- 机械能守恒定律
- 共29368题
如图所示,质量的滑块(可视为质点),在F=60N的水平拉力作用下从A点由静止开始运动,一段时间后撤去拉力F,当滑块由平台边缘B点飞出后,恰能从水平地面上的C点沿切线方向落入竖直圆弧轨道CDE,并从轨道边缘E点竖直向上飞出,经过0.4 s后落回E点。已知AB间的距离L="2.3" m,滑块与平台间的动摩擦因数
,平台离地高度
,B、C两点间水平距离s="1.2" m,圆弧轨道半径R=1.0m。重力加速度g取10 m/s2,不计空气阻力。求:
(1)滑块运动到B点时的速度大小;
(2)滑块在平台上运动时受水平拉力F作用的时间;
(3)分析滑块能否再次经过C点。
正确答案
(1)(2)
(3)能
试题分析:(1)滑块由B至C的过程中做平抛运动
水平方向: 1分
竖直方向: 1分
解得: 1分
(2)滑块由A至B的过程中,F作用时间内做匀加速直线运动
1分
1分
1分
撤去F后滑块做匀减速直线运动
1分
1分
1分
1分
联立得: 1分
(3)由B至C的过程根据动能定理
2分
得
因此 1分
滑块从E点上抛至落回的时间用表示,则
1分
滑块沿圆弧轨道由C到E过程,设克服摩擦力做的功为
根据动能定理: 2分
可得:
由E点返回到C点过程,
由于
又因为返回过程中,克服摩擦力做功,故滑决一定能再次经过C点 2分
某同学做“探究功与速度变化的关系”的实验,如图所示,小车在一条橡皮筋的作用下弹出沿木板滑行,这时橡皮筋对小车做的功为W.当用2条、3条…实验时,使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致,每次实验中小车获得的速度都由打点计时器所打的纸带测出。
(1)除了图中已有的器材外,还需要导线、开关、交流电源和 (填测量工具)。
(2)实验中小车会受到摩擦阻力,可以使木板适当倾斜来平衡摩擦力,需要在 (填“左”或“右”)侧垫高木板。
正确答案
(1) 刻度尺 ;(2分)(2) 左 。(2分)
本题考查的是“探究功与速度变化的关系”的实验相关问题,实验需要测量纸带上打的点之间的距离,故需要刻度尺;平衡摩擦力的方法让小车沿斜面向下的重力分力与摩擦阻力相等,小车可以匀速自由下滑,故在左边垫高;
如图半径为R的圆弧支架竖直放置,支架底AB离地的距离为2R,圆弧边缘C处有一小定滑轮,一轻绳两端系着质量分别为m1与m2的物体,挂在定滑轮两边,且m1=2m2,开始时m1、m2均静止,且m1在图示中的最高点紧贴圆弧边缘,m1、m2可视为质点,不计一切摩擦.求:
(1)m1释放后经过圆弧最低点A时m1、m2的速度大小V1、V2的关系
(2)若m1到最低点时绳突然断开,求m1落地点离A点水平距离
(3)设圆弧边缘C到地面的竖直高度为H并保持不变,圆弧的半径R可调,m1到达最低点A时绳突然断开,求R为多大时,小球m1落地点离A点水平距离最远?最远距离为多少?
正确答案
(1)设m1运动到最低点时速度为v1,此时m2的速度为v2,速度分解如图,
沿着绳子方向的速度相等,得:v2=v1sin45°
(2)由m1与m2组成系统,机械能守恒,有m1gR-m2gR=
m1v12+
m2v22
由上述两式求:v1=2
断绳后m1做平抛运动
t1==2
s=v1t1
两式联立解得s=4R
(3)若圆弧边缘C到地面的竖直高度为H,则A点离地面的高度:h=H-R
平抛运动的时间:t=
则小球m1落地点离A点水平距离x=v1t=2
由数学知识知当R=H-R时,即R=时有最大值,xmax=2H
答:(1)m1释放后经过圆弧最低点A时m1、m2的速度大小V1、V2的关系为v2=v1sin45°;
(2)若m1到最低点时绳突然断开,m1落地点离A点水平距离4R;
(3)设圆弧边缘C到地面的竖直高度为H并保持不变,圆弧的半径R可调,m1到达最低点A时绳突然断开,R为
时,小球m1落地点离A点水平距离最远,最远距离为2H
.
