- 机械能守恒定律
- 共29368题
(18分)如图所示,A、B、C为三块水平放置的金属板,板的厚度不计,间距均为d。A、B板中央有小孔,电路中三个电阻的阻值均为R,电源内阻也为R。现有一质量为m的带正电液滴在距A板小孔正上方为d的P处由静止开始下落,不计空气阻力,当它达到C板时速度恰为零。求:
(1)液滴通过B板中央小孔时的速度大小;
(2)液滴从P处到达B板的运动过程中其电势能变化了多少?
正确答案
(1)(2)
试题分析:(1),
,带电液滴从开始下落到B板的过程中,由动能定理有:
带电液滴从开始下落到C板的过程中,由动能定理:
mg.3d+qUAB-qUCB=0
由以上二式解得:
(2)液滴从静止的位置到B板的运动过程中,其电势能减小,其增量为:
(12分)如图所示,以A、B和C、D为端点的两半圆形光滑轨道固定于竖直平面内,一滑板静止在光滑水平地面上,左端紧靠B点,上表面所在平面与两半圆分别相切于B、C,一物块被轻放在水平匀速运动的传送带上E点,运动到A时刚好与传送带速度相同,然后经A沿半圆轨道滑下,再经B滑上滑板,滑板运动到C时被牢固粘连,物块可视为质点,质量为m,滑板质量M=2m,两半圆半径均为R,板长=6.5R,板右端到C的距离L在R<L<5R范围内取值,E距A为S=5R,物块与传送带、物块与滑板间的动摩擦因数均μ=0.5,重力加速度取g。
(1)求物块滑到B点的速度大小;
(2)试讨论物块从滑上滑板到离开滑板右端的过程中,克服摩擦力做的功Wf与L的关系,并判断物块能否滑到CD轨道的中点。
正确答案
(1) (2)物块不能滑到CD轨道中点
试题分析:(1)设物块运动到A点和B的速度分别为,由动能定理得和机械能守恒定律得:
①
②
联立解得:
(2)设滑板与物块达到共同速度时,位移分别为
,由动量守恒定律和动能定理得:
③
④
⑤
联立解得: ;即物块与滑板在达到共同速度时,物块未离开滑板
物块滑到滑板右端时,若,则:
,即
;
若,则
,即
;
设物块滑到C点的动能为,由动能定理得:
最小时,克服摩擦力做功最小,因为
,故有
,则物块不能滑到CD轨道中点。
一辆质量为m=1000kg的汽车,从A点开始关闭发动机,之后只在阻力的作用下沿水平地面滑行了一段距离到达B点停止。已知汽车在A点的速度vA=12m/s;A点到B点的距离L=12m;求
(1)(3分)汽车在A点的动能EA=?
(2)(3分)从A到B这个过程中阻力做的功Wf=?
(3)(3分)从A到B这个过程中汽车受到的阻力的大小f=?
正确答案
(1)(2)
(3)
试题分析:(1)(3分) (3分)
(2)(3分) (3分)
(3)(3分) (3分)
点评:在利用动能定理分析多过程问题时,非常方便,关键是对各个过程中力的做功情况以及初始状态必须清楚
如图,质量的物体静止于水平地面的A处,A、B间距L=20m。用大小为30N,
沿水平方向的外力拉此物体,经拉至B处。(已知
,
。取
)
(1)求物体与地面间的动摩擦因数μ;
(2)用大小为30N,与水平方向成37°的力斜向上拉此物体,使物体从A处由静止开始
运动并能到达B处,求该力作用的最短的距离。
正确答案
解(1)物体做匀加速运动。
………………(1)
由牛顿第二定律
………………(2)
而…………………(3)
由(1),(2),(3)解得,.
(2)设F作用的最短距离为S,物体到达B处速度恰好为0,由动能定理
略
半径R=1m的半圆柱固定,质量=1kg,
=2kg的两小物体(可视为质点)通过轻绳跨搭在圆弧面两侧,绳长πR,初始位置如图所示,现从静止开始运动,当
被拉至圆弧最高点B处过程中,
克服摩擦力做功6.5J.
