- 机械能守恒定律
- 共29368题
如图所示,一质量为mA=1kg的小车A以vA=1m/s的速度沿光滑水平地面向左匀速行驶,某时刻有一质量为mB=2kg的物块B以vB=2m/s的速度从左向右滑上小车后,使小车A恰好没有碰到前方的障碍物,已知小车A上表面水平且足够长,物块B最终刚好没能滑下小车,物块B与小车A间的动摩擦因数0.2,重力加速度g=10m/s2。求:
(1)物块B冲上小车A时,小车A离障碍物的距离;
(2)小车A的长度距离。
正确答案
解:(1)设物块B冲上小车A时,小车A距离障碍物的距离为L',
对于小车A,由动能定理可得:
代入数据解得
(2)设物块和小车相对静止时的速度为v,对于物块和小车组成的系统,动量守恒,设物块运动的方向为正方向,则有
设物块B在小车A上滑行的距离为L,由系统能量守恒得
代入数据解得
如图所示,光滑水平面AB与竖直面内的粗糙半圆形导轨在B点衔接,导轨半径为R,一个质量为m的静止物块在A处压缩弹簧,在弹力的作用下获一向右的速度,当它经过B点进入导轨瞬间对导轨的压力为其重力的7倍,之后向上运动恰能完成半圆周运动到达C点,求:
(1)弹簧对物块的弹力做的功;
(2)物块从B至C克服摩擦阻力做的功;
(3)物块离开C点后落回水平面时其动能的大小。
正确答案
解:(1)在B点:,
A→B:
(2)在C点:,
(3)
如图所示,长木板及小铁块的质量为M=m=1.0kg,木板的长度L=2.25m ,木板的a、b两表面的粗糙程度不同。a表面与小铁块间的摩擦因数,b表面与水平面间的摩擦因数 。开始时木板静止在水平面上,小铁块在木板的最左端以某一速度向右运动,刚好能滑到木板的最右端。 (g=10m/s2)(提示:要注意判断木板是否运动)
(1)求小铁块的初速v0 。
(2)将木板翻转,b面向上,a面向下,小铁块与b面的摩擦因数,a面与水平面间的摩擦因数 。小铁块仍以v0的速度从木板的左端向右滑,判断小铁块能否滑到木板的最右端。若能,求出滑到右端时的速度。若不能求出它最终相对木板的位移。
正确答案
解:(1) ∴板不动
根据动能定理得:
解得:
(2)∵
∴铁块不可能从右端滑出 ,
∴板动
由牛顿第二定律得:, a1=5m/s2 。
,a2=1.0m/s2 。
设t时刻铁块和木板达到共同速度v,然后一起运动到停止。
v0-a1t=a2t ,Δs= 0.75m
如图所示,水平地面上方分布着水平向右的匀强电场,一“L”形的光滑绝缘硬质管竖直固定在匀强电场中,管的水平部分长L1=0.2m,离水平地面的高度为h=5.0m,竖直部分长为L2=0.1m,一带正电的小球从管的上端口A由静止释放,小球通过管的弯曲部分(长度极短可不计)时没有能量损失,小球受到的电场力大小为重力的一半,空气阻力忽略不计。求:(g=10m/s2)
(1)小球运动到管口B时的速度大小;
(2)小球着地点与管的下端口B的水平距离。
正确答案
解:(1)小球从A到B,由动能定理得,其中F=
得v=2m/s
(2)飞出B点后小球在竖直方向做自由落体运动
水平方向做匀加速直线运动,,ma=F
得s=4.5m
如图所示,四分之一圆轨道OA与水平轨道AB相切,它们与另一水平轨道CD在同一竖直面内,圆轨道OA的半径R=0.45m,水平轨道AB长s1=3m,OA与AB均光滑一滑块从O点由静止释放,当滑块经过A点时,静止在CD上的小车在F=1.6N的水平恒力作用下启动,运动一段时间后撤去力F,当小车在CD上运动了s2=3. 28m时速度v=24m/s,此时滑块恰好落入小车中,已知小车质量M=0.2kg,与CD间的动摩擦因数μ=0.4。(取g=10 m/s2)求
(1)恒力F的作用时间t。
(2)AB与CD的高度差h。
正确答案
解:(1)设小车在轨道CD上加速的距离为s,由动能定理得①
设小车在轨道CD上做加速运动时的加速度为a,
由牛顿运动定律得F-μMg= Ma ②
③
联立①②③式,代入数据得 t=1s ④
(2)设小车在轨道CD上做加速运动的末速度为vˊ,撤去力F后小车做减速运动时的加速度为aˊ,
减速时间为tˊ,由牛顿运动定律得vˊ=at ⑤
-μMg= Maˊ⑥
v=v'十a'tˊ⑦
设滑块的质量为m,运动到A点的速度为vA,由动能定理得⑧
设滑块由A点运动到B点的时间为t1,由运动学公式得s1=vAt1⑨
设滑块做平抛运动的时间为t1ˊ,则 f1ˊ=t+tˊ-t1 ⑩
联立②④⑤⑥⑦⑧⑨⑩式,代入数据得h=0.8m
。
从离地面H高处落下一只小球,小球在运动过程中所受的空气阻力是它的重力的K倍,而小球与地面相碰后,能以相同大小的速率反弹,求:
(1)小球第一次与地面相碰后,能够反弹起的最大高度是多少?
