- 机械能守恒定律
- 共29368题
如图,足够长的水平传送带始终以大小为v=3m/s的速度向左运动,传送带上有一质量为M=2kg的小木盒,它与传送带间的摩擦因数为μ=0.3。开始时,小木盒与传送带保持静止。现有一个光滑的质量为m=1kg的小球自传送带左端出发,以v0=15m/s的速度在传送带上向右运动。已知小球与小木盒相遇并立即进入盒中与盒保持相对静止。取g=10m/s2。求:
(1)小球与小木盒相遇瞬间的共同运动速度v1的大小及方向?
(2)小球与小木盒相对静止后,最终一起静止在传送带上,此过程中,它们对地的位移多大?
正确答案
解:以水平向右为正方向
(1)根据动量守恒定律
代入数据,解得,水平向右
(2)根据动能定理
代入数据解得s=0
如图所示,一滑板B静止在水平面上,上表面所在平面与固定于竖直平面内、半径为R的1/4圆形光滑轨道相切于Q.一物块A从圆形轨道与圆心等高的P点无初速度释放,当物块经过Q点滑上滑板之后即刻受到大小F=2μmg、水平向左的恒力持续作用.已知物块、滑板的质量均为m,物块与滑板间的动摩擦因数μ=3μ,滑板与水平面间的动摩擦因数μ=μ,物块可视为质点,重力加速度取g.
(1)求物块滑到Q点的速度大小;
(2)简单分析判断物块在滑板上滑行过程中,滑板是否滑动;
(3)为使物块不从滑板上滑离,滑板至少多长?
正确答案
(1)物块A从P点运动到Q点的过程中,由动能定理有:
mgR=m
-0
解得:v1=
(2)物块与滑板间的滑动摩擦力f1=μ1mg=3μmg
滑板与水平面间的滑动摩擦力f2=μ2(m+m)g=2μmg<f1
故物块在滑板上滑行的过程中,滑板将向左滑动.
(3)对于物块与滑板构成的系统,f2=F,系统动量守恒定律:
mv1=2mv
解得:v=
设滑板的长度至少为L,物块与滑板共速前滑板滑行的位移为L1,对于系统由动能定理有:
F(L+L1)-f1((L+L1)+f1L1-f2L1=2mv2-
m
解得:L=
答:(1)物块滑到Q点的速度大小是;
(2)滑板将向左滑动;
(3)为使物块不从滑板上滑离,滑板至少
如图所示,质量m=100g的小物块,从距地面h=2.0m处的斜轨道上由静止开始下滑,与斜轨道相连的是半径r=0.4m的圆轨道.若物体运动到圆轨道的最高点A时,物块对轨道的压力恰好等于它自身所受的重力.求物块从开始下滑到A点的运动过程中克服阻力做的功多少?(g取10m/s2)
正确答案
在A点对物块进行受力分析:受力图
N=mg ①
F合=mg+N ②
F合=F向=…③
从开始到A点过程:W合=△EK∴WG+Wf=m
…④
WG=mg(h-2r)…⑤
由①②③④⑤得Wf=-0.8J
所以W克f=-Wf=0.8J.
【选修3-5选做题】
如图所示,两块长度均为d=0.2m的木块A、B,紧靠着放在光滑水平面上,其质量均为M=0.9kg。一颗质量为m=0.02kg的子弹(可视为质点且不计重力)以速度0=500m/s水平向右射入木块A,当子弹恰水平穿出A时,测得木块的速度为v=2m/s,子弹最终停留在木块B中。求:
(1)子弹离开木块A时的速度大小及子弹在木块A中所受的阻力大小;
(2)子弹和木块B的最终速度大小。
正确答案
解:(1)设子弹离开时速度为1,对子弹和、整体,有:
o=1+2
=o2-
12-
22以上联合解得:1=320m/s,=7362N
(2)子弹在中运动过程中,最后二者共速,速度设为2,对子弹和整体,有
1+=(+)2
解得:2=≈8.9m/s
如图所示,质量分别为mA=3kg、mB=1kg的物块A、B置于足够长的水平面上,F=13N的水平推力作用下,一起由静止开始向右做匀加速运动,已知A、B与水平面间的动摩擦因素分别为μA=0.1、μB=0.2,取g=10m/s2。则:
(1)物块A、B一起做匀加速运动的加速度为多大?
