- 机械能守恒定律
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将0.5kg小球以10m/s的速度竖直向上抛出,在3s内小球的动量变化的大小等于 ____ _ kg·m/s,方向 ;若将它以10m/s的速度水平抛出,在3s内小球的动量变化的大小等于____ kg·m/s,方向___ 。(小球均未落地)(g=10m/s2)
正确答案
15_, 竖直向下 ,15 ,竖直向下。
本题考查的是对动量定理的应用问题,动量的增量大小等于重力冲量的大小,方向与重力方向相同。方向与重力方向一致:竖直向下。
蹦床运动是一种新兴的体育项目,运动员在下落弹起的过程中可做出各种高难的体操动作,显示人的健康美.若某位运动员从3.2m处下落,被弹起升到4.05m,其历时2.2s,运动员质量为60kg,试分析:
(1)运动员和蹦床面之间的平均作用力是多大?
(2)忽略空气阻力及蹦床阻力时,运动员在与蹦床接触过程中做了多少功?
(3)运动员在全过程中共经历了几个运动过程?
正确答案
(1)2640N (2)510J (3) 经历五个过程,分别是完全失重、部分失重、超重、部分失重、完全失重.
(1)设运动员和蹦床之间的平均作用力为F,作用时间为t,并设向下方向为正,则由动量定理:
(mg-F)t=,
为下落接触蹦床时的速度,由动能定理,有:
,
得:=8m/s,
下落用时间:=0.8s,
为运动员被蹦床弹起的初速度,由动能定理,有:
,
,方向向上.
上升到最高点用时间:
=0.9s.
所以有 F=+mg
.
(2)运动员在与蹦床接触过程中做功,由能量转化与守恒定律可得:
W==60×10×(4.05-3.2)J=510J.
(3)经历五个过程,分别是完全失重、部分失重、超重、部分失重、完全失重.
如图3所示,竖直平面内固定一个半径为的
光滑圆形轨道
,底端
切线方向连接光滑水平面,
处固定竖直档板,
间的水平距离为
,质量为
的物块从
点由静止释放沿轨道滑动,设物块每次与档板碰后速度大小都是碰前的
,碰撞时间忽略不计,则:
小题1:物块第二次与档板碰后沿圆形轨道上升的最大高度为多少?
小题2:物块第二次与档板碰撞到第四次与档板碰撞间隔的时间?
正确答案
小题1:
小题2:
小题1:物块在光滑轨道上滑动过程机械能守恒,第一次下滑到底端时的动能为
①
由于每次与档板碰后速度大小都是碰前的,故每次与档板碰后动能都是碰前的
,物块经过两次与档板碰后动能为
,根据机械能守恒定律有
②
由①、②得 ③
小题2:物块第二次与档板碰后沿圆形轨道上升的最大高度远小于
,此后物块在圆形轨道上的运动都可看成简谐运动,周期
④
第二次与档板碰后速度: ⑤
则第二次与档板碰撞到第三次与档板碰撞间隔的时间为:
⑥
第三次与档板碰后速度: ⑦
则第三次与档板碰撞到第四次与档板碰撞间隔的时间为:
⑧
因此第二次与档板碰撞到第四次与档板碰撞间隔的时间为:
⑨
如图所示,两根足够长相距为L的平行金属导轨MN、PQ与水平面的夹角53°,导轨处在竖直向上的有界匀强磁场中,有界匀强磁场的宽度
,导轨上端连一阻值R=1Ω的电阻。质量m=1kg、电阻r=1Ω的细金属棒ab垂直放置在导轨上,开始时与磁场上边界距离
,现将棒ab由静止释放,棒ab刚进入磁场时恰好做匀速运动。棒ab在下滑过程中与导轨始终接触良好,导轨光滑且电阻不计,取重力加速度g = 10m/s2。求:
(1)棒ab刚进入磁场时的速度v;
(2)磁场的磁感应强度B;
(3)棒ab穿过过磁场的过程中电阻R产生的焦耳热Q 。
正确答案
(1)4m/s(2)(3)
试题分析:⑴ 由动能定理有:(2分)
解得=4m/s (2分)
⑵ 棒ab产生的感应电动势(2分)
回路中感应电流(1分)
棒ab匀速运动, 有:(2分)
解得(2分)
⑶解法一
由焦耳定律 有 (2分)
又 (1分)
解得 (1分)
解法二:
由能量守恒定律 有 (2分)
(1分)
解得 (1分)
如图所示,质量为物块放在水平地面上,在与水平方向成
角大小为
的拉力作用下,前进
的距离。已知,物块与地面之间的摩擦因数
,重力加速度取
,
,
。求:
(1)该过程中拉力做的功;
(2)该过程中摩擦力做的功;
(3)该过程所有力做的总功。
正确答案
(1)(2)
(3)0
试题分析:(1) (2分)
(2)对物体受力分析,得:
① (1分)
② (1分)
③
由①②③得: (1分)
(3) (1分)
(1分)
总功为: (1分)
说明:(1)(2)(3)中的结果一处或多处不写单位或单位错,只扣1分
点评:本题难度较小,公式W=Fs中s为物体在力的方向上发生的位移
(10分)如图所示,摩托车做腾跃特技表演,以初速度v0冲上高为h、顶部水平的高台,然后从高台水平飞出.若摩托车始终以额定功率P行驶,经时间t从坡底到达坡顶.已知人和车的总质量为m,各种阻力的影响可忽略不计。求人和车飞出的水平距离s.
