- 机械能守恒定律
- 共29368题
如图12所示,质量为m =0.5kg的小球从距离地面高H=5m处自由下落,到达地面时恰能沿凹陷于地面的半圆形槽壁运动,半圆形槽的半径R为0.4m,小球到达槽最低点时速率恰好为10m/s,并继续沿槽壁运动直到从槽左端边缘飞出且沿竖直方向上升、下落,如此反复几次,设摩擦力大小恒定不变,求:(1)小球第一次飞出半圆槽上升距水平地面的高度h为多少?(2)小球最多能飞出槽外几次?(g=10m/s2)。
正确答案
(1) 4.2m (2) 6次
(1)对小球下落到最低点过程,设克服摩擦力做功为Wf,由动能定理得:
mg(H+R)-wf= mv2-0
从下落到第一次飞出达最高点设距地面高为h,由动能定理得:
mg(H-h)-2wf= 0-0
解之得:h=-H-2R=
-5-2×0.4=4.2m
(2)设恰好能飞出n次,则由动能定理得:
mgH-2nwf= 0-0
解之得:n==
=
=6.25(次)
应取:n=6次
(19分)如图所示,足够长的光滑绝缘水平台左端固定一被压缩的绝缘轻质弹簧,一个质量、电量
的可视为质点的带电小球与弹簧接触但不栓接。某一瞬间释放弹簧弹出小球,小球从水平台右端A点飞出,恰好能没有碰撞地落到粗糙倾斜轨道的最高B点,并沿轨道滑下。已知AB的竖直高度
,倾斜轨道与水平方向夹角为
、倾斜轨道长为
,带电小球与倾斜轨道的动摩擦因数
。倾斜轨道通过光滑水平轨道CD与光滑竖直圆轨道相连,在C点没有能量损失,所有轨道都绝缘,运动过程小球的电量保持不变。只有过山车模型的竖直圆轨道处在范围足够大竖直向下的匀强电场中,场强
。(cos37°=0.8,sin37°=0.6,取g=10m/s2)求:
(1)被释放前弹簧的弹性势能?
(2)要使小球不离开轨道(水平轨道足够长),竖直圆弧轨道的半径应该满足什么条件?
(3)如果竖直圆弧轨道的半径,小球进入轨道后可以有多少次通过竖直圆轨道上距水平轨道高为0.01m的某一点P?
正确答案
(1)0.32J (2)或
(3)6次通过距水平轨道高为0.01m的某一点
试题分析:(1)A到B平抛运动:
1分
B点:
2分
被释放前弹簧的弹性势能: 2分
(2)B点:
B到C:,
2分
①恰好过竖直圆轨道最高点时:,
从C到圆轨道最高点:
2分
②恰好到竖直圆轨道最右端时:
2分
要使小球不离开轨道,竖直圆弧轨道的半径或
2分
(3),小球冲上圆轨道H1=0.825m高度时速度变为0,然后返回倾斜轨道h1高处再滑下,然后再次进入圆轨道达到的高度为H2。
有,
2分
同除得: 之后物块在竖直圆轨道和倾斜轨道之间往返运动
同理:n次上升高度(n>0)为一等比数列。 2分
,当n=4时,上升的最大高度小于0.01m
则小球共有6次通过距水平轨道高为0.01m的某一点。 2分
如图所示,轻质弹簧竖直放置在水平地面上,它的正上方有一质量为1kg的金属块从距弹簧顶端0.9m高处自由下落,当弹簧被压缩了10cm到达M点时,物体速度达到最大值,此时弹性势能为EpM=5J,后来又下降20cm达到最低点N处,才又反弹上去。不计金属块与弹簧碰撞的能量损失,不考虑空气阻力。(g取10m/s2)
(1)试求当物体落到N点时,弹簧的弹性势能EpN为多大?
(2)物体到达M点时动能多大?