与弧面间的动摩擦因数μ=0.5.求:
运动到最高点B处时,细绳的张力? (g=10m/
,π=3)
正确答案
7N
如右图所示,在长度一定的细线下方系一重量为G的小球,线的另一端固定,使悬线与竖直方向的夹角为θ=60°时无速释放小球.则小球摆回到最低点P时,细线所受力的大小是 .
正确答案
2G
试题分析:由动能定理,可求得拉力大小为2G
点评:本题难度较小,在最低点由绳子的拉力和重力的合力提供向心力
(9分)如图所示,光滑轨道固定在竖直平面内,其中BCD为细管,AB只有外轨道,AB段和BC段均为半径为R的四分之一圆弧.一小球从距离水平地面高为H(未知)的管口D处静止释放,最后恰能够到达A点,并水平抛出落到地面上.求:
(1) 小球到达A点速度vA;
(2) 平抛运动的水平位移x;
(3) D点到水平地面的竖直高度H.
正确答案
(1)(2) x=2R(3)
R
试题分析:(1) 小球恰能够从A点平抛,则mg+N=,N=0(2分)
所以小球在A点速度为vA= (1分)
(2) 小球从A点平抛,有x=vAt,2R=gt2(2分)
联立解得x=2R(1分)
(3) 小球从D点静止释放运动到A点的过程中机械能守恒,则
mgH=mg·2R+ (2分)
解得H=R(1分)
点评:难度中等,把多过程问题进行分段处理,圆周运动、平抛运动和动能定理的应用是关键
(10分)一根轻绳一端系一小球,另一端固定在O点,在O点有一个能测量绳的拉力大小的力传感器,让小球绕O点在竖直平面内做圆周运动,由传感器测出拉力F随时间t变化图象如图所示,已知小球在最低点A的速度vA=6 m/s,g="10" m/s2,求:
(1)小球做圆周运动的周期T
(2)轻绳的长度L.
正确答案
(1)2s (2)0.6m
试题分析:(1)小球在竖直平面内运动的过程中,由重力与绳子的拉力之和提供向心力(有时是拉力减去重力,有时是重力加上拉力),所以拉力随运动过程做周期性变化,故拉力的周期也就等于小球做圆周运动的周期,由图可以看出周期T=2 s.
(2)以小球为研究对象,设其在最低点受到拉力FA,最高点受拉力FB.
由图可以看出FA="14" N,FB="2" N
最低点:①
最高点:②
由动能定理得:③
已知FA="14" N,FB="2" N,vA="6" m/s,代入①②③式,联立解得:
点评:此类题型考察了根据图像分析向心力的变化特点,通过动能定理联立求解
小物块A的质量为m,物块与坡道间的动摩擦因数为μ,水平面光滑;坡道顶端距水平面高度为h,倾角为θ;物块从坡道进入水平滑道时,在底端O点处无机械能损失,重力加速度为g.将轻弹簧的一端连接在水平滑道M处并固定在墙上,另一自由端恰位于坡道的底端O点,如图所示.物块A从坡顶由静止滑下,
求:(1)物块滑到O点时的速度大小;
(2)弹簧为最大压缩量d时的弹性势能;
(3)物块A被弹回到坡道上升的最大高度.
正确答案
(1)由动能定理得
mgh-μmghcotθ=,①
得. (4分)
(2)在水平滑道上
由能量守恒定律得=Ep,②
解得Ep=mgh-μmghcotθ.(4分)
(3)设物块A能够上升的最大高度为h1,物块A被弹回过程中
由能量守恒定律得Ep=μmgh1cotθ+mgh1,③
解得h1=.(4分)
试题分析:题目时要注意一些比较关键的信息词:光滑,无机械能损失。这些都意味着没有摩擦力做功。所以本题可以考虑使用机械能守恒定律。但是在有摩擦力的地方,应该优先使用动能定理。
考点分析:动能定理、能量守恒定律
总结评价:本题的最终问题对大多数同学来说可能较难回答,通过中间的(1)(2)两问,明显缩小了思维难度,能够让大多数同学回答得出。因此平日我们做题思考应该像这个题目一样,多设问一些问题,降低思维难度。
如图所示,小球由静止开始沿光滑轨道滑下,并沿水平方向抛出,小球抛出后落在斜面上。已知斜面的倾角为θ,斜面上端与小球抛出点在同一水平面上,斜面长度为L,斜面上M、N两点将斜面长度等分为3段。小球可以看作质点,空气阻力不计。为使小球能落在M点以上,释放小球的位置相对于抛出点的高度h应满足什么条件?
