- 机械能守恒定律
- 共29368题
(18分)如图甲所示,粗糙水平面CD与光滑斜面DE平滑连接于D处;可视为质点的物块A、B紧靠一起静置于P点,某时刻A、B在足够大的内力作用下突然分离,此后A向左运动.
已知:斜面的高度H=1.2m;A、B质量分别为1kg和0.8kg,且它们与CD段的动摩擦因数相同;A向左运动的速度平方与位移大小关系如图乙;重力加速度g取10m/s2.
(1)求A、B与CD段的动摩擦因数;
(2)求A、B分离时B的速度大小vB;
(3)要使B能追上A,试讨论P、D两点间距x的取值范围.
正确答案
见解析
试题分析:解:(1)由图象可知,分离时物块A的初速度vA=4m/s, ①(1分)
A最终位置与P点距离sA=8m, ②(1分)
从A、B分离到A匀减速运动停止,有 ③(1分)
得A的加速度大小 a=1m/s2 ④(1分)
由牛顿第二定律可知 ⑤(2分)
解得 μ=0.1 ⑥(2分)
【或:从A、B分离到A匀减速运动停止,由动能定理
(3分)
解得 μ=0.1 (1分)】
(2)A、B分离过程,由动量守恒 ⑦(2分)
解得 vB="5m/s" ⑧(2分)
(3)(Ⅰ)若B恰好能返回并追上A, B从分离后到追上A过程由动能定理
⑨ (2分)
解得 x1=2.25m ⑩ (1分)
(Ⅱ)若B恰好不冲出斜面,B从P到E过程由动能定理
⑪(2分)
解得 x2=0.50m ⑫ (1分)
综上,要使B能追上A,x应满足:2.25m≥L≥0.50m
(评分说明:①~④各1分,⑤~⑧各2分,⑨⑪各2分,⑩⑫各1分)
(12分)如图所示,有一初速可忽略的电子经电压U1=500V加速后,进入两块水平放置、间距为d=2cm、电压为U2=10V的平行金属板A、B间。若电子从板正中央水平射入,且恰好能从B板的右端射出.求:
(1)金属板的长度L;
(2)电子离开电场的偏转的角度正切值tanθ;
(3)电子从B板右端射出电场时的动能Ek为多少电子伏特。
正确答案
试题分析:(1)由动能定理和平抛知识可得:
,
,
,
,
,
(2)偏转的角度正切值:
(3)由动能定理得:Ek=eU1+eU2=505eV
(原创)如图所示,小车连同其固定支架的总质量为M=3m,支架右端通过长为L的不可伸长的轻绳悬挂一质量为m的小球,轻绳可绕结点在竖直平面内转动,车和小球整体以速度向右匀速行驶。突然,小车因撞到正前方固定障碍物,速度立即变为零,小球以v0为初速度开始在竖直平面内做圆周运动。当小球第一次到达最高点时,地面对车的支持力恰好为零。已知在此过程中,小车一直未动,重力加速度为g。求:
(1)小车与障碍物碰撞后瞬间,轻绳上的拉力大小;
(2)小球第一次到最高点时的速度大小;
(3)小球从最低点到第一次到达最高点过程中,克服空气阻力做的功。
正确答案
(1)10mg (2) (3)
试题分析:(1)小车撞到障碍物瞬间,对小球
(3分)
解得 (1分)
(2)小球过最高点时,对小车
(3分)
此时,对小球
(3分)
解得 (1分)
(3分)从小车与障碍物相撞到小球第一次运动到最高点,对小球
(4分)
解得 (1分)
故,小球克服摩擦力做功为 (1分)
如下图所示,木块A、B的质量均为m,放在一段粗糙程度相同的水平地面上,木块A、B间夹有一小块炸药(炸药的质量可以忽略不计).让A、B以初速度一起从O点滑出,滑行一段距离后到达P点,速度变为
,此时炸药爆炸使木块A、B脱离,发现木块B立即停在原位置,木块A继续沿水平方向前进.已知O、P两点间的距离为s,炸药爆炸时释放的化学能均全部转化为木块的动能,爆炸时间很短可以忽略不计.求:
(1)木块与水平地面的动摩擦因数μ;
(2)炸药爆炸时释放的化学能.
