- 机械能守恒定律
- 共29368题
为研究静电除尘,有人设计了一个盒状容器,容器侧面是绝缘的透明有机玻璃,它的上下底面是面积A=0.04m2的金属板,间距L=0.05m,当连接到U=2500V的高压电源正负两极时,能在两金属板间产生一个匀强电场,如图所示,现把一定量均匀分布的烟尘颗粒密闭在容器内,每立方米有烟尘颗粒1013个,假设这些颗粒都处于静止状态,每个颗粒带电量为q=+1.0×10-17C,质量为m=2.0×10-15kg,不考虑烟尘颗粒之间的相互作用和空气阻力,并忽略烟尘颗粒所受重力.求合上电键后:
(1)经过多长时间烟尘颗粒可以被全部吸附?
(2)除尘过程中电场对烟尘颗粒共做了多少功?
(3)经过多长时间容器中烟尘颗粒的总动能达到最大?
正确答案
“10m跳台跳水”是奥运会中的一个项目,某跳水运动员竖直向上起跳时她的重心离跳台台面的高度约为0.9m,当她下降到手触及水面时她的重心离水面距离也约为0.9m.若该运动员从跳离跳台到手触水经历的时间为2s,不计空气阻力,g取10m/s2.求
(1)运动员起跳速度的大小;
(2)若运动员从双手触水到速度为零的过程中,重心下降了2.5m,假设在此入水过程中运动员始终是竖直的,则水对她的平均阻力约为其自身重力的几倍?
正确答案
(1)设跳离跳台时运动员的速度为v,规定向上为正方向,则由运动学公式有 -h=vt-gt2 ①
解得:v=5m/s ②
(2)设手触及水面时,运动员的速度为v',v'=v-gt ③
在入水至重心速度减为零的过程中设水对运动的平均阻力为f,由动能定理得:-(f-mg)h′=0-mv′2 ④
解得:f=5.5mg ⑤
因此水对她的平均阻力约为其自身重力的5.5倍.
答:
(1)运动员起跳速度的大小为5m/s;
(2)若运动员从双手触水到速度为零的过程中,重心下降了2.5m,假设在此入水过程中运动员始终是竖直的,则水对她的平均阻力约为其自身重力的5.5倍.
滑雪运动中当滑雪板压在雪地时会把雪内的空气逼出来,在滑雪板与雪地间形成一个暂时的“气垫”,从而大大减小雪地对滑雪板的摩擦.然而当滑雪板相对雪地速度较小时,与雪地接触时间超过某一值就会陷下去,使得它们间的摩擦力增大.假设滑雪者的速度超过4m/s时,滑雪板与雪地间的动摩擦因数就会由μ1=0.25变为μ2=0.125.一滑雪者从倾角θ=37°的坡顶A处由静止开始自由下滑,滑至坡底B(B处为一光滑小圆弧)后又滑上一段水平雪地,最后停在C处,如图所示,不计空气阻力,坡长L=26m,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:
(1)滑雪者从静止开始到动摩擦因数发生变化所经历的时间;
(2)滑雪者到达B处的速度;
(3)滑雪者在水平雪地上运动的最大距离.
正确答案
(1)设滑雪者质量为m,滑雪者在斜坡上从静止开始加速至速度v1=4m/s期间,由牛顿第二定律有:mgsin37°-μ1mgcos37°=ma1
解得:a1=4m/s2
故由静止开始到动摩擦因数发生变化所经历的时间:t==1s
(2)则根据牛顿定律和运动学公式有:x1=a1t2
mgsin37°-μ2mgcos37°=ma2x2=L-x1-
=2a2x2
代入数据解得:vB=16m/s
(3)设滑雪者速度由vB=16m/s减速到v1=4m/s期间运动的位移为x3,速度由v1=4m/s减速到零期间运动的位移为x4,则由动能定理有:-μ2mgx3=m
-
m
-μ1mgx4=0-m
所以滑雪者在水平雪地上运动的最大距离为:x=x3+x4=99.2m.
