- 机械能守恒定律
- 共29368题
(18分)如图所示,质量为的滑块(可视为质点)自光滑圆弧形槽的顶端A处无初速度的滑下。槽的底端与水平传送带相切于左传导轮顶端的B点,A、B的高度差为
.传导轮半径很小,两个轮之间的距离为
,滑块与传送带间的动摩擦因数
.右端的轮子上沿距离地面的高度为
.(
)
(1)若槽的底端没有放滑块,传送带静止不转,滑块
滑过C点时的速度大小
;
(2)若下滑前将质量为的滑块(可视为质点)停放在槽的底端。
下滑后与
发生弹性碰撞,且碰撞后
速度方向不变,则
、
应该满足什么条件?
(3)若在(2)的前提条件下,若传送带顺时针运转,且速度为m/s。求滑块
、
落地点间的最大距离
。
正确答案
(1) (2)
(3)
试题分析:(1)滑块由A点滑至B点过程,由机械能守恒定律:
解得: (2分)
滑块由B点滑至C点过程,由动能定理:
(2分)
解得: (1分)
或全过程研究: (4分), 解得:
(1分)]
(2)滑块停放在槽的底端,滑块
下滑后与
发生弹性碰撞,
由动量守恒定律: (2分)
由能量守恒定律: (2分)
解得: 、
(此结果可以不解,解错扣1分))
据题意,碰撞后的速度方向不变,即
,则:
(2分)
(3) 仅当时,滑块碰撞后的速度相差最大,经过传送带后速度相差也最大,两滑块的落点有最大距离。 (1分)
(1分)
(1分)
滑块经过传送带后做平抛运动,,解得:t=0.6s。 (1分)
由于滑块与传送带速度相同,不受摩擦力,
水平射程:
滑块与传送带间有摩擦力作用,由动能定理:
(1分)
解得: (1分)
水平射程:
滑块、
落地点间的最大距离:
(1分)
飞机若仅依靠自身喷气式发动机推力起飞需要较长的跑道,某同学设计在航空母舰上安装电磁弹射器以缩短飞机起飞距离,他的设计思想如下:如图所示,航空母舰的水平跑道总长,其中电磁弹射器是一种长度为
的直线电机,这种直线电机从头至尾可以提供一个恒定的牵引力
。一架质量为
的飞机,其喷气式发动机可以提供恒定的推力
。考虑到飞机在起飞过程中受到的阻力与速度大小有关,假设在电磁弹射阶段的平均阻力为飞机重力的0.05倍,在后一阶段的平均阻力为飞机重力的0.2倍。飞机离舰起飞的速度
,航母处于静止状态,飞机可视为质量恒定的质点。请你求出(计算结果均保留两位有效数字)。
(1)飞机在后一阶段的加速度大小;
(2)电磁弹射器的牵引力的大小;
(3)电磁弹射器输出效率可以达到,则每弹射这样一架飞机电磁弹射器需要消耗多少能量。
正确答案
(1)(2)
(3)
(1)令后一阶段飞机加速度为,平均阻力为
,
则 (2分)
得: (2分)
(2)令电磁弹射阶段飞机加速度为、末速度为
,平均阻力为
则 ,
(2分)
得: (2分)
由 (2分)
得 (2分)
或解 由动能定理: (6分)
得 (2分)
(3)电磁弹射器对飞机做功 (2分)
则其消耗的能量 (2分)
在某次兴趣活动中,设计了如图所示的轨道,AB是光滑的倾斜轨道,底端有一小段将其转接为水平的弧形轨道,BC是一个光滑的水平凹槽,凹槽内放置一个质量为m2=0.5kg的小车,小车上表面与凹槽的两端点BC等高,CDE是光滑的半径为R=6.4cm的竖直半圆形轨道,R是圆轨道的最高点.将一个质量为m1=0.5kg的小滑块,从AB轨道上离B点高h=0.8m处由静止开始释放,滑块下滑后从B点滑上小车,在到达C点之前,滑块与小车达到共同速度,小车与凹槽碰撞后立即停止,此后滑块继续运动,且恰好能经过圆轨道的最高点E,滑块与小车之间的动摩擦因数μ=0.4,g=10m/s2.试求:
(1)小滑块m1经过圆轨道的最高点E时的速度;
(2)小车的长度L和小车获得的最大动能.
