- 机械能守恒定律
- 共29368题
如图所示,一位质量m="60" kg,参加“挑战极限运动”的业余选手,要越过一宽为s =" 2.5" m的水沟后跃上高为h="2.0" m的平台。他采用的方法是:手握一根长L="3.25" m的轻质弹性杆一端,从A点由静止开始加速助跑,至B点时杆另一端抵在O点的阻挡物上,接着杆发生形变,同时人蹬地后被弹起,到达最高点时杆处于竖直状态,人的重心在杆的
顶端,此刻人放开杆水平飞出并趴落到平台上,运动过程中空气阻力可忽略不计。(g取10m/s2)求:
(1)人要最终到达平台,在最高点飞出时刻的速度应至少
多大?
(2) 设人到达B点时速度="8" m/s ,人受的阻力为体重的0.1倍,助跑距离
="16" m ,则人在该过程中做的功为多少?
(3)设人跑动过程中重心离地高度H="0." 8 m,在(1)、(2)两问的条件下,人要越过一宽为s =" 2.5" m的水沟后跃上高为h="2.0" m的平台,在整个过程中人应至少要做多少功?
正确答案
(1)设人开始做平抛运动时的最小速度为 ,则有
L一 h = ……1分
……1分
=" " 5 m/s ……1分
(2)由动能定理得:
W1— ……2分
W1 =" 2880" J……1分
(3)W2一mg(L一H) = ……1分
据以上各式解得W2="300" J ……1分
W = W1 + W2 =" 3180" J ……1分
略
竖直放置的光滑圆弧轨道AB,与水平轨道BC连接圆弧轨道半径R=1m,一质量为m=2kg的物块至A点静止开始下滑,经B点进入水平轨道BC,已知物块以水平轨道间的动摩擦因数μ=0.2,(g=10m/s2)求:
(1)物块到达B点时速度的大小?
(2)物块在水平轨道上滑行的距离?
(3)若从物块停止处,用水平推力反向推物块,使之恰好能到达A点,该水平推力对物块做的功是多少?
正确答案
(1)小物块从A运动到B的过程中只有重力做功,由机械能守恒定律,得:mgR=m
得:vB==
m/s=
m/s
(2)从开始运动到停止的过程中,重力与摩擦力做功,由动能定理得:
mgR-μmgx=0-0
得:x==
=
m=5m
(3)力F推小物块由C经B沿圆弧形光滑轨道运动到A的过程中,摩擦力和重力均做负功,由动能定理得:
WF-mgR-μmgx=0
解得:WF=mgR+μmgx=2mgR=2×2×10×1=40J
答:(1)小物块到达圆弧轨道末端B点时的速度是m/s.
(2)小物块在水平面上滑动的最大距离为5m;
(3)此过程中F做的功为40J.
如图所示,质量为m的物体,从高h,倾角为θ的光滑斜面顶端由静止开始下滑,最后停在水平面上。已知物体与水平面的动摩擦因数为μ。求:
(1) 物体滑至斜面底端时的速度大小;
(2) 物体在水平面上滑过的距离。
正确答案
(1)(2)
(1)物体由斜面下滑到底端的过程,由动能定理得
①所以,物体滑至斜面底端时的速度为:
(2)设物体在水平面上滑过的距离为s,则物体在水平面运动的过程,取运动方向为正方向,由动能定理得: ②滑动摩擦力的大小:
③
由①②③得:,所以:
(2)另解:设物体在水平面上滑过的距离为s,则物体运动的全过程,
由动能定理得: ①滑动摩擦力的大小:
②
由①②得:
本题考查动能定理的应用,从最高点运动到最低点过程中只有重力做功,由此先求得到达最低点速度大小,物体在平面上滑动过程中只有滑动摩擦力做功,由动能定理可求得动摩擦因数大小
(14分)如图所示,倾角θ = 60°的粗糙平直导轨与半径为R的光滑圆环轨道相切,切点为B,轻弹簧一端固定,自由端在B点,整个轨道处在竖直平面内。现将一质量为m的小滑块(视为质点)紧靠且压缩弹簧,并从导轨上离水平地面高h = R的A处无初速下滑进入圆环轨道,恰能到达圆环最高点D,不计空气阻力。滑块与平直导轨之间的动摩擦因数μ = 0.5,重力加速度大小为g。求:
(1)滑块运动到圆环最高点D时速度υD的大小;
(2)滑块运动到圆环最低点时受到圆环轨道支持力N的大小;
(3)滑块在A处时弹簧的弹性势能Ep。
正确答案
(1)(2)N = 6mg (2)
mgR
(1)滑块恰能到达圆环最高点D,说明滑块在D点时重力恰好提供向心力,即
mg = m 2分
得 υD = 1分
(2)小滑块从C→D,由机械能守恒定律得
mυC2 =
mυD2 + mg·2R 2分
υC = 1分
在C点,根据牛顿第二定律,有
N– mg = m 2分
得 N = 6mg 1分
(2)AB之间长度
L = [h–(R– Rcosθ)]/sinθ= R 1分
平直导轨对滑块的滑动摩擦力
f = μmgcosθ = mg 1分
从A→C,根据能量守恒定律有
mυC2 + fL = Ep + mgh 2分
得 Ep = mgR 1分
本题考查圆周运动规律的应用,在最高点通过的临界条件是只有重力提供向心力,从C到D可通过机械能守恒定律求得C点速度,在C点由支持力和重力的合力提供向心力,列式求解可得,在A到B间,通过动能定理可求得势能大小
如图所示,一质量为1kg的长木板AB静止在光滑水平面上,木板的左侧固定一弧形轨道,轨道末端切线水平,轨道与木板靠在一起,且末端高度与木板高度相同。现在将质量为1kg的小木块从高为h=0.45m处由静止释放,小木块滑离弧形轨道时的速度为2m/s,并且以此速度从木板左端滑上木板。由于滑块与木板间存在摩擦作用,木板也开始向右滑动,从小木块接触木板到两者达到共同速度经历时间为2s。
(1)小木块在弧形轨道上克服摩擦力的功?