(2)物块A对物块B的作用力为多大?
(3)若物块A、B一起运动的速度v=10m/s时,撤去水平力F,求此后物块B滑行过程中克服摩擦力做的功。
正确答案
解:(1)设物块A、B一起做匀加速运动的加速度为a,则
代入数据解得
(2)设物块A对物块B的作用力大小为F',则
代入数据解得F'= 4N
(3)撤去水平力F后,物块A、B一起做减速运动,设滑行距离为x,B滑行过程中克服摩擦力做的功为Wf,则
代入数据解得
在如图所示的装置中,两个光滑的定滑轮的半径很小,表面粗糙的斜面固定在地面上,斜面的倾角为θ=30°。用一根跨过定滑轮的细绳连接甲、乙两物体,把甲物体放在斜面上且连线与斜面平行,把乙物体悬在空中,并使悬线拉直且偏离竖直方向α=60°。现同时释放甲、乙两物体,乙物体将在竖直平面内振动,当乙物体运动经过最高点和最低点时,甲物体在斜面上均恰好未滑动。已知乙物体的质量为m=1㎏,若取重力加速度g=10m/s2。
求:甲物体的质量及斜面对甲物体的最大静摩擦力。
正确答案
解:设甲物体的质量为M,所受的最大静摩擦力为f,则当乙物体运动到最高点时,绳子上的弹力最小,设为T1, 对乙物体
此时甲物体恰好不下滑,有:
得:
当乙物体运动到最低点时,设绳子上的弹力最大,设为T2
对乙物体由动能定理:
又由牛顿第二定律:
此时甲物体恰好不上滑,则有:
得:
可解得:,
。
如图所示,一物体以100J的初动能,从斜面底端的A点沿斜面向上作匀减速直线运动,它到达B点时,动能减少了80J,机械能减少了32J,已知A、B间的距离s=2m,试求:
(1)物体沿斜面运动中所受到的滑动摩擦力做的功是___________J,摩擦力f的大小是___________N;
(2)物体沿斜面向上运动达到最高处时,摩擦力做的总功是____________J,在最高处物体所具有的重力势能是_____________J;
(3)物体从最高点沿原路下滑到达A点时的动能是多少?
正确答案
(1)-32,16
(2)-40,60
(3)20J
如图所示,在距水平地面高为0.4m处,水平固定一根长直光滑杆,杆上P处固定一定滑轮,滑轮可绕水平轴无摩擦转动,在P点的右边,杆上套一质量m=3kg的滑块A,半径R=0.3m的光滑半圆形轨道竖直地固定在地面上,其圆心O在P点的正下方,在轨道上套有一质量m=3kg的小球B,用一条不可伸长的柔软细绳,通过定滑轮将小球和滑块连接起来。杆和半圆形轨道在同一竖直平面内,滑块和小球均可看着质点,且不计滑轮大小的影响。现给滑块A施加一个水平向右,大小为60N的恒力F,则
(1)求把小球B从地面拉到半圆形轨道顶点C的过程中力F做的功?
(2)求小球B运动到C处时所受的向心力的大小?
(3)求小球B被拉到离地多高时,滑块A与小球B的速度大小相等?
