- 机械能守恒定律
- 共29368题
质量的金属小球从距水平面
的光滑斜面上由静止开始释放,运动到A点时无能量损耗,水平面
的粗糙平面, 与半径为
的光滑的半圆形轨道BCD相切于B点,其中圆轨道在竖直平面内, D为轨道的最高点,小球恰能通过最高点D, 完成以下要求(
)
(1)小球运动到A点时的速度为多大?
(2)小球从A运动到B时摩擦阻力所做的功
(3)小球从B点飞出后落点E与A相距多少米?
正确答案
1)m/s 2)-1J 3)1.2m
试题分析:1)根据题意和图形,物体下落到A点时由动能定理可得
所以
m/s
2)物体到D点时:可得vD=2m/s
由B到D应用动能定理有:可得
VB=m/s
从A到B,=-1J
3)D点飞出后,平抛运动根据,
可得从B到E距离为0.8m,从A到E为1.2m.
如题18图甲所示,足够大的水平面上静置一质量m=lkg的物体,若物体一旦运动就会受到一个阻碍物体运动的阻力f,且f=kV(k=lkg/s),现在给物体施加一个水平向右的恒定拉力F,并每隔0.2s测量一次物体的速度,乙图是根据所测数据描绘出物体的V—t图像。求:
(1)力F的大小;
(2)根据乙图请估算0到l.6s内物体的位移x和摩擦力所做的功
正确答案
(1)F=10N(2)
试题分析:
解:(1)物体匀速运动时,拉力等于阻力,即:
从图上查得:V=10m/s
解得:F=10N
(2)从图上查得:t=1.6s时V1=8m/s
根据乙图数得0到1.6s内方格数约为40格,每格位移为0.2m,故X=8m
由动能定理得:
解得:
点评:动能定理是解决力学问题的基本方法,这类问题的基础是分析物体的受力情况和运动情况,难点在于分析物理过程.
如图甲所示,一竖直平面内的轨道由粗糙斜面AD和光滑圆轨道DCE组成,AD与DCE相切于D点,C为圆轨道的最低点,将一小物块置于轨道ADC上离地面高为H处由静止释放,用力传感器测出其经过C点时对轨道的压力N,改变H的大小,可测出相应的N的大小,N随H的变化关系如图乙折线PQI所示(PQ与QI两直线相连接于Q点),QI反向延长交纵轴于F点(0,5.8N),重力加速度g取10m/s2,求:
(1)求出小物块的质量m;圆轨道的半径R、轨道DC所对应的圆心角θ;
(2)小物块与斜面AD间的动摩擦因数μ。
(3)若要使小物块能运动到圆轨道的最高点E,则小物块应从离地面高为H处由静止释放,H为多少?
正确答案
(1)m="0.5Kg" R="1m" θ=37°(2)0.3(3)
试题分析:(1)如果物块只在圆轨道上运动,则由动能定理得mgH=mv2解得v=
;
由向心力公式FN-mg=m,得FN=m
+mg=
H+mg;
结合PQ曲线可知mg=5得m=0.5 kg.
由图象可知=10得R=1 m.显然当H=0.2 m对应图中的D点,
所以cos θ==0.8,θ=37°.
(2)如果物块由斜面上滑下,由动能定理得
解得
由向心力公式FN-mg=m得FN=m
+mg=
H+
μmg+mg
结合QI曲线知μmg+mg=5.8,解得μ=0.3.
(3)如果物块由斜面上滑下到最高点速度为v,
由动能定理得: (1)
设物块恰能到达最高点:由向心力公式(2)
由(1)(2)式可得
点评:此类问题综合程度较高,通过图表以及物理公式,利用数学待定系数法求解相关参数。通过动能定理列式求解速度,结合圆周运动知识求出相关作用力。
子弹水平射入静止在光滑的水平面上木块中,进入木块的最大深度为d.若在子弹深入木块直到最大深度的过程中,木块沿桌面移动距离为L,木块对子弹平均阻力大小为f,那么在这一过程中,阻力对子弹的功为______,子弹对木块做的功______.
正确答案
由题分析可知,子弹相对于地的位移大小为l1=d+L,阻力与子弹的位移方向相反,则阻力对子弹的功为W1=-fl1=-f(d+L).木块的位移大小为L,子弹对木块的力与木块的位移方向相同,则子弹对木块做的功W2=fL.
