- 机械能守恒定律
- 共29368题
如图所示,一物体m在沿斜面向上的恒力F作用下,由静止从底端沿光滑的斜面向上做匀加速直线运动,经时间t力F做功为60J,此后撤去力F,物体又经过时间t回到出发点,若以地面为零势能面,物体回到出发点的动能为 ;撤去力F时物体的重力势能为 。
正确答案
60J 45J
试题分析:物体沿光滑斜面向上运动一直到回到出发点的过程,只有恒力F做功,根据动能定理,回到出发点的动能。设力F撤去时速度大小为
,返回地面后速度大小为
,力F撤去前为匀变速直线运动,撤去后仍是匀变速直线运动,则有位移
,整理得
,即力F撤去时物体动能为
,根据动能定理,在力F撤去前,
,所以撤去力F时物体的重力势能为
。
如图所示,A、B两小球质量分别为mA=0.05kg、mB=0.lkg,用一根长为L=1.0rn的细绳连接,细绳是不能伸长的轻绳,A球套在一根斜放的粗糙杆上,杆与水平面夹角θ=300。起始,同时给A、B一个方向沿杆向下、大小相同的初速度,此后观察到A、B连线保持竖直。当A球运动到P点时,碰到钉子突然停下,B球继续运动,但沿绳方向的速度瞬间消失,只剩下垂直绳方向的速度,B球恰好能不与杆相碰,不计空气阻力,已知OP间的竖直高度为向h= l.0m,g取10m/s2,求:
(1)A与杆接触面间的动摩擦因数μ。
(2)初速度v0的大小。
(3)整个过程中系统损失的机械能ΔE。
正确答案
(1) (2)
(3)
试题分析:(1)OP段,系统处于平衡状态,则
(2)A停止运动时,B以A为圆心沿切向一分速度摆起,法向分速度为
即时突变为零,如图所示,
则
摆起过程,根据动能定理
解得:
(3)根据能量守恒:
代入数据得:
(10分)如图所示,有一倾角为θ=370的硬杆,其上套一底端固定且劲度系数为k=120N/m的轻弹簧,弹簧与杆间无摩擦。一个质量为m=1kg的小球套在此硬杆上,从P点由静止开始滑下,已知小球与硬杆间的动摩擦因数为µ=0.5,P与弹簧自由端Q间的距离为L=1m。弹簧的弹性势能与其形变量x的关系为。求:
(1)木块从开始下滑到与弹簧自由端相碰所经历的时间t;
(2)木块运动过程中达到的最大速度υm;
(3)若使木块在P点以初速度υ0下滑后又恰好回到P点,则υ0需多大?
正确答案
(1)1 s (2)2m/s (3)4.9m/s
试题分析:(1)小球在垂直硬杆方向合力为0有
平行斜面方向
小球下滑为匀加速运动
(2)当小球从P点无初速滑下时,弹簧被压缩至x处有最大速度vm,此时小球加速度等于0
小球和弹簧组成的系统只有重力和弹簧弹力做功,系统机械能守恒
代入数据得
(3)设小球从P点压缩弹簧至最低点,弹簧的压缩量为x1,由动能定理
从最低点经过弹簧原长Q点回到P点的速度为0,则有
质量为m=0.5kg、可视为质点的小滑块,从光滑斜面上高h0=0.6m的A点由静止开始自由滑下。已知斜面AB与水平面BC在B处通过一小圆弧光滑连接。长为x0=0.5m的水平面BC与滑块之间的动摩擦因数μ=0.3,C点右侧有3级台阶(台阶编号如图所示),D点右侧是足够长的水平面。每级台阶的高度均为h=0.2m,宽均为L=0.4m。(设滑块从C点滑出后与地面或台阶碰撞后不再弹起)。
(1)求滑块经过B点时的速度vB;
(2)求滑块从B点运动到C点所经历的时间t;
(3)(辨析题)某同学是这样求滑块离开C点后,落点P与C点在水平方向距离x的:滑块离开C点后做平抛运动,下落高度H=4h=0.8m,在求出滑块经过C点速度的基础上,根据平抛运动知识即可求出水平位移x。
你认为该同学解法是否正确?如果正确,请解出结果。如果不正确,请说明理由,并用正确的方法求出结果。
正确答案
(1)(2)
(3)不正确,因为滑块可能落到某一个台阶上;正确结果
试题分析:(1)斜面AB上下滑,机械能守恒:,
(2)动能定理:,
牛顿定律:,
,
(3)不正确,因为滑块可能落到某一个台阶上。正确解法:
假定无台阶,滑块直接落在地上,,
水平位移,恰好等于3L(也就是恰好落在图中的D点),
因此滑块会撞到台阶上。
当滑块下落高度为2h时,,
水平位移,大于2L,
所以也不会撞到第①、②台阶上,而只能落在第③级台阶上。
则有,
,
点评:本题的难点是判断滑块回落到第几级台阶上,按下落高度求出下落时间,再算出水平距离,看在哪个台阶距离范围内即可。
(16分)如图所示,竖直平面内的四分之一圆弧轨道下端与水平桌面相切,小滑块A和B分别静止在圆弧轨道的最高点和最低点。现将A无初速度释放,A与B碰撞后结合为一个整体,并沿桌面滑动。已知圆弧轨道光滑,半径R=0.2m,A与B的质量相等,A与B整体与桌面之间的动摩擦因数=0.2。取重力加速度g=10m/s2,求:
(1)碰撞前瞬间A的速率v。
(2)碰撞后瞬间A与B整体的速度。
(3)A与B整体在桌面上滑动的距离L。
正确答案
(1)2m/s (2)1m/s (3)0.25m
试题分析:(1)对A从圆弧最高点到最低点的过程应用机械能守恒定律有:
可得
(2)A在圆弧轨道底部和B相撞,满足动量守恒,有:,可得
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(3)对AB一起滑动过程,由动能定理得:,可得L=0.25m
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?
