(2)根据牛顿第二定律得:m/s2
带入数据得v=10m/s
(3)以额定功率加速的过程中,根据动能定理得:
带入数据得t=47.5s
答:(1)汽车的最大行驶速度为20m/s;
(2)汽车匀加速阶段结束时的速度为10m/s;
(3)汽车以额定功率又加速47.5s时间.
如图所示,在游乐节目中,选手需要借助悬挂在高处的绳子飞越到对面的高台上.一质量m=60kg的选手脚穿轮滑鞋以v0=7m/s的水平速度抓住竖直的绳子开始摆动,选手可看作质点,绳子的悬挂点到选手的距离L=6m.当绳摆到与竖直方向夹角θ=37°时,选手放开绳子,不考虑空气阻力和绳子的质量.取重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.
(1)求选手放开绳子时的速度大小;
(2)选手放开绳子后继续运动到最高点时,刚好可以站到水平传送带A点,传送带始终以v1=3m/s的速度匀速向左运动,传送带的另一端B点就是终点,且sAB=3.75m.若选手在传送带上不提供动力自由滑行,受到的摩擦阻力为自身重力的0.2倍,通过计算说明该选手是否能顺利冲过终点B,并求出选手在传送带上滑行过程中因摩擦而产生的热量Q.
正确答案
解:(1)由机械能守恒定律得,
解得v=5m/s.
(2)选手在放开绳子时,水平速度为vx,竖直速度为vy,则vx=vcos37°=4m/s.
选手在最高点站到传送带上A点有4m/s向右的速度,在传送带上做匀减速直线运动.
选手的加速度大小a=.
以地面为参考系
,
x=4m>3.75m
所以可以顺利冲过终点.
设选手从A到B的时间为t,则
解得t1=1.5s,t2=2.5s(舍去)
在这段时间内传送带通过的位移为:x1=v1t=4.5m.
摩擦力做功为:Wf=Q=kmg(sAB+x1)=990J.
答:(1)选手放开绳子时的速度大小为5m/s.
(2)选手在传送带上滑行过程中因摩擦而产生的热量Q为990J.
解析
解:(1)由机械能守恒定律得,
解得v=5m/s.
(2)选手在放开绳子时,水平速度为vx,竖直速度为vy,则vx=vcos37°=4m/s.
选手在最高点站到传送带上A点有4m/s向右的速度,在传送带上做匀减速直线运动.
选手的加速度大小a=.
以地面为参考系
,
x=4m>3.75m
所以可以顺利冲过终点.
设选手从A到B的时间为t,则
解得t1=1.5s,t2=2.5s(舍去)
在这段时间内传送带通过的位移为:x1=v1t=4.5m.
摩擦力做功为:Wf=Q=kmg(sAB+x1)=990J.
答:(1)选手放开绳子时的速度大小为5m/s.
(2)选手在传送带上滑行过程中因摩擦而产生的热量Q为990J.
“抛石机”是古代战争中常用的一种设备,它实际上是一个费力杠杆.如图所示,某中学“研学小组”用自制的抛石机演练抛石过程.所用抛石机长臂的长度L=4.8m,质量m=5kg的石块装在长臂末端的口袋中.开始时长臂与水平面间的夹角为α=30°,对短臂施力,使石块经较长路径获得较大的速度,当长臂转到竖直位置时立即停止转动,石块被水平抛出,石块落地位置与抛出点间的水平距离s=19.2m.不计空气的阻力,当地重力加速度取g=10m/s2.求:
(1)石块刚被抛出到落地所用的时间t;
(2)石块刚被抛出时的速度v0大小;
(3)抛石机对石块所做的功W.
正确答案
解:(1)石块被抛出后做平抛运动
h=L+Lsina
竖直方向:h=gt2
可得:t=1.2s
(2)石块被抛出后做平抛运动
水平方向:s=v0t
可得:v0=16m/s
(3)长臂从初始位置转到竖直位置,根据动能定理
W-mgh=m
可得:W=1000J
答:(1)石块刚被抛出到落地所用的时间是1.2s;
(2)石块刚被抛出时的速度v0大小是16m/s;
(3)抛石机对石块所做的功是 1000J.
解析
解:(1)石块被抛出后做平抛运动
h=L+Lsina
竖直方向:h=gt2
可得:t=1.2s
(2)石块被抛出后做平抛运动
水平方向:s=v0t
可得:v0=16m/s
(3)长臂从初始位置转到竖直位置,根据动能定理
W-mgh=m
可得:W=1000J
答:(1)石块刚被抛出到落地所用的时间是1.2s;
(2)石块刚被抛出时的速度v0大小是16m/s;
(3)抛石机对石块所做的功是 1000J.
质量为m的物块以初动能Ek从底端冲上粗糙斜面(μ<tanθ),再次回到出发点时动能为原来的一半,则物块能够上升的最大高度h为( )
正确答案
解析
解:根据动能定理得
上滑过程有-mgh-μmgcosθ•=0-Ek;
下滑过程有 mgh-μmgcosθ•=
Ek-0;
联立解得 h=
故选:B
有一个竖直放置的圆形轨道,半径为R,由左右两部分组成.如图所示,右半部分AEB是光滑的,左半部分BFA是粗糙的.现在最低点A给一个质量为m的小球一个水平向右的初速度,使小球沿轨道恰好运动到最高点B,小球在B点又能沿BFA轨道回到点A,到达A点时对轨道的压力为4mg.
在求小球在A点的速度V0时,甲同学的解法是:由于小球恰好到达B点,故在B点小球的速度为零,所以:
在求小球由BFA回到A点的速度时,乙同学的解法是:由于回到A点时对轨道的压力为4mg
故:所以:
你同意甲、乙两位同学的解法吗?如果同意请说明理由;若不同意,请指出他们的错误之处,并求出结果.根据题中所描绘的物理过程,求小球由B经F回到A的过程中克服摩擦力所做的功.
正确答案
解:
不同意;
甲同学在求V0时,认为小球在B点的速度为零,这是错误的,在B点VB有最小值.
正确的解法是:①
②
联立①、②求解得:
乙同学在计算中漏掉了重力,应为:③
将FN=4mg代入解得:
设摩擦力做得功为Wf,小球从B→F→A的过程中由动能定理可得:④
解得:Wf=-mgR
故小球从B→F→A的过程中克服摩擦力做得功为Wf=mgR.
答:小球由B经F回到A的过程中克服摩擦力所做的功mgR.
解析
解:
不同意;
甲同学在求V0时,认为小球在B点的速度为零,这是错误的,在B点VB有最小值.
正确的解法是:①
②
联立①、②求解得:
乙同学在计算中漏掉了重力,应为:③
将FN=4mg代入解得:
设摩擦力做得功为Wf,小球从B→F→A的过程中由动能定理可得:④
解得:Wf=-mgR
故小球从B→F→A的过程中克服摩擦力做得功为Wf=mgR.
答:小球由B经F回到A的过程中克服摩擦力所做的功mgR.
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