正确答案
(1) (2)
试题分析:设木块与地面间的动摩擦因数为μ,炸药爆炸释放的化学能为
从O滑到P,对A、B,由动能定理得:
在P点爆炸, A、B动量守恒:
根据能量的转化与守恒:
解得:,
.
点评:对于多过程问题,一定要正确判断物体在各个过程中的受力情况以及始末状态
如图所示,倾角θ=30°,宽度L=1m的足够长的U形平行光滑金属导轨,固定在磁感应强度B=1T,范围充分大的匀强磁场中,磁场方向与导轨平面垂直.用平行于导轨、功率恒为6W的牵引力F牵引一根质量m=0.2kg,电阻R=1Ω。放在导轨上的金属棒ab,由静止开始沿导轨向上移动(ab始终与导轨接触良好且垂直),当ab棒移动2.8m时获得稳定速度,在此过程中,金属棒产生的热量为5.8J(不计导轨电阻及一切摩擦,取g=10m/s2),
求:(1)ab棒的稳定速度;(2)ab棒从静止开始达到稳定速度所需时间.
正确答案
(1) v1=2m/s(2) t=1.5s
试题分析:(1)ab棒达到稳定速度后,应具有受力平衡的特点,设此时棒ab所受安培力为FB.则F-mgsin30°+FB,而FB=BIL=B2L2v/R,牵引力F=P/v,得P/v ="mgsin30°+" B2L2v/R
代人数据后得v1=2m/s,v2=-3m/s(舍去)
(2)设从静止到稳定速度所需时间为t.棒ab从静止开始到具有稳定速度的过程中在做变加速直线运动,据动能定理有:Pt-mgsin30°·s—Q=mv2/2-0,代人数据得t=1.5s。
点评:难度中等,能够根据导体棒匀速运动判断受力平衡,并列出受力平衡的关系式是求解本题的关键
小孩玩冰壶游戏,将静止于O点的冰壶(视为质点)沿直线OB用水平恒力推到A点放手,此后冰壶沿直线滑行,最后停于B点.已知冰面和冰壶的动摩擦因数为μ,冰壶质量为m,OA = s,AB = L.重力加速度为g.
(1) 求冰壶在A点的速率vA;
(2) 求冰壶从O点到A点的运动过程中受到的小孩施加的水平推力F.
正确答案
(1)(2)
(1) (3分)
(2分)
(2) (3分)
(2分)
2010年2月在加拿大温哥华举行的第2l届冬季奥运会上,冰壶运动再次成为人们关注的热点,中国队也取得了较好的成绩。如图所示,假设质量为m的冰壶在运动员的操控下,先从起滑架A点由静止开始加速启动,经过投掷线B时释放,以后匀减速自由滑行刚好能滑至营垒中心O停下。已知AB相距L1,BO相距L2,冰壶与冰面各处动摩擦因数均为μ,重力加速度为g。求:
(1)冰壶运动的最大速度vm;
(2)在AB段运动员水平推冰壶做的功W。
正确答案
略
如图甲所示,竖直平面内的光滑轨道由倾斜直轨道AB和圆轨道BCD组成,AB和BCD相切于B点,CD连线是圆轨道竖直方向的直径(C、D为圆轨道的最低点和最高点),已知∠BOC=30˚.可视为质点的小滑块从轨道AB上高H处的某点由静止滑下,用力传感器测出滑块经过圆轨道最高点D时对轨道的压力为F,并得到如图乙所示的压力F与高度H的关系图象,取g=10m/s2.求:
(1)滑块的质量和圆轨道的半径;
(2)是否存在某个H值,使得滑块经过最高点D后能直接落到直轨道AB上与圆心等高的点.若存在,请求出H值;若不存在,请说明理由.