(3)假设水平面足够长,且与滑块间的动摩擦因数不变则滑块最终停在距A多远的水平面上?
正确答案
(1)m/s (2) 5m (3)10m
试题分析:(1)0-2m过程中,即
,做功
2-3m过程中,即
,做功
3-4m过程中,F=0,不做功,
整个过程中摩擦力做功为
根据动能定理可得,解得
(2)根据机械能守恒定律可得:,所以l=5m
(3)根据动能定理可得,解得x=10m
点评:了解研究对象的运动过程是解决问题的前提,根据题目已知条件和求解的物理量选择物理规律解决问题.一个题目可能需要选择不同的过程多次运用动能定理研究.
运动员驾驶摩托车做腾跃特技表演。如图所示,AB是水平路面,长度为L=100m,BCD是一段曲面,AB、BC相切于B点, DEF是一段半径为R=10m的圆弧曲面,E为圆弧的顶点。运动员驾驶摩托车的功率恒定。从A点由静止出发,经过t1=15s到B点,在AB段所受的阻力,摩托车过B点时速度
m/s,再经t2=2s的时间,摩托车通过圆弧曲面的顶点E,此时压力传感器显示摩托车对E点的压力为零,摩托车通过E后做平抛运动,落地点与E点的水平距离为x=18m。已知人车总质量为m=180kg,重力加速度g=10m/s2。求:
小题1:摩托车在AB段的最小加速度a
小题2:坡顶高度h
小题3:人和摩托车在BE段克服空气和摩擦阻力做的功W
正确答案
小题1:
小题2:
小题3:
(1)从A点由静止出发,经过t1=15s到B点,由动能定理:
由 得: P="3000W " (2分)
在B点加速度最小, (2分)
(2)摩托车对E点的压力为零,重力提供向心力:
, 解得
(2分)
由平抛运动规律:, (1分)
(2分)
(3)由动能定理
得:
(3分)
如图所示,质量为m的小球P位于距水平地面高度H处,在水平地面的上方存在一定厚度的“作用力区域”,如图中的虚线部分。当小球进入“作用力区域”后将受到竖直向上的恒定作用力F,F=5mg,F对小球的作用刚好使从静止释放的小球不与水平地面接触。H=25 m,g=10 m / s2。 求:
(1)作用力区域的厚度h=?
(2)小球从静止释放后的运动是周期性的运动,周期T=?(即从P点开始运动到又回到P点所用的时间)
正确答案
(1)5m (2)5s
(1)根据动能定理有mgH-Fh=0·····(2分)
h=5 m··········(2分)
(2) 设小球在作用力区域上方运动的时间是t1,进入作用力区域的速度是v,在作用力区域内加速度是a,运动的时间是t2,则
t1==2 s···········(2分)
v=g t1
a=················(2分)
v=a t2
g t1=a t2·······················(2分)
解得t2=0.5 s····················(2分)
小球运动的周期T=2 (t1+t2)··········(2分)
解得T=5s···············(2分)
(14分) 如图所示,足够长的两根相距为0.5m的平行光滑导轨竖直放置,导轨电阻不计,磁感应强度B为0.8T的匀强磁场的方向垂直于导轨平面。两根质量均为0.04kg、电阻均为0.5Ω的可动金属棒和
都与导轨始终接触良好,导轨下端连接阻值为1Ω的电阻R,金属棒
用一根细绳拉住,细绳允许承受的最大拉力为0.64N。现让
棒从静止开始落下,直至细绳刚被拉断时,此过程中电阻R上产生的热量为0.2J,(g=10m/s2)求:
(1)此过程中棒和
棒产生的热量
和
;
(2)细绳被拉断瞬时,棒的速度
。
(3)细绳刚要被拉断时,棒下落的高度
。
正确答案
(1)0.4J 0.9J (2)1.875m/s (3)3.29m
试题分析:(1)根据Q=I2Rt,电路串并联规律得:Iab:Icd:IR=2:3:1,则Qab=2QR=0.4J,Qcd=9QR=0.9J.
