- 机械能守恒定律
- 共29368题
如图所示,质量m=1.0kg的物体静止放在水平面上,在与水平方向成53°恒定拉力F=10N作用下开始运动,经时间t=2.0s撤去拉力F,物体在水平面上继续滑动至停止运动。已知物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.5,取g=10m/s2。求:
(1)拉力F对物体做的功的大小;
(2)撤去拉力前拉力的最大功率;
(3)撤去拉力后物体运动的距离。
正确答案
解:(1)对物体进行受力分析,建立如图所示坐标系
设物体的加速度为a,开始2.0秒内的位移为x,则由牛顿第二定律,得
①
运动学公式 ②
功的定义 ③
联立解得 ④
(2)撤掉外力后物体做减速运动,故2.0秒末物体的速度最大,此时拉力的功率最大
设物体2.0秒末的速度为v,则由题意 ⑤
由 ⑥
解得
(3)撤去外力后物体做减速运动直到静止,设减速位移为s
由动能定理得:
解得:
如图所示,光滑圆弧的半径为0.8m,有一质量为1kg的物体自A点从静止开始下滑到B点,然后沿水平面前进4m,到达C点停止.g取10m/s2,求:
(1)物体到达B点时的速率;
(2)在物体沿水平面运动的过程中摩擦力做的功;
(3)物体与水平面间的动摩擦因数.
正确答案
(1)设物体到B点的速度为v,由动能定理研究A→B得:
mgR=mv2
得:v==4m/s.
(2)设物体在水平面上运动摩擦力做功W,由动能定理研究B→C得:
w=0-mv2=-8J.
(3)设物体与水平面间的动摩擦因数μ,根据功的定义式得:
w=-μmgs=-8J
得:μ=═0.2
答:(1)物体到达B点时的速率是4m/s;
(2)在物体沿水平面运动的过程中摩擦力做的功是-8J;
(3)物体与水平面间的动摩擦因数是0.2.
某人用手将1kg物体由静止向上提起1m,这时物体的速度为2m/s,则合外力对物体做功______,手对物体做功______•
正确答案
根据动能定理得,W合=mv2-0=
×1×4J=2J.
W合=W-mgh=2J,所以手对物体做的功W=W合+mgh=2+10×1=12J.
故答案为:2J,12J.
如图所示,质量为m的小球用长L的细线悬挂而静止在竖直位置. 用水平拉力F将小球拉到细线与竖直方向成θ角的位置.在此过程中:
(1)F为恒力,拉力F做的功是______J
(2)用F缓慢地拉,拉力F做的功是______J.
正确答案
(1)当小球用细线悬挂而静止在竖直位置,当用恒力拉离与竖直方向成θ角的位置过程中,
则拉力做功为:W=FS=FLsinθ
(2)当F缓慢地拉离与竖直方向成θ角的位置过程中,缓慢则是速率不变,
则由动能定理可得:
WF-mgh=0
而高度变化为:h=L(1-cosθ)
所以WF=mgL(1-cosθ)
故答案为:FLsinθ;mgL(1-cosθ).
如图所示,图线表示作用在质量为3千克的某物体上的合外力跟时间变化的关系,若物体开始时是静止的,那么在前3s内合外力对物体做的功为______J 前4s内物体的位移为______m.
正确答案
作出质点的速度时间图线,如图.图线与时间轴所围成的面积表示位移,从速度时间图线中看出质点先做匀加速直线运动再反向匀减速直线运动,由牛顿第二定律加速度d大小分别为a1=2m/s2,a2=1m/s2,
根据图象可知,物体在3s末的速度为0,根据动能定理可知,前3s合外力做的功等于物体动能的变化,由于动能变化为0故合外力做功为0;
物体在前3s内的位移为图象与时间轴所围图形的面积S1=×3×2m=3m
物体在第4s内反向运动的位移亦为时间轴与图象所围三角形的面积S2=×1×1m=
m,方向与前3s内位移方向相反
故物体在前4s内的位移S=S1-S2=2.5m
故答案为:0,2.5
用一台额定功率为=60kW的起重机,将一质量为
= 500kg的工件由地面竖直向上吊起,不计摩擦等阻力,取
= 10m/s2.求:
(1)工件在被吊起的过程中所能达到的最大速度;
(2)若使工件以=2m/s2的加速度从静止开始匀加速向上吊起,则匀加速过程能维持多长时间?