故答案为:-f(d+L),fL.
如图所示,有两块大小不同的圆形薄板(厚度不计),质量M=,半径分别为
和
,两板之间用一根长
的轻绳将薄板中心相连结(未画出).开始时,两板水平放置并叠合在一起,静止于距离固定支架C高度
处. 然后自由下落到C上,支架上有一半径为
(
)的圆孔,圆孔与两薄板中心均在圆板中心轴线上. 薄板M与支架发生没有机械能损失的碰撞(碰撞时间极短). 碰撞后,两板即分离,直到轻绳绷紧.在轻绳绷紧的瞬间,两板立即具有共同速度.不计空气阻力,
,求:
(1)从两板分离到轻绳绷紧经历的时间
(2)轻绳绷紧过程中系统损失的机械能
正确答案
(1)0.1s(2)4J
试题分析:(1) 薄板M与支架碰撞前:根据动能定理知:(M+m)gh=(M+m)V02
V0==2m/s
薄板M碰撞支架后以V0返回作竖直上抛运动,m继续下落做匀加速运动.经时间t,薄板M上升高度为h1,
m下落高度为h2. 则:
h1=V0t-gt2; h2=V0t+
gt2 ; h1+h2=2V0t=0.4m
故:
(2)设绳绷紧前M速度为V1,m的速度为V2,有V1=V0-gt=2-10×0.1=1m/s
V2=V0+gt=2+10×0.1=3m/s
绳绷紧时,取向下为正方向,根据动量守恒, mV2-MV1=(M+m)V 得
一项人体飞镖项目,简化模型如图所示。某次运动中,手握飞镖的小孩用不可伸长的细绳系于天花板下,在A处被其父亲沿垂直细绳方向推出,摆至最低处B时小孩松手,飞镖依靠惯性飞出击中竖直放置的圆形靶最低点D点,圆形靶的最高点C与B在同一高度,C、O、D在一条直径上,A、B、C三处在同一竖直平面内,且BC与圆形靶平面垂直。已知飞镖质量m=1kg,BC距离s=8m,靶的半径R=2m,AB高度差h=0.8m,g取10m/s2。不计空气阻力,小孩和飞镖均可视为质点。
(1)求孩子在A处被推出时初速度v0的大小;
(2)若小孩摆至最低处B点时沿BC方向用力推出飞镖,飞镖刚好能击中靶心,求在B处小孩对飞镖做的功W;
(3)在第(2)小题中,如果飞镖脱手时沿BC方向速度不变,但由于小孩手臂的水平抖动使其获得了一个垂直于BC的水平速度v,要让飞镖能够击中圆形靶,求v的取值范围。
正确答案
(1)v0=8m/s(2)W=80J(3)
试题分析:(1)设飞镖从B平抛运动到D 的时间为t1,从B点抛出的初速度为v1,小孩和飞镖的总质量为M,则有, 2分 由动能定理:
2分
解得: 代入数据得v0=8m/s 1分
(2)设推出飞镖从B平抛运动到D 的时间为t2,从B点抛出的初速度为v2,则有
2分
2分
代入数据得W=80J 1分
(3)因BC方向的速度不变,则从B到靶的时间t2不变,竖直方向的位移也仍为R,则靶上的击中点一定是与靶心O在同一高度上,则垂直于BC的水平位移一定小于等于R,因此有
,两式结合得:
,代入数据得
点评:在分析平抛运动时,需要将其分为水平匀速运动和竖直自由落体运动,两运动具有等时性
如图,A、B两点所在的圆半径分别为r1和r2,这两个圆为同心圆,圆心处有一带电为+Q的点电荷,内外圆间的电势差为U,一电子仅在电场力作用下由A运动到B,电子经过B点时速度为v,若电子质量为m,带电荷量为e,求:
(1)电子经过B点时的加速度大小
(2)电子在A点时的速度大小v0
正确答案
(1) (2)
试题分析:(1)电子在B点受到的库仑力大小为 2分
电子在该处的加速度为 2分
(2)电子由A点运动到B点,由动能定理得:
, 2分
解得: 2分
点评:中等难度。电场力是保守力,做功与路径无关。
汽车刹车后,停止转动的轮胎在地面上滑动,其滑动的痕迹可以明显地看出,这就是我们常说的刹车线.由刹车线的长短可以得知汽车刹车前后速度大小,因此刹车线的长度是分析交通事故的一个重要依据.某汽车质量为1.0×103 kg,刹车前正在做匀速直线运动,运动中所受阻力是车重力的0.1倍.若刹车后在滑动过程中该车所受阻力是车重力的0.7倍,刹车线长14 m,g取10 m/s2,求:
(1)刹车前该汽车的速度大小;
(2)刹车前该汽车牵引力的功率.