正确答案
(1)设m1经过内轨道的最高点E时的速度为vE,
由m1g=m1
解得:vE==0.8m/s;
(2)滑块滑到B点时的速度设为v1,滑到小车上后与小车达到相同速度速度为v2,小车停止后,滑块运动到C点的速度为v3;
滑块从A到B的过程中:m1gh=m1v12
滑块在小车上发生相对运动的过程中:
m1v1=(m1+m2)v2μm1gL1=m1v12-
(m1+m2)v22
小车停住后,滑块继续滑动到E点的过程中
-μm1gL2=m1v32-
m1v22
-m1g•2R=m1vE2-
m1v32解得:v2=2m/s;L1=1.0m;L2=0.1m
小车长度L=L1+L2=1.1m
小车获得的最大动能为Ekmax=m2v22=1.0J.
答:(1)小滑块m2经过圆轨道的最高点E时的速度为0.8m/s;(2)小车长度为1.1m;小车获得的最大动能为1.0J.
质量是1kg的足球以2m/s的速度向运动员飞来,它的动能是______.随后运动员用头顶飞它时它的速度为3m/s,运动员对足球做的功是______.
正确答案
质量为1kg的足球以2m/s的速度飞来,它的动能是:Ek=mv12=
×1×22=2J
根据动能定理得,W=m
-Ek=
×1×9-2=2.5J
故答案为:2,2.5
(18分)如图,质量m=20kg的物块(可视为质点),以初速度v0=10m/s滑上静止在光滑轨道的质量M=30kg、高h=0.8m的小车的左端,当车向右运动了距离d时(即A处)双方达到共速。现在A处固定一高h=0.8m、宽度不计的障碍物,当车撞到障碍物时被粘住不动,而货物继续在车上滑动,到A处时即做平抛运动,恰好与倾角为53°的光滑斜面相切而沿斜面向下滑动,已知货物与车间的动摩擦因数μ=0.5。
(g=10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6)求:
(1)车与货物共同速度的大小v1;
(2)货物平抛时的水平速度v2;
(3)车的长度L与距离d.
正确答案
(1)(2)
(3)
,
试题分析:(1)车与货物已经到达共同速度,根据动量守恒定律:,得到:
(2)货物从小车上滑出之后,做平抛运动,根据平抛运动规律可得:,解得
在竖直方向上:
在斜面顶点分解速度如图,由
解得:
(3) 对于车,由动能定理,得:,得
对于货物,全程由动能定理,得:
解得:
如图所示,一半径为R的绝缘圆形轨道竖直放置,圆轨道最低点与一条水平轨道相连,轨道都是光滑的.轨道所在空间存在水平向右的匀强电场,场强为E.从水平轨道上的A点由静止释放一质量为m的带正电的小球,为使小球刚好在圆轨道内做圆周运动,已知小球受到的电场力大小等于小球重力的倍.试求:
(1)小球在圆周上的最小速度是多少?(2)在B时小球对轨道的压力是多少?(3)释放点A距圆轨道最低点B的距离
正确答案
(1) (2)
(3)
试题分析:
如图,带电小球运动到图中最高点时,重力、电场力的合力提供向心力时,速度最小,
……(1分)
…………(2分)
解得: ……(1分)
(2)从B点到最高点,由动能定理得:………(2分)
………(1分) 解得:
…(1分)
根据牛顿第三定律可知,小球对轨道的压力为 …(1分)
(3)从A到B,由动能定理得: …(2分)
解得:……(1分)
备注:其他方法,正确亦给分
点评:解答本题应用动能定理时应注意在电场力做功的特点,在从圆的最高点到最低点的过程中电场力是不做功的.
(12分)如图所示,质量为的小球用长为l 的轻质细线悬挂于O点,与O点处于同一水平线的P点处有一根光滑的细钉OP= l /2,已知,在A点给小球一个水平向左的初速度v0,发现小球恰好能到达跟P点在同一竖直线上的最高点B,则
⑴小球到达B点时的速度是多大?
⑵若不计空气阻力,则给小球的初速度v0应该多大?
⑶若,那么小球从点
到
的过程中克服空气阻力做功为多少?
正确答案
(1)(2)
(3)
试题分析:
(1)最高点B临界情况是绳子的拉力等于零,重力提供圆周运动所需的向心力,根据牛顿第二定律求出小球到达B点的速度.
(2)取A到B过程为研究过程,运用动能定理求出初速度.
(3)取A到B过程为研究过程,运用动能定理求出该过程中克服空气阻力所做的功.
解:(1)根据 ,故小球到达B点的速度为
.
(2)不计空气阻力,在A到B的过程中,只有重力做功,根据动能定理得
解得,
,故不计空气阻力,则初速度v0为
.