(2)二者相对静止时共同速度为多少?
(3)小木块和木板间的摩擦力大小是多少?
正确答案
(1)(2)
(3)
(1)设小木块在弧形轨道上克服摩擦力做功为Wf,根据动能定理
有
所以, 5分
(2)木块在木板上发生相对滑动的过程,满足动量守恒
有
所以, 5分
(3)选向右为正方向,对木块在木板上滑行过程应用动量定理
有
所以, 5分
如图所示,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。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
。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=1kg,若取重力加速度g=10
。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
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。对乙
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
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,水平台面AB距地面的高度h=0.80m.有一滑块从A点以v0 =6.0m/s的初速度在台面上做匀变速直线运动,滑块与平台间的动摩擦因数μ=0.5.滑块运动到平台边缘的B点后水平飞出.已知AB=2.7m。不计空气阻力,g取10m/s2,求:
(1)滑块从B点飞出时的速度大小;
(2)滑块落地点到平台边缘的水平距离;
(3)滑块落地前瞬间的速度与水平方向的夹角(结果可直接用三角函数表示)。
正确答案
解:(1)设滑块到达B点的速度为,由动能定理得
故
(2)由平抛运动规律,竖直方向,由,
得
水平方向,
即滑块落地点到平台边缘的水平距离为
(3)落地前瞬间竖直速度
,
水平方向的速度,设速度与水平方向的夹角为
,
则,即
略
如图所示,水平轨道AB与放置在竖直平面内的1/4圆弧轨道.BC相连,圆弧轨道B端的切线沿水平方向。一质量m=1.0kg的滑块(可视为质点)在水平恒力F=5.0N的作用下,从A点由静止开始运动。已知A、B之间距离s=5.5m,滑块与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.10,圆弧轨道的半径R=0.30m,g=10m/s2。
(1)求当滑块运动的位移为2.0m时的速度大小;
(2)当滑块运动的位移为2.0m时撤去F,若滑块恰好能上升到圆弧轨道的最高点,求在圆弧轨道上滑块克服摩擦力所做的功。
正确答案
略
从地面上以初速度v0=10m/s竖直向上抛出一质量为m=0.2kg的球,若运动过程中受到的空气阻力与其速率成正比关系,球运动的速率随时间变化规律如图所示,t1时刻到达最高点,再落回地面,落地时速率为v1=2m/s,且落地前球已经做匀速运动.(g=10m/s2)求:
(1)球从抛出到落地过程中克服空气阻力所做的功;
(2)球抛出瞬间的加速度大小.
正确答案
(1)球从抛出到落地过程中,由动能定理得
Wf=m
-
m
=
×0.2×(22-102)J=-9.6J
克服空气阻力做功为9.6J
(2)由题意得,空气阻力f=kv
落地前匀速运动,则mg-kv1=0
刚抛出时加速度大小为a0,则
mg+kv0=ma0
解得a0=(1+)g=60m/s2
答:
(1)球从抛出到落地过程中克服空气阻力所做的功是9.6J;
(2)球抛出瞬间的加速度大小是60m/s2.
如图甲,在x>0的空间中存在沿y轴负方向的匀强电场和垂直于xoy平面向里的匀强磁场,电场强度大小为E,磁感应强度大小为B.一质量为m,带电量为q(q>0)的粒子从坐标原点O处,以初速度v0沿x轴正方向射入,粒子的运动轨迹见图甲,不计粒子的重力.
(1)求该粒子运动到y=h时的速度大小v;
(2)现只改变入射粒子初速度的大小,发现初速度大小不同的粒子虽然运动轨迹(y-x曲线)不同,但具有相同的空间周期性,如图乙所示;同时,这些粒子在y轴方向上的运动(y-t关系)是简谐运动,且都有相同的周期T=.
Ⅰ.求粒子在一个周期T内,沿x轴方向前进的距离S;
Ⅱ.当入射粒子的初速度大小为v0时,其y-t图象如图丙所示,求该粒子在y轴方向上做简谐运动的振幅A,并写出y-t的函数表达式.