答:(1)滑雪者从静止开始到动摩擦因数发生变化所经历的时间为1s.
(2)滑雪者到达B处的速度为16m/s.
(3)滑雪者在水平雪地上运动的最大距离为99.2m.
如图所示,AB段为一半径R=0.2m的光滑圆弧轨道,EF为一倾角是30°的足够长的光滑固定斜面,斜而上有一质量为0.1kg的薄木板CD,开始时薄木板被锁定.一质量也为0.1kg的物块从且点由静止开始下滑,通过B点后水平抛出,经过一段时间后恰好以平行于薄木板的方向滑上薄木板,在物块滑上薄木板的同时薄木饭,解除锁定,下滑过程中某时刻物块和薄木板能达到共同速度.已知物块与薄木板间的动摩擦因数为μ=
.(g=10m/s2,结果可保留根号)求:
(1)物块到达B点时对圆弧轨道的压力;
(2)物块滑上薄木板时的速度大小;
(3)达到共同速度前物块下滑的加速度大小及从物块滑上薄木板至达到共同速度所用的时间.
正确答案
(1)物块从A到B过程,只有重力做功,根据机械能守恒定律得
mgR=m
解得,vB==2m/s
在B点,由牛顿第二定律得:
N-mg=m
解得,N=3N
根据牛顿第三定律得:物块到达B点时对圆弧轨道的压力大小为3N,方向竖直向下.
(2)设物块到达斜面上的速度为v,则由题意得
cos30°=
解得,v=m/s
(3)在物块滑上薄木板的过程中,由牛顿第二定律得
对物块:mgsin30°-μmgcos30°=ma1
解得,a1=2.5m/s2
对木板:mgsin30°+μmgcos30°=ma2
解得,a2=7.5m/s2
设从物块滑上薄木板至达到共同速度所用的时间为t,则有
v+a1t=a2t
解得,t=s
答:
(1)物块到达B点时对圆弧轨道的压力是2m/s;
(2)物块滑上薄木板时的速度大小是m/s;
(3)达到共同速度前物块下滑的加速度大小为2.5m/s2,从物块滑上薄木板至达到共同速度所用的时间为s.
一物体质量为1kg,沿倾角为300的传送带从最高端A点以初速度v0=8m/s下滑,传送带匀速向下运动的速度为2m/s,全长20m.物体与传送带之间的动摩擦因数为,物体运动到传送带底端B点的速度大小为______m/s;全过程中因物体和传送带间的摩擦而产生的热量为______J.(重力加速度g=10m/s2)
正确答案
物体开始下滑的加速度a==gsin30°-μgcos30°=-2.5m/s2,知方向沿斜面向上.
当速度减小到2m/s时,位移x==
m=12m<20m.
因为滑动摩擦力小于重力的分力,所以速度相等后,一起做匀速直线运动.则物体运动到底端B点的速度大小为2m/s.
在速度相等前发生相对滑动,时间t==2.4s.
传送带的位移x′=v0t=8×2.4m=19.2m.
则相对滑动的位移△x=19.2-12m=7.2m
则Q=μmgcosθ△x=×10×
×7.2J=54J.
故答案为:2,54.
单板滑雪U型池如图所示由两个完全相同的1/4圆弧滑道AB、CD和水平滑道BC构成,圆弧滑道的半径R=3.5m,B、C分别为圆弧滑道的最低点,B、C间的距离s=8.0m,假设某次比赛中运动员经过水平滑道B点时水平向右的速度v0=16.2m/s,运动员从B点运动到C点所用的时间t=0.5s,从D点跃起时的速度vD=8.0m/s.设运动员连同滑板的质量m=50kg,忽略空气阻力的影响,重力加速度g取10m/s2.求:
(1)运动员在B点对圆弧轨道的压力;
(2)运动员从D点跃起后在空中完成运动的时间;
(3)运动员从C点到D点运动的过程中需要克服摩擦阻力所做的功;
正确答案
(1)由N-mg=知,N=4249.1(N)
由牛三知,压力为4249.1N.