正确答案
(1)滑块从A运动到D的过程,由机械能守恒得:mg(H-2R)=mvD2
F+mg=
得:F=-mg
取点(0.50m,0)和(1.00m,5.0N)代入上式解得:m=0.1kg,R=0.2m
(2)假设滑块经过最高点D后能直接落到直轨道AB上与圆心等高的E点(如图所示)
从D到E过程滑块做平抛运动,则有:
OE=
x=OE=vDPt
R=gt2
得到:vDP=2m/s
而滑块过D点的临界速度为:
vDL==
m/s
由于:vDP>vDL所以存在一个H值,使得滑块经过最高点D后能直接落到直轨道AB上与圆心等高的点
mg(H-2R)=mvDP2
得到:H=0.6m
答:(1)滑块的质量为0.1kg,圆轨道的半径为0.2m.
(2)存在H值,使得滑块经过最高点D后能直接落到直轨道AB上与圆心等高的点,H值为0.6m.
(15分)在一个水平面上建立x轴,在过原点O垂直于x轴的平面的右侧空间有一个匀强电场,场强大小E=6.0×105 N/C,方向与x轴正方向相同.在O处放一个电荷量q=-5.0×10-8 C、质量m=1.0×10-2 kg的绝缘物块.物块与水平面间的动摩擦因数μ=0.20,沿x轴正方向给物块一个初速度v0=2.0 m/s,如图所示.求物块最终停止时的位置.(g取 10 m/s2)
正确答案
O点左侧0.2m处
试题分析:物体先向右左减速运动,由动能定理得:
代人数据解得:
即物体向右运动0.4m时减为零,因为,所以物体将沿x轴负方向加速,出电场后再减速,最终停到O点左侧某点,设该点距O点距离为
,则对全过程应用动能定理得:
解得:
如图所示,在水平地面上固定一个半径为R的半圆形轨道,其中圆弧部分光滑,水平段长为L,一个质量为m的小物块紧靠在被压缩的弹簧最右端,小物块与水平轨道间的动摩擦因数为μ。现突然释放弹簧,让小物块被弹出恰好能够运动到圆弧轨道的最高点A,取g=10 m/s2,且弹簧长度忽略不计,求:
(1)小物块在圆弧顶端A处速度大小;
(2)O‘点处轨道对小物块的支持力多大
(3)小物块释放前弹簧具有的弹性势能EP.
正确答案
(1)(2)
(3)
试题分析:(1)小物块在最高点位置处有
∑F=FN=mg=
得:
(2)在最低点位置O'处有
∑F=FN=N-mg=
由机械能守恒定律有
得:N=
(3)由动能定理有
得:
点评:本题是平抛运动、向心力和能量守恒的综合应用.解除弹簧的锁定后,系统所受合力为零,遵守动量守恒和能量守恒.
如图所示,半径为R的四分之一圆弧形支架竖直放置,圆弧边缘C处有一小定滑轮,绳子不可伸长,不计一切摩擦,开始时,m1、m2两球静止,且m1>m2,试求:
(1)m1释放后沿圆弧滑至最低点A时的速度.
(2)为使m1能到达A点,m1与m2之间必须满足什么关系.
(3)若A点离地高度为2R,m1滑到A点时绳子突然断开,则m1落地点离A点的水平距离是多少?
正确答案
(1)设m1滑至A点时的速度为v1,此时m2的速度为v2,由机械能守恒得:
m1gR-m2gR=
m1v12+
m2v22
又v2=v1cos45°
得:v1=.
(2)要使m1能到达A点,v1≥0且v2≥0,
必有:m1gR-m2gR≥0,得:m1≥
m2.
(3)由2R=gt2,x=v1t得x=v1t=4R
答:(1)m1释放后沿圆弧滑至最低点A时的速度v1=.
(2)为使m1能到达A点,m1与m2之间必须满足什么关系m1≥m2.
(3)若A点离地高度为2R,m1滑到A点时绳子突然断开,则m1落地点离A点的水平距离是x=4R.
如图所示,长木板及小铁块的质量为M=m=1.0kg,木板的长度L=2.25m,木板的a、b两表面的粗糙程度不同.a表面与小铁块间的摩擦因数μ1=0.2,b表面与水平面间的摩擦因数μ2=0.5.开始时木板静止在水平面上,小铁块在木板的最左端以某一速度向右运动,刚好能滑到木板的最右端.