正确答案
略
微波实验是近代物理实验室中的一个重要部分.反射式速调管是一种结构简单、实用价值较高的常用微波器件之一,它是利用电子团与场相互作用在电场中发生振荡来产生微波,其振荡原理与下述过程类似.如图1所示,在虚线MN两侧分布着方向平行于X轴的电场,其电势φ随x的分布可简化为如图2所示的折线.一带电微粒从A点由静止开始,在电场力作用下沿直线在A、B两点间往返运动.已知带电微粒质量m=1.0×10-20kg,带电荷量q=-1.0×10-9C,A点距虚线MN的距离d1=1.0cm,不计带电微粒的重力,忽略相对论效应.求:
(1)B点距虚线MN的距离d2;
(2)带电微粒从A点运动到B点所经历的时间t.
正确答案
(1)由图2知虚线左右分别是匀强电场,
左侧电场沿-X方向,右侧电场沿+X方向,
大小分别为E1==2.0×103N/C,E2=
=4.0×103N/C,
带电微粒由A运动到B的过程中,
由动能定理得:|q|E1d1-|q|E2d2=0 ①,
由①式解得d2=d1=0.50cm ②;
(2)设微粒在虚线MN两侧的加速度大小分别为a1、a2,
由牛顿第二定律得:|q|E1=ma1 ③|q|E2=ma2 ④
设微粒在虚线MN两侧运动的时间分别为t1、t2,
由运动学公式得:d1=a1t12 ⑤d2═
a2t22 ⑥
运动时间:t=t1+t2 ⑦
由②③④⑤⑥⑦式解得:t=1.5×10-8s;
答:(1)B点距虚线MN的距离d2为0.50cm;
(2)带电微粒从A点运动到B点所经历的时间为1.5×10-8s.
小物块A的质量为m=2kg,物块与坡道间的动摩擦因数为μ=0.6,水平面光滑;坡道顶端距水平面高度为h=1m,倾角为θ=370;物块从坡道进入水平滑道时,在底端O点处无机械能损失,将轻弹簧的一端连接在水平滑道M处并固定墙上,另一自由端恰位于坡道的底端O点,如图所示.物块A从坡顶由静止滑下,重力加速度为g=10m/s2求:
(1)物块滑到O点时的速度大小.
(2)弹簧为最大压缩量时的弹性势能.
(3)物块A被弹回到坡道上升的最大高度.
正确答案
(1)在由A滑到O点的过程中,重力做正功,摩擦力做负功,由动能定理得:mgh-μmgcos37°×=
mv2
解得:v==
m/s=2m/s
(2)物块压缩弹簧后,物块和弹簧组成的系统机械能守恒,根据机械能守恒定律可得:
EP=mv2=
×2×22J=4J
(3)物块滑回到O点时与刚滑到O点时速度大小相等,从坡底到坡顶,由动能定理得:
-μmgcos37°×-mgh1=0-
mv2
代入数据得:h1=m
答:(1)物块滑到O点时的速度大小为2m/s
(2)弹簧为最大压缩量时的弹性势能4J
(3)物块A被弹回到坡道上升的最大高度m
一个装置由粗糙的水平轨道AB和光滑半圆形竖直轨道CED构成,圆心O与AB等高,E为最低点,如图所示,BC点重合,AB长为1m,质量为0.2kg的小滑块与水平轨道的动摩擦因数为0.15,滑块从A点以速度2m/s沿水平轨道向右运动,从B点抛出,恰好落在半圆形轨道的最低点E,与轨道发生碰撞后,滑块沿法线方向速度减为0,切线方向的速度不变,求:
(1)滑块在B点的速度;
(2)沿圆轨道上滑的最大高度和第二次回到最低点对轨道的压力;
(3)若水平轨道AB长度可以调节,则在仅适当调节AB的长度时,滑块能否垂直打到半圆形轨道上,若能,求出AB长度,若不能,说明理由.