(3)若起重机在始终保持额定功率的情况下从静止开始吊起工件,经过= 1.14s工件的速度
= 10m/s,则此时工件离地面的高度
为多少?
正确答案
解:(1)当工件达到最大速度时 = , = 0 = 60kW
故= 12m/s
(2)工件被匀加速向上吊起时,不变,变大,也变大,当 = 0时匀加速过程结束
根据牛顿第二定律得 - =
解得 = ( + ) = 500×(2 + 10)N = 6000N
匀加速过程结束时工件的速度为
匀加速过程持续的时间为
(3)根据动能定理,有
代入数据,解得 = 8.68m
AB两个质量均为m的小球,被一轻杆AB固定,轻杆长AB=L,OA=L/3,杆可绕O点的水平轴无摩擦地转动,初始时杆静止在竖直位置,如图所示,今在B球上施加一水平方向恒力F=mg,试求:
(1)转过90°过程中恒力做了多少功?
(2)在转动过程中B球获得的最大速度时AB杆与竖直方向夹角为多大?
(3)在转动过程中B球获得的最大速度是多少?
正确答案
解:(1)W=mgL
(2)B球获得最大速度时,系统处于力矩平衡状态,设杆和竖直方向夹角为θ,应有:
可得θ=60°
(3)设B球最大速度为v,则此时A球的速度应为v/2,根据动能定理:
v=m/s
AB两个质量均为m的小球,被一轻杆AB固定,轻杆长AB=L,OA=L/3,杆可绕O点的水平轴无摩擦地转动,初始时杆静止在竖直位置,如图所示,今在B球上施加一水平方向恒力F=mg,试求:
(1)转过900过程中恒力做了多少功?
(2)在转动过程中B球获得的最大速度时AB杆与竖直方向夹角为多大?
(3)在转动过程中B球获得的最大速度是多少?
正确答案
解:(1)W=mgL
(2)B球获得最大速度时,系统处于力矩平衡状态,
设杆和竖直方向夹角为θ,应有:,
可得θ=60°
(3)设B球最大速度为v,则此时A球的速度应为v/2,
根据动能定理:,
v=m/s。
如图所示,正方形导线框ABCD之边长l=10cm,质量m=50g,电阻R=0.1Ω.让线框立在地面上,钩码质量m′=70g,用不可伸长的细线绕过两个定滑轮,连接线框AB边的中点和钩码,线框上方某一高度以上有匀强磁场B=1.0T.当钩码由图示位置被静止释放后,线框即被拉起,上升到AB边进入磁场时就作匀速运动.细绳质量、绳与滑轮间的摩擦和空气阻力均不计,g取10m/s2,求:
(1)线框匀速进入磁场时其中的电流.
(2)线框全部进入磁场所用的时间.
(3)在线框匀速进入磁场的过程中线框产生的电能占钩码损失的机械能的百分比.
(4)线框从图示位置到AB边恰好进入磁场时上升的高度.
正确答案
(1)安培力:FA=BIL
当物体匀速运动时,由共点力的平衡可知:
m'g=mg+FA电流I==2A;
线框匀速进入磁场时其中的电流为2A;
(2)由闭合电路欧姆定律可知:
I==
解得V==2m/s;
故线框全部进入的时间t==0.05s;
(3)因匀速运动过程中动能不变,钩码损失的机械能转化为导线框增加的机械能和导线框中的电能;而线框上升的高度等于钩码下降的高度,故机械能的变化量之比等于两物体的质量之比;
△E′=△E+E电;
=1-
=1-
=
=28.6%
即线框匀速进入磁场的过程中线框产生的电能占钩码损失的机械能的28.6%;
(4)设高度为h
由机械能守恒可得:
m'gh-mgh=(m+m')v2;
解得h=1.2m
AB边恰好进入磁场时上升的高度为1.2m.