正确答案
(1)24J
(2)100N
(3)0.225m
如图所示,质量m=10kg的物体放在水平面上,物体与水平面间动摩擦因数为μ=0.4,取g=10m/s2,今用大小为F=50N的水平恒力作用于物体,使物体由静止开始作匀加速直线运动,经t=8s后撤去F,求:
(1)力F所做的功;
(2)8s末物体的动能;
(3)物体从开始运动直到最终静止的整个过程中克服摩擦力所做的功。
正确答案
解:(1)根据牛顿第二定律:F-μmg=ma
解得:a=1m/s2
由运动学公式有:s=at2=32m
根据功的公式:W=Fs=1600J
(2)由运动学公式有:v=at=8m/s
所以:EK=mv2=320J
(3)对整个过程用动能定理:Fs-WF=0
解得:WF=Fs=1600J
如图所示,质量m=10kg的物体放在水平面上,物体与水平面间的动摩擦因数为μ=0.4,取g=10m/s2,今用大小为F=50N的水平恒力作用于物体,使物体由静止开始做匀变速直线运动,经t=2s后撤去F.求:
(1)力F所做的功;
(2)撤去F后还能滑多远.
正确答案
(1)根据牛顿第二定律得:F-μmg=ma
加速度a=1m/s2
2s内位移:
s=at2=2m
F所做功W=FS=100J
(2)由动能定理 FS-Ff(S+S1)=0得
滑行距离S1=0.5m
答:(1)力F所做的功为100J;
(2)撤去F后还能滑行0.5m.
(附加题)如图所示,轻质长绳水平地跨在相距为2L的两个小定滑轮A、B上,质量为m的物块悬挂在绳上O点,O与A、B两滑轮的距离相等.在轻绳两端C、D分别施加竖直向下的恒力F=mg.先托住物块,使绳处于水平拉直状态,由静止释放物块,在物块下落过程中,保持C、D两端的拉力F不变.
(1)当物块下落距离h为多大时,物块的加速度为零?
(2)在物块下落上述距离的过程中,克服C端恒力F做功W为多少?
(3)求物块下落过程中的最大速度Vm和最大距离H?
正确答案
(1)当物块所受的合外力为零时,加速度为零,此时物块下降距离为h.因为F恒定,所以两绳对物块拉力大小分别为F,两绳与竖直方向夹角均为θ,由平衡条件知:
2Fcosθ=mg2θ=120°,所以θ=60°,
由图知:h=Ltan30°=L
①
(2)物块下落h时,绳的C、D端均上升h′由几何关系可得:h′=-L ②
克服C端恒力F做的功为:W=Fh′③
由①②③式联立解得:W=(-1)mgL
(3)在物块下落过程中,共有三个力对物块做功.重力做正功,两端绳子对物块的拉力做负功.两端绳子拉力做的功就等于作用在C、D端的恒力F所做的功.因为物块下降距离h时动能最大.由动能定理得:mgh-2W=m
④
将①②③式代入④式解得:vm=
当物块速度减小为零时,物块下落距离达到最大值H,绳C、D上升的距离为H’.由动能定理得:
mgH-2mgH′=0,又H′=-L,
联立解得:H=l.
答:(1)当物块下落距离h为时,物块的加速度为零.
(2)在物块下落上述距离的过程中,克服C端恒力F做功W为(-1)mgL.
(3)物块下落过程中的最大速度vm为,最大距离H为
l.
如图所示,半径为0.3m的光滑半圆形细轨道竖直固定在地离地0.4m处固定一水平长直光滑杆,杆与轨道在同一竖直平面内.A、B为质量均为2kg的小环,A套在杆上,B套在轨道上,一条不可伸长的细绳,绕过固定在杆上P点、可绕水平轴自由转动的定滑轮将两环连接起来,P点在O点的正上方.两环均可看作质点,且不计滑轮大小.在环A上施加一个大小为55N的水平向右恒力F,使B从地面由静止沿轨道上升,在B上升到最高点的过程中该恒力做功为______J,B被拉到最高点时的速度大小为______m/s.
正确答案
设半圆形细轨道半径为r,根据几何关系得:A环移动的位移大小为x=-(PO-r)=
-(0.4-0.3)(m)=0.4m,则在B上升到最高点的过程中该恒力做功为W=Fx=55×0.4J=22J.