一个质量为m的小球,从离地面h高处无初速度下落,运动过程中,空气阻力始终为球中的0.1倍。设小球与地面碰撞时无能量损失,则小球在停止运动前通过的总路程为________,发生的位移为_______。
正确答案
10h;h
如图所示,利用动滑轮来吊起质量为20kg的物体,已知拉力F=140N,滑轮与绳的质量以及摩擦均不计,则当物体由静止开始升高1m时,物体的动能为__________J。
正确答案
80
物体以60焦的初动能从A点出发做竖直上抛,在它上升到某一高度时,动能减少了30焦,而机械能损失了10焦。若物体在运动过程中所受空气阻力大小恒定,则该物体回到出发点A时的动能为_____________。
正确答案
20J
某同学将质量为0.50kg、静止在地面上的足球踢出,足球上升的最大高度为10m,足球在最高点的速度大小为20m/s。忽略空气阻力的作用,则这个过程中足球克服重力做功为 J,该同学对足球做的功为 J。(g取10m/s2)
正确答案
50;150。
试题分析:足球克服重力的功为W=Gh=mgh=0.5kg×10N/kg×10m=50J;根据动能定理,W同学-W=mv2;故该同学对足球的功W同学=
×0.5kg×(20m/s)2+50J=150J。
如图所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图.在Oxy平面的第一象限,存在以x轴y轴及双曲线的一段(0≤x≤L,0≤y≤L)为边界的匀强电场I;在第二象限存在以x=-L; x=-2L;y=0;y=L的匀强电场II.两个电场大小均为E,不计电子所受重力.求
(1)从电场I的边界B点处由静止释放电子,电子离开MNPQ时的位置;
(2)由电场I的AB曲线边界处由静止释放电子离开MNPQ时的最小动能;
正确答案
(1)电子从P点射出 (2)
试题分析:(1)据题意,B点纵坐标,根据双曲线方程
得到,横坐标
,
电子从B运动到C过程,根据动能定理得:,
电子在MNPQ区域做类平抛运动,水平方向:,竖直方向:
,
解得:,即电子从P点射出。
(2)设释放位置坐标为,则有:
,
,
,解得:
又,得到:
,
根据数学知识得知,当时,动能
有最小值
。
如图所示,静止在粗糙水平面上的斜面体有三个光滑斜面AB、AC和CD。已知斜面AB与水平方向成角,斜面AC与水平方向成
角,斜面CD与水平方向成
角,A点与C点的竖直高度为
,C点与D点的竖直高度为
。在B点左侧的水平面上有一个一端固定的轻质弹簧,自然长度时弹簧右端到B点的水平距离为
。质量均为
的物体甲和乙同时从顶点A由静止释放,之后甲沿斜面AB下滑,乙沿AC下滑。在甲乙两物体下滑过程中,斜面体始终处于静止状态,且两物体运动中经过B点、C点、D点时,速度大小不改变,只改变方向。甲进入水平面后向左运动压缩弹簧的最大压缩量为
,乙物体进入水平面后便向右运动最终停止。已知甲物体与水平面的动摩擦因数为
,(
)求:
(1)弹簧的最大弹性势能为多少?
(2)甲物体最终停止位置距B点多远?
(3)通过计算,说明甲乙两物体是否同时滑到水平面上?
(4)若以释放甲乙物体时作为时刻,做出斜面体受到地面的摩擦力大小
随时间变化的图线。
正确答案
解:(1)
代入数据得:
(2) 得:
距B点距离为:
(3)得:
得:
所以,甲下滑时间为:
乙在AC上下滑时间为:
乙到达C点时速度为:
乙由C到D的时间为,则:
整理得: 解得:
可见乙物体下滑总时间为:
所以,两物体同时滑到水平面上。
(4)物体在光滑斜面上下滑时对斜面的压力产生的水平分量为:
时间内斜面体受到的摩擦力为:
时间内斜面体受到的摩擦力为:
代入数据得:
图像:
略
如图所示,固定在竖直平面内的光滑半圆形轨道与粗糙水平轨道在B点平滑连接,轨道半径R=0.5m,一质量m=0.2kg的小物块(可视为质点)放在水平轨道上的A点,A与B相距L=10m,物块与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.1。现用一水平恒力F向右推物块,已知F=3N,当物块运动到C点时撤去该力,设C点到A点的距离为x。在圆轨道的最高点D处安装一压力传感器,当物块运动到D点时传感器就会显示相应的读数FN,压力传感器所能承受的最大压力为90N,g取10m/s2,空气阻力不计。
(1)要使物块能够安全通过圆轨道的最高点D,求x的范围;
(2)在满足(1)问的情况下,在坐标系中作出压力传感器的读数FN与x的关系图象。
正确答案
解:(1)A到B过程,由得动能定理
B到D过程,由动能定理得
物块到达D点时,有
由以上三式得:
,
解得。
(2)
质量m=1 kg的物体,在水平拉力F的作用下(拉力F大小恒定,方向与物体初速度方向相同),沿粗糙水平面运动,经过一段位移后拉力F停止作用,物体最终停下。运动过程中物体的动能-位移图线如图所示.(g取10 m/s2)求:
(1)物体的初速度多大?