正确答案
(1)14 m/s (2)1.4×104 W
(1)刹车后,由动能定理有f阻·l=
解得
(2)刹车前,牵引力F=f阻=0.1mg
由P=Fv
解得P=1.4×104 W.
如图所示为一固定的游戏轨道,左右两侧的斜直管道PA与PB分别与半径R=1cm的“8”字型圆形管道的低端圆滑连接,处于同一竖直平面内。两斜直管道的倾角相同,高度相同,粗糙程度也相同,管口A、B两处均用光滑小圆弧管连接(其长度不计,管口处切线竖直),管口到低端的竖直高度H2=0.4m,“8”字型管道内壁光滑,整个管道粗细均匀,装置固定在竖直平面内。质量m=0.5kg的小物块从距管口A的正上方H1=5m处自由下落,第一次到达最低点P处时的速度大小为10m/s,此后经管道运动到B处并竖直向上飞出,然后又再次落回,… … ,如此反复。忽略物块进入管口时因碰撞而造成的能损,忽略空气阻力,小物块视为质点,管道内径大小不计,最大静摩擦力大于滑动摩擦力,g取10m/s2。求:
(1)小物块第一次到达“8”字型管道顶端时对管道的作用力F
(2)小物块第一次离开管口B后上升的最高点距管口处的距离h
(3)小物块能离开两边槽口的总次数
正确答案
(1)F=4985N(2)h=4.2m(3)6次
(1) mV2/2–mVP2/2 ="-4mgR" ------------------3分
F+mg= mV2/R --------------------------3分
联合得:F="4985N" ----------------------2分
(2) mg(H1-h)=2Wf --------------------------3分
mVP2/2 = mg(H1+H2)-Wf ------------------3分
或0-mVP2/2 = -mg(H2+h)-Wf
联合得:h="4.2m" -----------------------2分
(3)n=mgH1/2Wf="6.25" -----------------------2分
故能离开两边槽口的总次数为6次--------2分
物体因绕轴转动而具有的动能叫转动动能,转动动能的大小与物体转动的角速度有关。为了研究某一砂轮的转动的动能EK与角速度的关系。某同学采用了下述实验方法进行探索:先让砂轮由动力带动匀速旋转测得其角速度
,然后让砂轮脱离动力,由于克服转轴间摩擦力做功,砂轮最后停下,测出砂轮从脱离动力到停止转动的过程中转动的圈数为
,通过分析实验数据,得出结论。经实验测得的几组
和
如下表所示:
0.5
1
2
3
4
n
5.0
20
80
180
320
另外已测得砂轮转轴的直径为1cm,转轴间的摩擦力为10/πN
(1)计算出砂轮每次脱离动力时的转动动能,并填入上表中(只需填前三个);
(2)由上述数据写出该砂轮的转动动能Ek与角速度的关系式.
正确答案
(1)对砂轮有动能定理:.
故填好上表:
0.5
1
2
3
4
n
5.0
20
80
180
320
0.5
2.0
8.0
(2)由表和
的相应数据得:
(1)对砂轮有动能定理:.
…………7分
故填好上表:
0.5
1
2
3
4
n
5.0
20
80
180
320
0.5
2.0
8.0
………1分
(2)由表和
的相应数据得:
…………7分
(13分)如图所示,边长为L的正方形导线框abcd,质量为m、电阻为R,垂直纸面向外的匀强磁场区域宽度为H(H>L),磁感应强度为B. 线框竖直上抛,线框ab边向上离开磁场时的速率是进入磁场时速率的一半,线框离开磁场后继续上升一段高度,然后落下并匀速进入磁场.不计空气阻力,整个运动过程中线框不转动.求线框向上
(1)ab边离开磁场时的速率;
(2)通过磁场过程中安培力所做的功;
(3)完全进入磁场过程中所通过横截面的电荷量.