(2)运动员从D点跃起后在空中做竖直上抛运动,设运动员上升的时间为t1,根据运动学公式 vD=gt1
运动员在空中完成动作的时间 t′=2t1==1.6s
(3)运动员从B点到C点,做匀变速直线运动,运动过程的平均速度=
=
解得运动员到达C点时的速度 vC=-vB=15.8m/s
运动员从C点到D点的过程中,克服摩擦力和重力做功,根据动能定理
-Wf-mgR=mvD2-
mvC2
得运动员克服摩擦力做功Wf=mvC2-
mvD2-mgR
代入数值解得 Wf=2891J
答:(1)运动员在B点对圆弧轨道的压力为4249.1N.
(2)运动员从D点跃起后在空中完成运动的时间为1.6s.
(3)运动员从C点到D点运动的过程中需要克服摩擦阻力所做的功为2891J.
某校课外活动小组,自制一枚土火箭,设火箭发射实验时,始终在垂直于地面的方向上运动.火箭点火后经过4s到达离地面40m高处燃料恰好用完.若空气阻力忽略不计,g取10m/s2.求:
(1)火箭的平均推力与重力的比值是多大?
(2)火箭能到达的离地面的最大高度是多大?
(3)燃料燃烧结束后,火箭还能飞行多长时间?
正确答案
(1)设燃料燃烧结束时火箭的速度为v,根据运动学公式和动能定理有
h=t
Fh-mgh=mv2
可求得v==
=20m/s.
由上面的式子可推得=
+1=
(2)火箭能够继续上升的时间t1==
=2s
火箭能够继续上升的高度h1==
m=20m
火箭离地的最大高度H=h+h1=60m
(3)火箭由最高点落至地面的时间t2==
s=2
s.
燃料燃烧结束后,火箭飞行的时间t=t1+t2=2+2≈5.46s.
答:(1)火箭的平均推力与重力的比值是.
(2)火箭能到达的离地面的最大高度是60m.
(3)燃料燃烧结束后,火箭还能飞行5.46s.
如图甲所示,场强大小为E、方向竖直向上的匀强电场内存在着一半径为R的圆形区域,O点为该圆形区域的圆心,A点是圆形区域的最低点,B点是最右侧的点.在A点有放射源释放出初速度大小不同、方向均垂直于场强向右的正电荷,电荷的质量为m,电量为q,不计重力.试求:
(1)电荷在电场中运动的加速度多大?
(2)运动轨迹经过B点的电荷在A点时的速度多大?
(3)某电荷的运动的轨迹和圆形区域的边缘交于P点,∠POA=θ,请写出该电荷经过P点时动能的表达式.
(4)若在圆形区域的边缘有一接收屏CBD,C、D分别为接收屏上最边缘的两点,如图乙,∠COB=∠BOD=30°.求该屏上接收到的电荷的末动能大小的范围.
正确答案
(1)根据牛顿第二定律得,a=.
(2)由R=v0t,R=at2 及a=
得,
联立三个式子可解得:v0=.
(3)Rsinθ=v0t,R-Rcosθ=at2及a=
三个式子可得v02=
m v02=
=
经过P点时的动能:Ek=Eq(R-Rcosθ)+m v02=
EqR (5-3cosθ)
(4)由第(3)小题的结论可以看出,当θ从0°变化到180°,接收屏上电荷的动能逐渐增大,因此D点接收到的电荷的末动能最小,C点接收到的电荷的末动能最大.(2分)
EkD=Eq(R-Rcosθ)+m v0D2=
EqR (5-3cos60°)=
EqR
EkC=Eq(R-Rcosθ)+m v0C2=
EqR (5-3cos120°)=
EqR
所以,屏上接收到的电荷的末动能大小的范围为[EqR,
EqR]
答:(1)电荷在电场中运动的加速度为.