(2)物体和平面间的动摩擦因数为多大?
(3)拉力F的大小?
正确答案
(1)v=2 m/s(2)μ=0.25.(3)F=4.5 N
试题分析:(1)从图线可知初动能为2 J,
Ek0=mv2=2 J(2分)
v=2 m/s. (2分)
(2)设摩擦力为f,则-fx2=0-10 (2分)
因Ff=μmg 故μ=0.25. (2分)
(3)根据动能定理有 (F-f)·x1=ΔEk (2分)
故得F=4.5 N. (2分)
点评:让学生掌握通过图象来解物理问题,题中图象的纵截距表示初动能,而图象斜率大小为合力大小.
从离地面H高处落下一只小球,小球在运动过程中所受到的空气阻力是它重力的k倍,而小球与地面相碰后,能以相同大小的速率反弹,则小球从释放开始,直至停止弹跳为止,所通过的总路程为____________。
正确答案
H/K
某同学采用如图3所示的装置进行了有关“动能定理”研究的实验。
a.按图3把实验器材安装好,不挂配重,反复移动垫木直到小车做匀速直线运动;
b.把细线系在小车上并绕过定滑轮悬挂质量为100g的配重,接通电源,放开小车,电火花计时器在被小车带动的纸带上打下一系列点。从某点A开始,此后在纸带上每隔4个点取一个计数点,依次标为B、C、D、……;
c.测量出B、C、D、……各点与A点的距离,分别记为x1、x2、x3、……;
d.用配重受到的重力分别乘以x1、x2、x3、……,得到配重重力所做的功W1、W2、W3、……;
e.求出B、C、D、……各点的速度大小,分别记为υ1、υ2、υ3、……,再求出它们的平方υ12、υ22、υ32、……;
f.用纵坐标表示速度的平方υ2,横坐标表示配重重力所做的功W,作出υ2-W图象,并在图象中描出(Wi,υi2)坐标点,再连成图线;
(重力加速度g=9.80m/s2,以下计算保留到小数点后两位)
① 该同学得到的υ2-W图象如图4所示。通过图象可知,打A点时对应小车的速度υ0 = _________m/s;
② 小车的质量M= kg。
正确答案
① 0.50(0.45~0.55)
② 0.30(0.29~0.31)(每空2分)
①由图像,当W=0时,A点υ2为0.25,此时速度为0.5m/s②由动能定理可知图线斜率K=2/m,先求出图线斜率在由公式求得质量m
有一玩具汽车绝缘上表面固定一个带负电物块,它们的总质量m=0.5kg,物块带电量q= -5.0×10-5C。现把玩具汽车放置在如图所示的水平直轨道A点,BC由光滑管道弯曲而成的半圆轨道,玩具汽车在光滑管道中能自由运动,整个轨道所处空间存在竖直向下的匀强电场,其电场强度大小E=6.0×l04N/c。玩具汽车在水平直轨道运动时阻力恒为Ff=0.5N,通电后玩具汽车以恒定功率P=l0w行驶,通电1.0s自动断电,断电后玩具汽车能以一定的速度从B点进入半圆轨道。已知AB间距L=4.0m,g取l0m/s2(玩具汽车可看成质点,整个运动过程物块带电量不变)。
小题1:若半圆轨道半径R=0.4m,玩具汽车进入管道中B点时对管道的压力多大?
小题2:当半圆轨道半径R满足什么条件时,玩具汽车能再次回到A点?(
正确答案
小题1:42N
小题2:能
①对AB段:
对B点:
根据牛顿第三定律:玩具汽车进入管道中B点时对管道的压力为42N
②对BC段:
对类平抛运动:
由上面几式可得:当R=1m时恰能回到A点
另一方面:由和
得:
当轨道半径时,玩具汽车将沿半圆轨道返回,由B向A运动,
根据得:
能回到A点.
如图所示,一固定在竖直平面内的光滑半圆形轨道ABC,其半径R=0.1m,轨道在C处与水平地面相切。在水平地面的D处放一小物块,给它一个水平向左的初速度=4m/s,物块经轨道CBA后,最后又直接落到D点,已知CD的距离为X="0.6" m,求物块与地面的动摩擦因数
。(g取10m/s。)
正确答案
设小物块的质量为m,经A处时的速度为,对物块由D到A的过程,由动能原理有
(5分)
设物块由A到D做平抛运动经历的时间为t,对此过程,有由以上各式并代人数据得
(5分)
略
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