正确答案
(1) 12J(2) 5J
试题分析:(1)下落到N点过程中,弹力做负功,重力做正功,根据动能定理可得:,
解得,根据功能关系可得:弹簧在N点的弹性势能为为12J
(2)下落到M点的过程中,重力做正功,弹力做负功,所以
解得:
点评:做此类型的题目关键是分析清楚各个力做功情况,以及各个过程中的始末状态
(2011年宁波效实中学抽样测试)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.
一人坐在雪橇上,从静止开始沿着高度为15m的斜坡滑下,到达底部时速度为。人和雪橇的总质量为
,下滑过程中克服阻力做了多少功?(
取
)
正确答案
由动能定理可知
浙江卫视六频道《我老爸最棒》栏目中有一项人体飞镖项目,该运动简化模型如图所示。某次运动中,手握飞镖的小孩用不可伸长的细绳系于天花板下,在A处被其父亲沿垂直细绳方向推出,摆至最低处B时小孩松手,飞镖依靠惯性飞出击中竖直放置的圆形靶最低点D点,圆形靶的最高点C与B在同一高度,C、O、D在一条直径上,A、B、C三处在同一竖直平面内,且BC与圆形靶平面垂直。已知飞镖质量m=1kg,BC距离s=8m,靶的半径R=2m,AB高度差h=0.8m,g取10m/s2。不计空气阻力,小孩和飞镖均可视为质点。
(1)求孩子在A处被推出时初速度vo的大小;
(2)若小孩摆至最低处B点时沿BC方向用力推出飞镖,飞镖刚好能击中靶心,求在B处小孩对飞镖做的功W;
(3)在第(2)小题中,如果飞镖脱手时沿BC方向速度不变,但由于小孩手臂的水平抖动使其获得了一个垂直于BC的水平速度v,要让飞镖能够击中圆形靶,求v的取值范围。
正确答案
8m/s 80J
试题分析:(1)设飞镖从B平抛运动到D的时间为t1,从B点抛出的初速度为v1,小孩和飞镖的总质量为M,则有s=v1t1,2R=,
,解得
代入数据得v0=8m/s
(2)设推出飞镖从B平抛运动到D的时间为t2,从B点抛出的初速度为v2,则有
代入数据得W=80J
(3)因BC方向的速度不变,则从B到靶的时间t2不变,竖直方向的位移也仍为R,则靶上的击中点一定是与靶心O在同一高度上,则垂直于BC的水平位移一定小于等于R,因此有:
R≥,R=
结合两式得:
代入数据得v≤m/s
从地面竖直上抛一物体,上抛初速度v0=20m/s,物体上升的最大高度H=16m,设物体在整个运动过程中所受的空气阻力大小不变,以地面为重力势能零点,g取10m/s2,问物体在整个运动过程中离地面多高处其动能与重力势能相等?(保留2位有效数字)
某同学的解答如下:
设物体上升至h高处动能与重力势能相等 ①
上升至h处由动能定理 ②
上升至最高点H处由动能定理 ③
联立以上三式,并代入数据解得h=8.9m处动能与重力势能相等。
经检查,计算无误.该同学所得结论是否有不完善之处?若有请予以补充。
正确答案
该同学所得结论有不完善之处,只计算了上升过程中动能与重力势能相等处,而未考虑下降过程中动能与重力势能相等处。
h′=6.9m
该同学所得结论有不完善之处,只计算了上升过程中动能与重力势能相等处,而未考虑下降过程中动能与重力势能相等处。
设从最高点下落至离地h′高处时动能与势能也相等,此时物体速度为v′。
下落过程据动能定理
且
由③④⑤式解得
代入数据解得h′=6.9m
如图所示,足够长的固定斜面的倾角θ=37°,一物体以v0=12m/s的初速度从斜面上A点处沿斜面向上运动;加速度大小为a=8m/s2,g取10m/s2.求:
(1)物体沿斜面上滑的最大距离x;
(2)物体与斜面间的动摩擦因数μ;
(3)物体返回到A处时的速度大小v.