一架喷气式飞机,质量m=5.0×103kg,起飞过程中从静止开始滑跑的路程为s=5.0×102m时,达到起飞速度 v=60m/s.在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重量的0.02倍(k=0.02),求飞机受到的牵引力.(取g=10m/s2)
正确答案
以飞机为研究对象,它受到重力、支持力、牵引力和阻力作用,这四个力做的功分别为WG=0,W支=0,W牵=Fs,W阻=-kmgs,
根据动能定理得:Fs-kmgs=mv2-
mv02
代入数据得:F=1.9×104N
答:飞机受到的牵引力为1.9×104N.
一质量为500t的机车,以恒定功率375kW由静止出发,经过5min速度达到最大值54km/h,设机车所受阻力f恒定不变,取g=10m/s2,试求:
(1)机车受到的阻力f的大小。
(2)机车在这5min内行驶的路程。
正确答案
解:(1)已知P0=375kW=3.75×105W,vmax=54km/h=15m/s
根据P0=Fvmax时F=f,
得:P0=fvmax
机车受到的阻力。
(2)机车在这5min内,牵引力为变力,做正功,阻力做负功,重力、弹力不做功。
根据,牵引力做的功为:WF=P0·t
根据动能定理有:
解得:
。
质量为5.0×105Kg的机车,以恒定的功率从静止出发,经5min行驶2.25km,速度达到最大值54km/h,求机车的功率是多少?
正确答案
解:设机车的功率为P,最大速度=54km/h=15m/s
解得W,=2.5×104N
在一次抗洪抢险活动中,解放军某部队用直升飞机抢救一重要落水物体,静止在空中的直升飞机上的电动机通过悬绳将物体从离飞机90m处的洪水中吊到机舱里。已知物体的质量为80kg,吊绳的拉力不能超过1200N,电动机的最大输出功率为12kW,为尽快把物体安全救起,操作人员采取的办法是,先让吊绳以最大拉力工作一段时间,而后电动机又以最大功率工作,当物体到达机舱前已达到最大速度。(g取10m/s2)求:
(1)落水物体运动的最大速度;
(2)这一过程所用的时间。
正确答案
解:(1)先让吊绳以最大拉力Tm=1200N工作时,物体上升的加速度为a
由牛顿第二定律有:a=
代入数据得a=5m/s2
当吊绳拉力功率达到电动机最大功率Pm=12kW时,物体速度为υ
由Pm=Tmυ,得υ=10m/s
物体这段匀加速运动时间t1==2s
位移s1=1/2at=10m
此后功率不变,当吊绳拉力T=mg时,物体达最大速度υm==15m/s
(2)这段以恒定功率提升物体的时间设为t2,由动能定理有:
Pt2-mg(h-s1) =mυ
-
mυ2
代入数据得t2=5.75s
故物体上升的总时间为t=t1+t2=7.75s
额定功率为80kW的汽车,在平直公路上行驶的最大速度为20m/s,汽车的质量m=2×103kg。如果汽车从静止开始做匀加速直线运动,加速度大小为2m/s2。运动过程中阻力不变,求:
(1)汽车所受的恒定阻力;
(2)3s末汽车的瞬时功率;
(3)汽车在匀加速运动过程中牵引力所做的功。
正确答案
(1)4000N
(2)48kw
(3)20000J
质量为5×103kg的汽车在t=0时刻速度v0=10m/s,随后以P=6×104W的额定功率沿平直公路继续前进,经72s达到最大速度,设汽车受恒定阻力,其大小为2.5×103N。求:
(1)汽车的最大速度vm;
(2)汽车在72s内经过的路程s。
正确答案
解:(1)达到最大速度时,P=fvm,vm==
m/s=24m/s
(2)Pt-fs=mvm2-
mv02,s=
=1252m
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