ab棒被拉断瞬间有F+mg-Tm=0。F=BIL,,
,E=BLv得
v=1.875m/s。
(3)cd棒下落过程由能量守恒得 ,则h≈3.296m
(9分)如图所示,用同样材料制成的一个轨道,AB段为1/4圆弧,半径为R=2m,水平放置的BC段长度也为R,一小物块质量为m=1Kg,与轨道间动摩擦因数为µ=0.2,当它从轨道顶端A由静止下滑时,恰好运动到C点静止,求物体在AB段克服摩擦力所做的功。(取g=10m/s2)
正确答案
16J
试题分析:设小物块在由A运动至B过程中克服摩擦力做功为W,对小物块由A运动至C过程中运用动能定理得:mgR-W-µmgR=0
由上式得:W=mgR(1-µ)=16J
(6分)如图所示,斜面倾角,另一边与地面垂直,高为
,斜面顶点有一定滑轮,物块A和B的质量分别为
和
,通过轻而软的细绳连结并跨过定滑轮,开始时两物块都位于与地面的垂直距离为
的位置上,释放两物块后,A沿斜面无摩擦地上滑,B沿斜面的竖直边下落,若物块A恰好能达到斜面的顶点,试求
和
的比值.(滑轮质量、半径及摩擦均可忽略)
正确答案
试题分析:B下落的过程中,A、B组成的系统机械能守恒得:
B落地后到A到达斜面顶端过程中,对A由动能定理可得:
解得:
(13分)如图所示,一物块(视为质点)质量为m=2Kg,以速度0=3m/s的速度水平滑上一木板的左端,木板的上表面离水平地面的高度为h=0.8m,木板长为L=2m,质量为M=10Kg。木板与水平地面间的动摩擦因数μ1=0.1,取
,不计空气阻力。请解答如下问题:
(1)若保持物块与木板表面间光滑,求物块落地点D到木板左端的水平距离
(2)若物块与木板上表面间的动摩擦因数μ2="0.2," 求物块落地点E(图中未画出)到木板左端的水平距离。
正确答案
(1)3.2m (2)2.4m
试题分析:(1) 物块与木板表面间光滑,物块在木板上做匀速直线运动,木板不动,物块从木板右端飞出做平抛运动,竖直方向有:
水平方向有:
联立解得t=0.4s x=1.2m
落地点D到木板左端的水平距离=L+x=3.2m
(2)物块与木板之间的摩擦力为:
木板和地面之间的最大静摩擦力为
因为,所以木板不移动,物块在木板上滑到右端的过程中应用动能定理得:
代入数据解得:
平抛后在水平方向上有,解得
物块落地点E(图中未画出)到木板左端的水平距离为=L+s=2.4m
(10分) 如图所示,一带电平行板电容器水平放置,金属板M上开有一小孔.有A、B、C三个质量均为m、电荷量均为+q的带电小球(可视为质点),其间用长为L的绝缘轻杆相连,处于竖直状态.已知M、N两板间距为3L,现使A小球恰好位于小孔中,由静止释放并让三个带电小球保持竖直下落,当A球到达N极板时速度刚好为零,求:
⑴三个小球从静止开始运动到A球刚好到达N板的过程中,重力势能的减少量;
⑵两极板间的电压;
⑶小球在运动过程中的最大速率.
正确答案
⑴ 9mgL ⑵ ⑶
试题分析:⑴设三个球重力势能减少量为△Ep
△Ep= 9mgL 2分
⑵设两极板电压为U ,由动能定理:W合=△Ek
有3mg·3L--
-
=0
解得:U = 4分
⑶当小球受到的重力与电场力相等时,小球的速度最大vm
3mg= 解得 n=2
即:小球达到最大速度的位置是B球刚进入电场时的位置,由动能定理有:
3mg·L-=
×3mvm2
解得vm= 4分
如图所示,长为1.8 m的轻质细线一端固定于O点,另一端系一质量m="0.5" kg的小球.把小球拉到A点由静止释放,O、A在同一水平面上,B为小球运动的最低点.忽略空气阻力,取B点的重力势能为零,重力加速度g="10" m/s2求:
(1)小球受到重力的大小;
(2)小球在A点的重力势能;
(3)小球运动到B点时速度的大小.
正确答案
(1)5N(2)9J(3)6m/s
试题分析:(1)G=mg=0.5×10=5N
(2)A点重力势能EP=mgl=5×1.8=9J
(3)由A摆至B过程中,由动能定理mgl=
所以到B点速度
(10分)如图所示,在竖直向下的匀强电场中,一个质量为m带负电的小球从斜轨道上的A点由静止滑下,小球通过半径为R的圆轨道顶端的B点时恰好不落下来。已知轨道是光滑而又绝缘的,且小球的重力是它所受的电场力2倍。求:
(1)A点在斜轨道上的高度h为多少?
(2)小球运动到最低点时对轨道的最小压力为多少?
正确答案
(1) (2) 3mg
试题分析:(1)设小球到B点的最小速度为vB,则牛顿第二定律: ①
小球从A到B的过程中由动能定理: ②
由①②得 ③ 5分
(2)小球从A到C的过程中,由动能定理: ④
小球在C点时,牛顿第二定律: ⑤
又因为 mg=2qE ⑥
由③④⑤⑥ 得:N=3mg 5分
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