正确答案
(1)上滑过程,由运动学公式=2ax
得x==9m
(2)上滑过程,由牛顿第二定律得:mgsinθ+μmgcosθ=ma
解得:μ=0.25
(3)下滑过程,由动能定理得:mgxsinθ-μmgxcosθ=mv2-0
解得:v=6m/s
答:
(1)物体沿斜面上滑的最大距离x为9m;
(2)物体与斜面间的动摩擦因数μ为0.25;
(3)物体返回到A处时的速度大小v为6m/s.
如图所示,质量为m = 2kg的物体,在F = 6N的水平向右的恒力作用下,从A点以V0 = 2m/s的初速度沿着动摩擦因数为0.2的水平轨道AB运动,已知AB = 2m,求:
(1)物体在B点的动能;
(2)在B点撤去力F后,如果物体继续沿光滑弧形轨道BC运动,物体在BC段上升的最大高度;
(3)在B点撤去力F后,物体继续沿粗糙弧形轨道BC运动,物体上升的最大高度为0.2 m,则物体在弧形轨道上克服摩擦做的功是多少?(g取10m/s2)
正确答案
(1)8 J(2)h = 0.4m(3)Wf ="4" J
试题分析:(1)从A到B用动能定理:
(3分)
得: 8 J (2分)
(2)在光滑圆弧上用动能定理:
(3分)
得:h = 0.4m (2分)
(3)在粗糙圆弧上用动能定理:
(3分)
得:Wf ="4" J (2分)
点评:本题难度较小,应用动能定理求解问题时,找到初末状态,进行受力分析和做功分析是关键
(9分)如图所示,质量为m的小物块以水平速度v0滑上原来静止在光滑水平面上质量为M的小车上,物块与小车间的动摩擦因数为μ,小车足够长。求:
①小物块相对小车静止时的速度;
②从小物块滑上小车到相对小车静止所经历的时间;
③从小物块滑上小车到相对小车静止时,物块相对小车滑行的距离。
正确答案
(1)(2)
(3)
试题分析:(1)物块滑上小车后,受到向后的摩擦力而做减速运动,小车受到向前的摩擦力而做加速运动,因小车足够长,最终物块与小车相对静止,由于“光滑水平面”,系统所受合外力为零,故满足动量守恒定律.
小物块相对小车静止时的速度为:
(2)由动量定理:
解得:
(3)由功能关系,物块与小车之间一对滑动摩擦力做功之和(摩擦力乘以相对位移)等于系统机械能的增量,即:
解得:
(15分)一长=0.80m的轻绳一端固定在
点,另一端连接一质量
=0.10kg的小球,悬点
距离水平地面的高度H = 1.00m。开始时小球处于
点,此时轻绳拉直处于水平方向上,如图所示。让小球从静止释放,当小球运动到
点时,轻绳碰到悬点
正下方一个固定的钉子P时立刻断裂。不计轻绳断裂的能量损失,取重力加速度g=10m/s2。求:
(1)当小球运动到点时的速度大小;
(2)绳断裂后球从点抛出并落在水平地面的C点,求C点与
点之间的水平距离;
(3)若OP=0.6m,轻绳碰到钉子P时绳中拉力达到所能承受的最大拉力断裂,求轻绳能承受的最大拉力。
正确答案
(1)(2)
(3)
试题分析:(1)设小球运动到点时的速度大小
,由机械能守恒定律得
①(2分)
解得小球运动到点时的速度大小
②(2分)
(2)小球从点做平抛运动,由运动学规律得
③(2分)
④(2分)
解得C点与点之间的水平距离
⑤(2分)
(3)若轻绳碰到钉子时,轻绳拉力恰好达到最大值Fm,由牛顿定律得
⑥(2分)
⑦(2分)
由以上各式解得
(1分)
质量为m的物体从静止出发以的加速度竖直下降
,则:物体的动能增加了 , 物体的重力势能减少了 。
正确答案
mgh/2 mgh
试题分析:由牛顿第二定律可知合力为ma=,由动能定理可知动能增量为合力做功mgh/2 ,重力势能减小量为mgh
点评:难度较小,重力做功只与重力和高度差有关系,与物体的运动状态无关
《愤怒的小鸟》是时下一款很流行的游戏。为了报复偷走鸟蛋的肥猪们,鸟儿以自己的身体为武器,如炮弹般弹射出去攻击肥猪们的堡垒。某班的同学们根据自己所学的物理知识进行假设:视小鸟为质点,小鸟被弹弓沿水平方向弹出,如图所示。其中h1=0.8m,l1=2m,h2=2.4m,l2=1m,取g=10m/s2,则:
(1)小鸟以多大速度水平弹出刚好擦着台面草地边缘落在地面上?