(2)小球从释放开始,直到停止弹跳为止,所通过的总路程是多少?
正确答案
(1)(1-K)/(1+K)
(2)H/K
在半径为R=1.6×106m某星球上,宇航员在离地面1m高处,以3m/s的初速度斜抛一个物体,物体落地时速度大小为5m/s。不计空气阻力和星球自转,求:
(1)求该星球表面的重力加速度;
(2)若宇航员乘坐的宇宙飞船在离该星球表面高度为H=3R处绕该星球做匀速圆周运动,求飞船的速率。
正确答案
(1)8m/s2
(2)
为了减少战斗机起飞时在甲板上加速的时间和距离,现代航母大多采用了蒸汽弹射技术。一架总质量M=5.0×103kg的战机如果采用滑行加速(只依靠自身动力系统加速),要达到v0=60m/s的起飞速度,甲板水平跑道的长度至少为120m。采用蒸汽弹射技术,战机在自身动力和持续的蒸汽动力共同作用下只要水平加速60m就能达到起飞速度。假设战机起飞过程是匀加速直线运动,航母保持静止,空气阻力大小不变,取g=l0m/s2。
(1)采用蒸汽弹射技术,求战机加速过程中加速度大小以及质量m=60kg的飞行员受到座椅作用力的大小;
(2)采用蒸汽弹射技术,弹射系统的弹力为多大?弹力在加速60m的过程中对战机做的功是多少?
正确答案
(1)30m/s2,1800N
(2)7500N,450000J
在半径R=5000km的某星球表面,宇航员做了如下实验。实验装置如图甲所示,竖直平面内的光滑轨道由轨道AB和圆弧轨道BC组成,将质量m=0.2kg的小球从轨道AB上高H处的某点静止滑下,用力传感器测出小球经过C点时对轨道的压力F,改变H的大小,可测出相应的F大小,F随H的变化关系如图乙所示。求:
(1)圆轨道的半径;
(2)该星球的第一宇宙速度。
正确答案
解:(1)设该星球表面的重力加速度为g0,圆轨道的半径为r,当H=0.5 m时,有:
mg0(H-2r)=mv02
=mg0
解得:r=H=0.2 m
(2)当H>0.5 m时,有:mg0(H-2r)=mv2
=mg0+F
即F=g0(2H-1)
由F-H图象可得:g0=5 m/s2
该星球的第一宇宙速度v==5 km/s
一名同学想把一个质量m=2kg的小球扔到宽x=3m的壕沟对面,已知该同学的将小球水平抛出,小球的出手位置在壕沟左边缘的正上方,距离壕沟右边缘的竖直高度h=1.8m,如图所示,求该同学至少对小球做多少功?(g取10m/s2,空气阻力不计)
正确答案
解:对小球运动分解
水平方向 ①
竖直方向 ②
对抛球过程由动能定理得 ③
由①②③式得
代入数据得
一个质量为m、带有电荷-q的小物体,可在水平轨道Ox上运动,O端有一与轨道垂直的固定墙、轨道处于匀强电场中,其场强大小为E,方向沿OX轴正方向,如图所示。小物体以初速度v0从x0点沿OX轨道运动,运动时受到大小不变的摩擦力f作用,且f<qE;设小物体与墙碰撞时不损失机械能,且电量保持不变,求它在停止运动前所通过的总路程s。
正确答案
解:由于f<qE,所以物体最后停在O点,物体停止运动前所通过的总路程为s,根据动能定理有
所以
(18分) 如图所示,一竖直面内的轨道由粗糙斜面 AB 和半径为R的光滑圆轨道 BCD组成,AB 与 BCD 相切于 B 点,C 为圆轨道的最低点,圆弧BC所对应的圆心角θ=60°。现有一质量为m的物块(可视为质点)从轨道 ABC 上离地面某一高度h(大小可变)处由静止下滑,已知物块与斜面间的动摩擦因数为,重力加速度用g表示,求:
(1)当时,物块滑到C点时对轨道的压力FN;
(2)当h为多少时,物块恰能滑到圆轨道的最高点D;
(3)在满足(2)问的条件下,物块将从D点离开圆轨道,则物块即将与轨道首次相碰时的动能为多大?