(2)运动轨迹经过B点的电荷在A点时的速度为.
(3)该电荷经过P点时动能的表达式EqR (5-3cosθ)
(4)该屏上接收到的电荷的末动能大小的范围为[EqR,
EqR].
如图所示,在水平地面MN上方有一个粗糙绝缘平台PQ,高度为h=1m平台上方PR右侧有水平向右的有界匀强电场,PR左侧有竖直向上的匀强电场,场强大小均为E=1.1×l04N/C有一质量m=1.0×10-3kg、电荷量为q=-2.0×10-6C的滑块,放在距离平台左端P点L=1.2m处,滑块与平台间的动摩擦因数u=0.2,现给滑块水平向左的初速度v0=4m/s,取g=10m/s2,求:
(1)滑块经过P点时的速度;
(2)滑块落地点到N点的距离.
正确答案
(1)由动能定理qEL-μmgL=m
-
m
得:vP=8m/s
滑块经过P点时的速度为8m/s;
(2)脱离平台后物体竖直方向运动的加速度为a,下落时间为t,
由牛顿第二定律可知:
mg+qE=ma
下落高度:h=at2
水平位移:s=vt
解得:s=2m,
滑块落地点到N点的距离为2m.
初中物理第二册《机械能》第一节告诉我们:物体由于运动而具有的能叫动能,动能的表达式EK=mv2.质量m=1kg的物体,在水平拉力F的作用下,沿粗糙水平面运动,经过位移4m时,拉力F停止作用,运动到位移是8m时物体停止.运动过程中Ek-s的图线如图所示(EK的表达式:EK=
mv2),g取l0m/s2.求:
(1)物体初速度的大小;
(2)物体和水平面间的动摩擦因数;
(3)物体运动的总时间.
正确答案
(1)由图可知物体的初动能为2J,根据EK=mv02得:v0=2m/s
(2)设匀加速的位移为s1,位移为s2,对撤去拉力F后直到停止的过程运用动能定理得:
△EK=W合
-μmgs2=0-8J
μ=0.2
(3)设匀加速运动的末速度为v1,运动时间为t1,匀减速运动的末速度为v2,运动时间为t2,
由图可知物体匀加速运动的末动能为8J,匀减速运动的末速度v2=0,根据EK1=mv12得:v1=4m/s
根据 s1=t1 解得:t1=
m
根据 s2=t1 解得:t2=2s
所以总时间 t=t1+t2=s
答:(1)物体初速度的大小为2m/s;(2)物体和水平面间的动摩擦因数为0.2;(3)物体运动的总时间为s.
如图所示,质量为m=10kg的两个相同的物块A、B(它们之间用轻绳相连)放在水平地面上,在方向与水平方面成θ=37°角斜向上、大小为100N的拉力F作用下,以大小为v0=4.0m/s的速度向右做匀速直线运动,求剪断轻绳后物块A在水平地面上滑行的距离.(取当地的重力加速度(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
设两物体与地面间的动摩擦因素为μ,根据滑动摩擦力公式和平衡条件,
对A、B整体有:.μmg+μ(mg-Fsinθ)=Fcosθ①
剪断轻绳以后,设物体A在水平地面上滑行的距离为s,有
μmg=ma②
v02=2as③
联解方程,代入数据得:s==1.4m
答:剪断轻绳后物块A在水平地面上滑行的距离为1.4m.
质量为m的物体以速度v0竖直向上抛出,物体落回地面时,速度大小为(设物体在运动中所受空气阻力大小不变),求:
(1)物体在运动过程中所受空气阻力的大小.
(2)物体上升的最大高度
(3)若假设物体落地碰撞过程中无能量损失,求物体运动的总路程.