正确答案
试题分析:摩托车从坡底到达坡顶过程中,由动能定理得
摩托车从坡顶做平抛运动,有
由以上各式解得
点评:本题考察知识点比较基础,通过动能定理求出物体上坡后的初速度,然后利用平抛运动就能求出平抛的水平位移。
如图所示,半径为R=0.8m的四分之一圆弧形光滑轨道竖直放置,圆弧最低点B与长为L=1m的水平桌面BC相切于B点,BC离地面高为h=0.45m。质量为m=1.0kg的小滑块从圆弧顶点D由静止释放,已知滑块与水平桌面间的动摩擦因数μ=0.6,取g=10m/s2,求:
小题1:小滑块刚到达圆弧面的B点时对圆弧的压力大小;
小题2:小滑块落地点与C点的水平距离。
正确答案
小题1:N
小题2:S =0.6m
(1)小滑块从D到B,根据机械能守恒定律:
①
解得:vB ==
m/s =" 4m/s " ②(2分)
设滑块在B点受到的支持力为N,根据牛顿第二定律:
③
解得:N =" 30N " ④(2分)
根据牛顿第三定律,小滑块刚到达圆弧面的B点时对圆弧的压力大小
N (1分)
(2)小滑块从B到C,根据动能定理:
⑤
代入数据解得:2m/s ⑥(2分)
设小滑块落地点与C点的水平距离为S,根据平抛运动规律:
⑦(1分)
⑧(1分)
联立⑥⑦⑧式并代入数据解得:S ="0.6m " ⑨(1分)
如图7所示,质量为的滑块
套在光滑的水平杆上可自由滑动,质量为
的小球
用一长为
的轻杆与
上的
点相连接,轻杆处于水平位置,可绕
点在竖直平面内自由转动.
小题1:固定滑块,给小球
一竖直向上的初速度,使轻杆绕
点转过900,则小球初速度的最小值是多少?
小题2:若,不固定滑块且给小球一竖直向上的初速度
,则当轻杆绕
点转过900,
球运动至最高点时,
的速度多大?
正确答案
小题1:
小题2:
小题1:小球在竖直方向速度为
时运动到最高点速度刚好为零,由机械能守恒有
解得:
小题2:当球运动到最高点速度为
,此时
球速度为
,且
水平方向动量守恒有
根据能量关系
解得:
如图所示,光滑绝缘水平面AB与倾角θ=37°,长L=5m的绝缘斜面BC在B处圆滑相连,在斜面的C处有一与斜面垂直的弹性绝缘挡板,质量m=0.5kg、所带电荷量q=5×10-5C的绝缘带电小滑块(可看做质点)置于斜面的中点D,整个空间存在水平向右的匀强电场,场强E=2×l05N/C,现让滑块以v0=12m/s的速度沿斜面向上运动。设滑块与挡板碰撞前后所带电荷量不变、速度大小不变,滑块和斜面间的动摩擦因数μ=0.1,(g取10m/s2,sin37°=0.60,cos37°=0.8)求:
(1)滑块第一次与挡板碰撞时的速度大小;
(2)滑块第一次与挡板碰撞后能达到左端的最远点离B点的距离;
(3)滑块运动的总路程。
正确答案
(1)(2)1.6m(3)52.9m
试题分析:(1)设滑块第一次与挡板碰撞时的速度大小为V
静电力qE=10N,重力G=mg=5N。
摩擦力
由动能定理:
解得:
(2)设滑块第一次下滑到B端的速度为VB,滑块第一次与挡板碰撞后能达到左端的最远点离B点的距离为x
由动能定理:
解得VB=8m/s
在水平面上滑行时,只有静电力做功,由动能定理:
解得x=1.6m
(3) 设滑块第一次下滑到B端的动能,水平面光滑,从水平运动返回到B点,动能不变。
在斜面上往返一次克服摩擦力做功Wf=2FfL=10J
所以滑块还能滑到B点到达水平面一次,设在水平面上滑动的距离为x1
由动能定理:,解得 x1=0.6m
在水平面上滑动的总距离S1=2(x+x1)=4.4m
最后停在C点,在斜面上滑行的距离为S2
由动能定理:解得S2=48.5m
所以,滑块运动的总路程S=S1+S2=52.9m
木块质量为,以初速度
沿倾角为
的粗糙的斜面底端向上滑行,上滑的最大距离为
,求木块再滑到原出发点的速度大小。