正确答案
(1) (2)
(3)
试题分析:(1)过B点作一条水平的辅助线,与图中AG和OC分别交于E和F两点,如图所示
由几何关系易得
研究从A到C这个过程,根据动能定理
又有,所以解得
(2)研究从A到D这个过程,根据动能定理又有
,所以解得
(3)由上问可知,物体脱离D点后作平抛运动,则有
,假设物体能掉在圆弧上,则令
,此时
,假设矛盾,所以物体一定掉在斜面上。
由几何关系易得D点到斜面上等高点的距离为
所以由,解得
再由,解得
某滑雪爱好者在离地h=1.8m高的平台上滑行,水平离开A点后落在水平地面的B点,其水平位移s1=3m,着地时由于存在能量的损失,着地后速度为v=4m/s,并以此为初速度沿水平地面滑行,s2=8m后停止,如图所示,已知人与滑板的总质量m=60kg,求:
(1)人与滑板在水平地面滑行时受到的平均阻力大小;
(2)人与滑板离开平台时的水平初速度。(空气阻力忽略不计,g取10m/s2)
正确答案
(1)60 N
(2)5 m/s
(12分) 以v0=20m/s的初速度,从地面竖直向上抛出一质量为m=5kg物体,物体落回地面时的速度大小为v=10m/s。如果物体在运动过程中所受阻力的大小不变,且和地面碰后不再反弹 (以地面为重力零势能面,g=10m/s2),求:
(1)物体运动过程中所受阻力的大小;
(2)物体在离地面多高处,物体的动能与重力势能相等。
正确答案
(1)30N (2) 7.69m和3.57m
试题分析:(1)设物体所受空气阻力的大小为Ff,上升的最大高度为H,则由动能定理可得:上升过程: 下降过程:
由以上两式可解得:N
(2)物体上升到h1处时,其动能与重力势能相等,则由动能定理得:
所以有:m
物体下降到距地h2处时,其动能与重力势能相等,则由动能定理得:
所以有:
所以物体在离地面7.69m和3.57m高处时,其动能与重力势能相等。
(18分)如图所示,固定的凹槽水平表面光滑,其内放置U形滑板N,滑板两端为半径R="0.45" m
的1/4圆弧面,A和D分别是圆弧的端点,BC段表面粗糙,其余段表面光滑,小滑块P1和P2的质量均为m,滑板的质量M=4m.P1和P2与BC面的动摩擦因数分别为μ1=0.10和μ2=0.40,最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力,开始时滑板紧靠槽的左端,P2静止在粗糙面的B点。P1以v0="4.0" m/s的初速度从A点沿弧面自由滑下,与P2发生弹性碰撞后,P1停在粗糙面B点上,当P2滑到C点时,滑板恰好与槽的右端碰撞并与槽牢固粘连,P2继续滑动,到达D点时速度为零,P1与P2可视为质点,取g="10" m/s2。问:
(1)P2在BC段向右滑动时,滑板的加速度为多大?
(2)BC长度为多少?N、P1和P2最终静止后,P1与P2间的距离为多少?
正确答案
(1)(2)1.9m 0.695m
试题分析: (1) P2在BC段向右滑动时,P1停在粗糙面B点上。将N、P1看作整体,根据牛顿第二定律得:
①
②
(2)设P1到达B点的速度为v,P1从A点到达B点的过程中,根据动能定理有:
③
代入数据得 ④
因P1、P2质量相等且发生弹性碰撞,所以碰后P1、P2交换速度,即碰后P2在B点的速度为:
⑤
设P2在C点的速度为,P2从C点到D点过程中根据动能定理得:
⑥
代入数据得 ⑦
P2从B点到C点的过程中,N、P1、P2作为一个系统所受合外力为零,系统动量守恒,设P2到达C点时N和P1的共同速度为.根据动量守恒定律得:
⑧
v′为滑板与槽的右端粘连前滑板和P1的共同速度.对P2从B点到C点相对地面位移为由动能定理
⑨
P1 和N作为一个整体,相对地面位移为,根据动能定理则有
⑩
联立⑧⑨⑩得BC长度
⑪
滑板与槽粘连后,P1在BC上移动的距离为,根据动能定理
⑫
P2在D点滑下后,在BC上移动的距离,根据动能定理有
⑬
联立得系统完全静止时P1与P2的间距 ⑭
⑥⑧⑨⑩各2分,其余各1分
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