正确答案
(1)设上升的最大高度为h,对物体上抛到最高点的过程运用动能定理得:
-mgh-fh=0-mv02
对下落的过程运用动能定理得:
mgh-fh=m(
7v0
8
)2-0
解得;f=mg h=
(2)由(1)中解得h=
(3)因为重量始终大于阻力,故物体最终会落到地面上,设总路程为s,
对抛出到落地的整个过程运用动能定理得:
-fs=0-mv02
解得:s=
答:(1)物体在运动过程中所受空气阻力的大小为mg;(2)物体上升的最大高度为
;(3)物体运动的总路程为
.
如图所示,半径R=0.1m的竖直半圆形光滑轨道bc与水平面ab相切.质量m=0.1kg的小滑块B放在半圆形轨道末端的b点,另一质量也为m=0.1kg的小滑块A以v0=2m/s的水平初速度向B滑行,滑过s=1m的距离,与B相碰,碰撞时间极短,碰后A、B粘在一起运动.已知木块A与水平面之间的动摩擦因数μ=0.2.A、B均可视为质点.(g=10m/s2).求:
(1)A与B碰撞前瞬间的速度大小vA;
(2)碰后瞬间,A、B共同的速度大小v;
(3)在半圆形轨道的最高点c,轨道对A、B的作用力N的大小.
正确答案
(1)滑块做匀减速直线运动,加速度大小:a==2 m/s2vA2-v02=-2ax
解得:vA=6m/s
答:A与B碰撞前瞬间的速度大小为6m/s.
(2)碰撞过程中满足动量守恒:mvA=2mv
解得:v=3m/s
答:碰后瞬间,A与B共同的速度大小为3m/s.
(3)由b运动到a的过程中,根据动能定理
设a点的速度为vc,
-4mgr=mv2-mvc2解得:vc=m/s
根据受力分析:mg+N=m
解得:N=8N
答:轨道对A与B的作用力N的大小为8N.
如图所示,两块竖直放置的平行金属板A、B,两板相距d,两板间电压为U,一质量为m的带电小球从两板间的M点开始以竖直向上的初速度v0运动,当它到达电场中的N点时速度变为水平方向,大小变为2v0,求M、N两点间的电势差和电场力对带电小球所做的功(不计带电小球对金属板上电荷均匀分布的影响,设重力加速度为g)
正确答案
竖直方向上小球受到重力作用而作匀减速直线运动,则竖直位移大小为h=
小球在水平方向上受到电场力作用而作匀加速直线运动,则
水平位移:x=•t
又h=•t
联立得,x=2h=
故M、N间的电势差为UMN=-Ex=-•
=-
从M运动到N的过程,由动能定理得
W电+WG=m(2v0)2-
m
又WG=-mgh=-m
所以联立解得,W电=2m
答:M、N间电势差为-,电场力做功为2m
.
一小滑块静止在倾角为37°的固定斜面的底端,当滑块受到外力冲击后,瞬间获得一个沿斜面向上的速度v0=4.0m/s.已知斜面足够长,滑块与斜面之间的动摩擦因数μ=0.25,sin37°=0.6,cos37°=0.8,取g=10m/s2.求:
(1)滑块沿斜面上滑过程的加速度大小.
(2)滑块沿斜面上滑的最大距离.
(3)滑块返回斜面底端时速度的大小.
正确答案
(1)设滑块质量为m,上滑过程的加速度大小为a,根据牛顿第二定律,有mgsin37°+μmgcos37°=ma
所以,a=(sin37°+μcos37°)g=8.0m/s2
(2)滑块上滑做匀减速运动,根据位移与速度的关系公得最大距离
s==1.0m
(3)设滑块滑到底端的速度大小为v,全程运用动能定理,有
-(μmgcos37°)×2s=mv 2-
mv02
所以,v==2
m/s=2.8m/s
答:(1)滑块沿斜面上滑过程的加速度大小为8.0m/s2.
(2)滑块沿斜面上滑的最大距离为1.0m.
(3)滑块返回斜面底端时速度的大小为2.8m/s.
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