正确答案
应用动能定理求解:上滑过程中,木块的受力情况如图所示,重力和滑动摩擦力对木块做负功,由动能定理得:, 4分
对于全过程,只有滑动摩擦力做功,由动能定理得。 3分
两式联立得所求速度为。 3分
本题考查动能定理的应用,上升到最高点过程中物体克服重力和阻力做功,根据动能定理列出公式,最终物体回到出发地点,以整个过程为研究对象,重力做功为零,克服阻力做功等于动能减小量,两公示联立求解
(2011年昆明模拟)如图甲所示,在倾角为30°的足够长光滑斜面AB前,有一粗糙水平面OA,OA长为4 m.有一质量为m的滑块,从O处由静止开始受一水平向右的力F作用.F按图乙所示的规律变化.滑块与OA间的动摩擦因数μ=0.25,g取10 m/s2,试求:
(1)滑块到A处的速度大小;
(2)不计滑块在A处的速率变化,滑块冲上斜面AB的长度是多少?
正确答案
(1)5 m/s (2)5 m
(1)由题图乙知,在前2 m内,F1=2mg,做正功;
在第3 m内,F2=-0.5mg,做负功;
在第4 m内,F3=0.
滑动摩擦力
Ff=-μmg=-0.25mg,始终做负功.
对OA过程由动能定理列式得
F1x1+F2x2+Ff·x= mv-0.
即2mg×2-0.5mg×1-0.25mg×4= mv,
解得vA=5 m/s.
(2)冲上斜面的过程,由动能定理得
-mg·L·sin30°=0- mv,
所以冲上斜面AB的长度L=5 m.
某人造地球卫星质量为m,绕地球运动的轨迹为椭圆.已知它在近地点距地面高度为速度为
,加速度为
在远地点距地面高度为
,速度为
,已知地球半径为R,则该卫星由远地点到近地点万有引力所做的功为 ;该卫星在远地点的加速度a
= 。
正确答案
由动能定理可知,,由牛顿第二定律知卫星在远地点时
,在近地点时
,可解得
。
物体在斜坡上A处由静止开始滑下,如图所示.滑到B处后又沿水平直路前进到C处停下.如果物体在A处以一定的初速度v0=10m/s滑下,求物体停下处D距C多远?斜坡AB与直路BC用一段极短的圆弧连接,物体可视为质点且与路面的摩擦系数处处相同为μ=0.5.(g=10m/s2)
正确答案
设斜坡的倾角为α,高度为h,斜坡长为s,物体从在斜坡上A处由静止开始滑下直到C处停止的过程,应用动能定理得
mgh-μmgcosα•s-μmgsBC=0 ①
再对物体在A处以一定的初速度v0=10m/s滑下的全过程,运用动能定理得
mgh-μmgcosα•s-μmg(sBC+sCD)=0-m
②
由②-①式可得 sCD=
代入数据得:物体停下处D距C点距离为sCD=10m
答:物体停下处D距C点距离为10m.
(9分)一个质量为60kg的杂技演员练习走钢丝时使用安全带,当此人走到安全带上端的固定点的正下方时不慎落下,下落5m时安全带被拉直,此后又经过0.5s的缓冲,人的速度变为零,求这0.5s内安全带对人的平均拉力多大?(g取10m/s2)
正确答案
略
如图所示,长为l的绝缘细线一端悬于O点,另一端系一质量为m、带电荷+q的小球,小球静止时处于O′点。现将此装置放在水平向右的匀强电场中,小球能够静止在A点,此时细线与竖直方向成θ角。若已知当地的重力加速度大小为g,求:
(1) 该匀强电场的电场强度大小为多少?
(2)若将小球从O′点由静止释放,则小球运动到A点时的速
度有多大?
正确答案
(1)mgtanθ/q (2)
(1)qE=mgtanθ………………………………………………………①
E=mgtanθ/q…………………………………………………….2分
(2)qE lsinθ-mg l(1-cosθ)=mv2………………………………②2分
v ==
……………2分
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