正确答案
(1)(2)
(3)
试题分析:(1)线框落下并匀速进入磁场时合力为零,则
………………………………………………1分
………………………………………………1分
解得: ………………………………………………1分
因为从线框向上离开磁场到再次进入磁场的过程中合外力做功为零,所以ab边离开磁场时的速率与线框匀速进入磁场时的速率
相等。即
………………………………………………1分
(2)此过程中由动能定理有
…………………………2分
…………………………………2分
(3) ………………………………………………1分
………………………………………………1分
…………………………………………1分
……………………………………………1分
由以上几式解得: ……………………………………………1分
如图所示,光滑绝缘水平桌面上固定一个光滑绝缘的挡板ABCD、AB段为直线,BCD段是半径为R的圆弧,挡板处在场强为E的匀强电场中,电场方向与圆环直径MN平行。现使一带电荷量为+q,质量为m的小球由静止从斜挡板内侧上某点释放,为使小球沿挡板内侧运动,从D点抛出,求:
(1)小球从释放点到N点沿电场强度方向的最小距离。
(2)在上问中小球经过N点时对挡板压力大小。
正确答案
(1) (2)6qE
试题分析:(1)小球经过M点时恰好无压力,此时对应的s最小, ①
②
由①②式解得s=.
(2)过N点时,③
④
所以
“神舟”六号载人航天飞船的返回舱,在接近地面时打开降落伞后继续下落,下落速度仍达v="8" m/s.为了实现软着陆,在返回舱离地面约h="1" m时启动4个反推力小火箭,使返回舱减速.若返回舱重m="3.5" t,则每个小火箭的平均推力F约多大?(取g="10" m/s2)
正确答案
3.7×104 N
要实现软着陆,其返回舱着地前瞬间速度为零,由动能定理得:
(mg-4F)h=0-mv2
每个小火箭的平均推力F=3.7×104 N.
半径为R的竖直放置的圆轨道与平直轨道相连,如图所示,质量为m的小球A以一定的初速度由直轨道向左运动,并沿轨道的内壁冲上去.如果A经过N点时的速度为v0,A经过轨道最高点M时对轨道的压力太小等于小球的重力,重力加速度为g,求:
(1)小球落地点P与N之间的距离s:
(2)取N点为零势面,小球在M点的机械能E;
(3)小球从N到M这一段过程中摩擦阻力做的功.
正确答案
(1)以小球为研究对象,根据牛顿第二定律得:
N+mg=m
由题:N=mg
解得:vM=
小球离开M点后做平抛运动,则有:
竖直方向:2R=gt2
水平方向:s=vMt
联立解得:s=2R
(2)取N点为零势面,小球在M点的机械能为:E=Ek+EP=m
+mg•2R=3mgR
(3)小球从N到M过程,由动能定理得:
m
-
m
=Wf-2mgR
解得:Wf=3mgR-m
答:
(1)小球落地点P与N之间的距离s为2R:
(2)取N点为零势面,小球在M点的机械能E是3mgR;
(3)小球从N到M这一段过程中摩擦阻力做的功为3mgR-m
.
(10分)如图所示,在一个大小为V/m,方向水平向左的匀强电场中,有一个小物块,质量为
80g,带正电荷
,与水平轨道之间的动摩擦因数
0.2,在水平轨道的末端
处,连接一个光滑的半圆形轨道,半径为
40cm,取
10m/s2,求:
(1)若小物块恰好运动到轨道的最高点,那么小物块应该从水平轨道的哪个位置释放?
(2)如果在第(1)问的位置释放小物块,当它运动到(轨道中点)点时对轨道的压力等于多少?
正确答案
(1)20N (2)3.0N
试题分析:(1)物块能通过轨道最高点的临界条件是解得v="2m/s" (2分)
设小物块释放位置距处为
,则由动能定理
(2分)
解得,即小物块应该从在水平位置距
处为20m处开始释放(1分)
(2)P点到最高点由动能定理:(2分)
物块到P点时,(2分)
解得 由牛顿第三运动定律可得物块对轨道的压力为3.0N(1分)...
扫码查看完整答案与解析