(g=10m/s2)(提示:要注意判断木板是否运动)
(1)求小铁块的初速v0
(2)将木板翻转,b面向上,a面向下,小铁块与b面的摩擦因数μ1′=0.5,a面与水平面间的摩擦因数μ2′=0.2.小铁块仍以v0的速度从木板的左端向右滑,判断小铁块能否滑到木板的最右端.若能,求出滑到右端时的速度.若不能求出它最终相对木板的位移.
正确答案
(1)对木板分析有μ1mg<μ2(m+M)g
上表面受摩擦力小于下表面受到的摩擦力
∴板不动
根据动能定理得:mv02=μ1mgL
解得:v0==3.0m/s;
(2)∵mv02<μ1′mgL
铁块不可能从右端滑出
μ1′mg>μ2′(m+M)g
∴板动
由牛顿第二定律得:μ1′mg=ma1
a1=5m/s2
μ1′mg-μ2′(m+M)g=Ma2
a2=1.0m/s2
设t时刻铁块和木板达到共同速度v,然后一起运动到停止.
v0-a1t=a2t
△s=t-
t=0.75m
答:(1)铁块的初速度为3.0m/s;(2)相对位移为0.75m.
(9分)如图所示,长为L质量为m的金属棒ab自平行倾斜双轨上高为h处自由滑下,经光滑圆弧连接处进滑入水平平行双轨,水平双轨处在磁感应强度为B,方向竖直向上的匀强磁场中,倾斜双轨与水平双轨间夹角为θ,在水平双轨上摆放着另一质量为m的金属棒cd,若金属棒光滑,水平双轨很长,两金属棒不可能相碰,且电阻均为R0(导轨电阻不计)。求:
(1)金属棒ab在倾斜平行双轨滑下时的加速度a;
(2)金属棒ab刚滑入水平双轨时产生的电动势E;
(3)金属棒ab刚滑入水平双轨产生的电流I。
正确答案
(1) (2)
(3)
试题分析:(1)金属棒ab自斜双轨自由滑下,在沿斜轨道方向:
解出: (3分)
(2)由动能定理可知,ab棒进入水平轨道速度为
金属棒ab刚滑入水平双轨产生的电动势E:
解出: (3分)
(3)ab棒刚滑入水平双轨产生感应电动势E,根据闭合电流欧姆定律
解得电流
(15分)如图所示,水平放置的平行金属板间有竖直方向的匀强电场,金属板长度和板间距离均为L,金属板左侧有电压为U0的加速电场,一电量为q的带正电粒子从静止开始经加速电场加速后,从金属板中央水平进入匀强电场,恰好通过金属板右侧边缘,不计粒子重力,求:
(1)金属板间电压U; (2)带电粒子通过金属板右侧边缘时的动能.
正确答案
(1) (2)
试题分析:(1)设粒子质量为m,通过加速电场时速率为v0,有(3分)
以v0进入金属板间,历时t,通过金属板右侧边缘
(3分)
解得:(3分)
(2)在加速电场中电场力做功(2分)
匀强电场中电场力做功(2分)
带电粒子通过金属板右侧边缘时的动能
(2分)
如图所示,摩托车做特技表演时,以v0=10.0m/s的初速度冲向高台,然后从高台水平飞出。若摩托车冲向高台的过程以P=4.0kw的额定功率行驶,冲到高台上所用时间t=3.0s,人和车的总质量 kg,台高h=5.0m,摩托车的落地点到高台的水平距离x=10.0m。不计空气阻力,取
。求:
(1)摩托车从高台飞出到落地所用时间;
(2)摩托车落地时速度的大小;
(3)摩托车冲上高台过程中克服阻力所做的功。
正确答案
(1) (2)
(3)
(1)摩托车在空中做平抛运动,设摩托车飞行时间为t1。则,
(2)设摩托车到达高台顶端的速度为vx,
即抛运动的水平速度,
竖直速度为,
摩托车落地时的速度或
。
(3)摩托车冲上高台过程中,根据动能定理:,
所以,摩托车冲上高台过程中摩托车克服阻力所做的功为。
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