(2)小鸟被弹出后能否直接打中肥猪?请用计算结果进行说明。
(3)如果小鸟以速度v0水平弹出后,先掉到台面的草地上,接触台面瞬间竖直速度变为零,水平速度不变,小鸟在草地上滑行一段距离后飞出,若要打中肥猪,小鸟和草地间的动摩擦因数μ应为多少(用题中所给的符号v0、h1、l1、h2、l2、g表示)?
正确答案
(1)5m/s;(2)不能直接击中堡垒(见解析);(3)
试题分析:(1)水平弹出刚好擦着台面草地边缘,运动时间,水平速度
(2)设小鸟以v0的速度弹出能直接击中肥猪堡垒,则:由平抛运动规律得:
考虑上述初速度的情况下,小鸟下落h1高度时的水平射程为,
得。小鸟先落到台面的草地上,不能直接击中堡垒。
(3)设小鸟落在台面上时的水平射程为x,飞出台面的速度为v,则:
水平射程
同理离开台面上草地上的速度
由动能定理得
三式联立可得
如图所示,A为一带有光滑斜面的固定轨道,轨道底端是水平的,质量M=18kg小车B静止于轨道右侧,其板面与轨道底端靠近且在同一水平面上,一个质量m=2.0kg的物体C由静止从轨道顶滑下,经过斜面与平面接触时没有能量损失,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为0.8m,物体与小车板面间的动摩擦因数为0.40,小车与水平面间的摩擦忽略不计,(取g="10" m·s-2)求:
(1)物体C下滑到斜面底端时的速度。物体滑上小车后与小车保持相对静止时的速度;从物体冲上小车到与小车相对静止所用的时间;
正确答案
(11) 4m/s 0.4m/s 0.9s
试题分析:(1)由动能定理可知(2)由物体与小车所构成的系统动量守恒可知
(3)以物体为研究对象,
点评:本题难度较小,把整个运动过程分解后,分析物体与小车整个系统的受力情况,判断出系统动量守恒是关键
如图,ABCD为一竖直平面的轨道,其中BC水平,A点比BC高出10米,BC长1米,AB和CD轨道光滑。一质量为1千克的物体,从A点以4米/秒的速度开始运动,经过BC后滑到高出C点10.3m的D点速度为零。求:(g=10m/s2)
(1)物体与BC轨道的滑动摩擦系数;
(2)物体第5次经过B点时的速度;
(3)物体最后停止的位置(距B点)。
正确答案
(1) (2)13.3(3)0.4m
试题分析:(1)分析从A到D过程,由动能定理得
解得
物体第5次经过B点时,物体在BC上滑动了4次,由动能定理得
解得
分析整个过程,由动能定理得 (2分) 解得s=21.6m
所以物体在轨道上来回了20次后,还有1.6m,故离B的距离为
点评:运用动能定理解题,关键是选择好研究的过程,研究的过程选取得好,会对解题带来很大的方便.
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