正确答案
(1)对滑块运用动能定理得,-μmgS=mv12-
mv02,
解得v1==
=1m/s.
(2)根据R=v1t,R=gt2
代入数据联立解得R=0.2m.
碰后速度大小v2=v1,沿圆弧轨道上滑的最大高度为H,
则有mv22=mgH,
代入数据解得H=0.05m,
FN-mg=m
解得FN=3N.
根据牛顿第三定律,对轨道的压力大小为3N,方向向下.
(3)不能,要垂直打在半圆轨道上,意味着速度的反向延长线必过圆心O,根据平抛运动的规律,速度的反向延长线必不过圆心O,故不能.
答:(1)滑块在B点的速度为1m/s;
(2)沿圆轨道上滑的最大高度为0.05m,第二次回到最低点对轨道的压力为3N,方向向下.
(3)不能.要垂直打在半圆轨道上,意味着速度的反向延长线必过圆心O,根据平抛运动的规律,速度的反向延长线必不过圆心O.
如图所示,BC是半径为R的圆弧形的光滑且绝缘的轨道,位于竖直平面内,其下端与水平绝缘轨道平滑连接,整个轨道处在水平向左的匀强电场中,电场强度为E.今有一质量为m、带正电q的小滑块(体积很小可视为质点),从C点由静止释放,滑到水平轨道上的A点时速度减为零.若已知滑块与水平轨道间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g.忽略因摩擦而造成的电荷量的损失.求:
(1)滑块通过B点时的速度大小;
(2)水平轨道上A、B两点之间的距离.
正确答案
(1)小滑块从C到B的过程中,只有重力和电场力对它做功,
设滑块通过B点时的速度为vB,根据动能定理有:
mgR-qER=m
解得:vB=
(2)小滑块在AB轨道上运动时,所受摩擦力为f=μmg
小滑块从C经B到A的整个过程中,重力做正功,电场力和摩擦力做负功.设小滑块在水平轨道上运动的距离(即A、B两点间的距离)为L,则根椐动能定理有:
mgR-qE(R+L)-μmgL=0
解得L=R
答:(1)滑块通过B点时的速度大小为;
(2)水平轨道上A、B两点之间的距离L=R.
蹦极是一项既惊险又刺激的运动,深受年轻人的喜爱.如图所示,原长L=16m的橡皮绳一端固定在塔架的P点,另一端系在蹦极者的腰部.蹦极者从P点由静止跳下,到达A处时绳刚好伸直,继续下降到最低点B处,BP之间距离h=20m.又知:蹦极者的质量m=60kg,所受空气阻力f恒为体重的,蹦极者可视为质点,g=10m/s2.求:
(1)蹦极者到达A点时的速度;
(2)橡皮绳的弹性势能的最大值;
(3)蹦极者从P下降到A、再从A下降到B机械能的变化量分别计为△E1、△E2,则△E1:△E2为多少?
正确答案
(1):对蹦极者从P到A过程由动能定理得:
mgL-fL=-0,
其中f=mg,
代入数据解得:=16m/s;
(2):对蹦极者与弹簧组成的系统从P到B过程由能量守恒定律可得:
mgh=fh+,
解得:=(mg-f)h=9600J;
(3):根据“功能原理”可知,从P下降到A过程中,机械能减少为:=fL,
从A下降到B过程中机械能减少为:=f(h-L)
联立可得:=
;
答:(1)蹦极者到达A点时的速度为16m/s
(2)橡皮绳的弹性势能的最大值为9600J
(3)△E1:△E2为
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