正确答案
(1)由于洛伦兹力不做功,只有电场力做功,
由动能定理有-qEh=mv2-
m
①
由①式解得
v=②
(2)Ⅰ.由图乙可知,所有粒子在一个周期T内沿x轴方向前进的距离相同,
即都等于恰好沿x轴方向匀速运动的粒子在T时间内前进的距离.
设粒子恰好沿x轴方向匀速运动的速度大小为v1,则
qv1B=qE ③
又 S=v1T ④
式中 T=
由③④式解得
S=⑤
Ⅱ.设粒子在y轴方向上的最大位移为ym(图丙曲线的最高点处),对应的粒子运动速度大小为v2(方向沿x轴),因为粒子在y方向上的运动为简谐运动,因而在y=0和y=ym处粒子所受的合外力大小相等,方向相反,
则
qv0B-qE=-(qv2B-qE) ⑥
由动能定理有 -qEym=m
-
m
⑦
又 Ay=ym⑧
由⑥⑦⑧式解得
Ay=(v0-
)
可写出图丙曲线的简谐运动y-t函数表达式为y=(v0-
)(1-cos
t).
有一研究性学习小组研究了这样一个课题:人从高处跳下超过多大高度时容易造成骨折.他们查得这样一些资料;一般成人的胫骨的极限抗压强度为p=1.5×108 Pa,胫骨的最小面积S=3.2×10-4 m2.假若一个质量为50kg的人,从一定的高度直膝双足落地,落地时其重心又下降了约h=l.0×10-2 m,请你估算一下:当这个高度H超过多少米时,就可能导致胫骨骨折(计算结果保留两位有效数字,取g=10m/s2).
正确答案
人的胫骨能承受的最大作用力Fm=2pS,F弹=Fm,
由动能定理得F弹h=mg(H+h),
解得H=1.9 m.
答:当高度超过1.9m时,可能导致胫骨骨折.
如图所示,四个电阻阻值均为R,电键S闭合时,有一质量为m,带电量为q的小球静止于水平放置的平行板电容器的中点.现打开电键S,这个带电小球便向平行板电容器的一个极板运动,并和此板碰撞,碰撞过程中小球没有机械能损失,只是碰后小球所带电量发生变化,碰后小球带有和该板同种性质的电荷,并恰能运动到另一极板,设两极板间距离为d,不计电源内阻,求:
(1)电源电动势E多大?
(2)小球与极板碰撞后所带的电量为多少?
正确答案
(1)当S闭合时,电容器电压为U,则:U=•R=
E ①
对带电小球受力分析得:=mg ②
由①②式 解得:E= ③
(2)断开S,电容器电压为U′,则:U′=•R=
④
对带电小球运动的全过程,根据动能定理得:q′U′-mg-q
=0 ⑤
由③④⑤解得:q′=q ⑥
答:
(1)电源电动势E是.
(2)小球与极板碰撞后所带的电量为q.
如甲图所示,长为4m的水平轨道AB与倾角为37°的足够长斜面BC在B处连接,有一质量为2kg的滑块,从A处由静止开始受水平向右的力F作用,F按乙图所示规律变化,滑块与AB和BC间的动摩擦因数均为0.25,重力加速度g取l0m/s2.求:
(1)滑块第一次到达B处时的速度大小;
(2)不计滑块在B处的速率变化,滑块到达B点时撤去力F,滑块冲上斜面,滑块最终静止的位置与B点的距离.(sin37°=0.6)
正确答案
(1)由图得:0~2m:F1=20N△X1=2m;
2~3m:F2=0,△X2=1m;
3~4m:F3=10N,△X3=1m
A至B由动能定理:F1•△X1-F3•△X3-μmg(△X1+△X2+△X3)=mvB2
解得vB=m/s
(2)因为mgsin37°>μmgcos37°
设滑块由B点上滑的最大距离为L,
由动能定理-μmgLcos37°-mgLin37°=0-mvB2
解得:L=m
从最高点滑回水平面,设停止在与B点相距S处,
mgLin37°-μmgLcos37°-μmgs=0-0
解得:S=1m.
答:(1)滑块第一次到达B处时的速度大小为m/s;
(2)滑块冲上斜面,滑块最终静止的位置与B点的距离为1 m.
一长为L的细线,上端固定,下端拴一质量为m、带电荷量为+q的小球,处于如图所示的水平向右的匀强电场中.开始时,将细线与小球拉成水平,释放后小球由静止开始向下摆动,当细线转过60°角时,小球到达B点速度恰好为零.试求:(重力加速度为g)
(1)A、B两点的电势差UAB;
(2)匀强电场的场强大小.
正确答案
(1)小球由A→B过程中,由动能定理:
mgLsin60°+WAB=0,
又WAB=qUAB,
得到UAB=-=-
(2)B、A间的电势差为UBA=-UAB=
则电场强度E==
=
.
答:
(1)A、B两点的电势差UAB=-;
(2)匀强电场的场强大小是.
一质量为m,带电量为+q的小球,用长为L的绝缘线悬挂在水平向右的匀强电场中,开始时把悬线拉到水平,小球在位置A点.然后将小球由静止释放,球沿弧线下摆到α=60°的B点时小球速度恰好为零.试求:AB两点的电势差UAB及匀强电场的电场强度的大小.
正确答案
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