B被拉到最高点时速度沿水平方向,A环的速度恰好为零,对两环组成的整体为研究,根据动能定理得:
W-mgr=mv2,代入解得v=4m/s.
故答案为:22,4
如图所示,轻质长绳水平地跨在相距为2L的两个小定滑轮A、B上,质量为m的物块悬挂在绳上O点,O与A、B两滑轮的距离相等。在轻绳两端C、D分别施加竖直向下的恒力F=mg。先托住物块,使绳处于水平拉直状态,由静止释放物块,在物块下落过程中,保持C、D两端的拉力F不变。
(1)当物块下落距离h为多大时,物块的加速度为零?
(2)在物块下落上述距离的过程中,克服C端恒力F做功W为多少?
(3)求物块下落过程中的最大速度Vm和最大距离H?
正确答案
解:(1)当物块所受的合外力为零时,加速度为零,此时物块下降距离为h。因为F恒等于mg,所以绳对物块拉力大小恒为mg,由平衡条件知:2θ=120°,所以θ=60°,由图可知:
h=L×tg30°=L ①
(2)当物块下落h时,绳的C、D端均上升h',由几何关系可得:h'=-L ②
克服C端恒力F做的功为:W=F×h' ③
由①②③式联立解得:W=(-1)mgL
(3)物块下落过程中,共有三个力对物块做功。重力做正功,两端绳子对物块的拉力做负功。两端绳子拉力做的功就等于作用在C、D端的恒力F所做的功。因为物块下降距离h时动能最大。由动能定理得:mgh-2W= ④
将①②③式代入④式解得:Vm=
当物块速度减小为零时,物块下落距离达到最大值H,绳C、D上升的距离为H'。由动能定理得:mgH-2mgH'=0
又H'=-L
联立解得:H=
如图所示,M、N为两块左右放置的竖直平行金属板,两板的间距为d,有一质量为m、电量为q(q>0)的粒子从N板的内侧下端的A点以竖直向上的速度飞入两板间,而能从M板的B孔水平飞出.已知B比A高2d,重力加速度为g,不计空气阻力,求:
(1)M、N板间的电场强度的大小.
(2)粒子刚飞入时速度为vA,和它从B孔飞出时的速度vB.
(3)粒子从B孔飞出后,落到与A点等高的C点时,速度vC的大小.
正确答案
(1)由某一运动的分运动的等时性,可知粒子的竖直分运动和水平分运动所经历的时间必然相等.竖直分运动的加速度为g,位移为2d,水平分运动的加速度为,位移为d,故由运动学关系有竖直方向2d=
gt2
水平方向d=•t2 联解可得:E=
(2)对粒子的竖直分运动有vA==2
;同理,对水平分运动有vB=
将E=代人得:vB=
(3)由B到C,只受重力作用,运用动能定理,有mg•2d=m
-
m
将vB=代人得:vC=
答:(1)M、N板间的电场强度的大小E=.
(2)粒子刚飞入时速度为vA,和它从B孔飞出时的速度vB=.
(3)粒子从B孔飞出后,落到C点时速度vC=.
如图所示,一质量为m带正电的小球,用长为L的绝缘细线悬挂于O点,处于一水平方向的匀强电场中,静止时细线右偏与竖直方向成45°角,位于图中的P点。重力加速度为g,求:
(1)静止在P点时线的拉力是多大?
(2)如将小球向右拉紧至与O点等高的A点由静止释放,则当小球摆至P点时,其电势能如何变?变化了多少?
(3)如将小球向左拉紧至与O点等高的B点由静止释放,则小球到达P点时的速度大小?
正确答案
解:(1)
(2)小球从A到P的过程中,电场力做负功,故其电势能增加
(3)小球先做匀加速直线运动到达最低点C,根据动能定理得:
到达C点后细绳绷紧,沿细绳方向的速度变为零,则
从C到P做圆周运动,由动能定律得:
扫码查看完整答案与解析