(3)根据动能定理得:
解得.
故小球从A到B的过程中克服空气阻力做功为.
点评:运用动能定理解题关键确定好研究的过程,判断在该过程中有哪些力做功,然后列表达式求解.
将质量为m的重球与较长的细丝线组成单摆,小振幅振动(摆角小于5°)时周期为T。使小球带电量为q的正电后,置于水平向右的匀强电场中,当把它拉至悬点O右方等高处,使线展开并自由释放,它摆至左方当丝线与竖直方向夹角θ=30°时速度恰为零,如所示。求:
(1)匀强电场的电场强度。
(2)使小球进行小角度摆动时的平衡位置及周期。
正确答案
(1)E=mg/3q,(2)60°,T′=(3/4)1/4T。
试题分析:(1)在电场中运动时有动能定理,解得E=
mg/3q;(2)根据单摆的周期公式可得
;小球在电场中的进行小角度摆动时平衡位置满足
,解得
即平衡位置时摆线在竖直线右侧与竖直线夹角为300;此时等效的“g”值为
,周期为
,联立解得
.
某实验小组采用图所示的装置探究“动能定理”,图中小车中可放置砝码,实验中,小车碰到制动装置时,钩码尚未到达地面,打点针时器工作频率为50 Hz.
(1)实验的部分步骤如下:
①在小车中放入砝码,把纸带穿过打点计时器,连在小车后端,用细线跨过定滑轮连接小车和钩码;
②将小车停在打点计时器附近,先 ,再 ,小车拖动纸带,打点计时器在纸带上打下一列点, ;
③改变钩码或小车中砝码的数量,更换纸带,重复②的操作。
(2)如图是钩码质量为0.03 kg,砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带,在纸带上选择起始点0及A、B、C、D和E五个计数点,可获得各计数点到0的距离S及对应时刻小车的瞬时速度v,请将C点的测量结果填在表1中的相应位置.
(3)在上述的运动过程中,对于钩码、砝码和小车组成的系统, 做正功,
做负功.
(4)实验小组根据实验数据绘出了图中的图线(其中Δv2=v2-v20),根据图线可获得的结论是 .要验证“动能定理”,还需要测量的物理量是摩擦力和 .
表1纸带的测量结果
正确答案
(1)接通电源,放开小车 ,关闭电源 (2)5.08±0.01 , 0.49
(3)钩码的重力,摩擦力(4)△V2与S成正比,小车的质量 。
(1)本实验要求先接通电源在释放纸带(2)C点为位移为6.08cm-1cm=5.08cm,C点为BD间的中间时刻,C点速度等于BD间的平均速度(3)对于钩码、砝码和小车组成的系统,钩码的重力做正功,摩擦力做负功(3)由运动学公式结合描点连线的图像可知△V2与S成正比,要验证“动能定理”,还需要测量的物理量是摩擦力和小车的质量
如图所示,光滑绝缘竖直细杆与以正点电荷O为圆心的圆周交于B、C两点。一质量m、带电量为-q的空心小球从杆上A点无初速下落。设AB =" BC" = h,小球滑到B点的速度为试求:
(1)小球滑至C点的速度;
(2)A、C两点的电势差。
正确答案
(1)(2)
试题分析:(1)BC两点是等式点,从B到C过程中,电场力做功为零,由B至C过程,应用动能定理: (2分)解得
1分)
(2)由A→B应用动能定理,解得
(2分)
点评:关键是知道BC两点处于同一个等势面上
(10分)如图所示,在倾角Ɵ=37°的绝缘斜面所在空间存在着竖直向上的匀强电场,场强E=4.0×,在斜面底端有一与斜面垂直的绝缘弹性挡板。质量m=0.2kg的带电滑块从斜面顶端由静止开始下滑,滑到斜面底端与挡板相碰撞后以碰前的速率返回。已知斜面的高度h=0.24m,滑块与斜面间的动摩擦因数u=0.30,滑块带电量q=-5×
.重力加速度g=10
,sin37°=0.60,cos37°=0.80.求:
(1)、滑块从斜面最高点滑到斜面底端时的速度大小
(2)、滑块被挡板弹回能够沿斜面上升的最大高度。(计算结果保留2位有效数字)
正确答案
1)滑块沿斜面下滑的过程中,电荷带负电,电场力方向竖直向下,受到的滑动摩擦力
设到达斜面底端时的速度为,根据动能定理:
解得:=2.4m/s
(2)滑块第一次与挡板碰撞后沿斜面返回上升的高度最大,设此高度为,根据动能定理:
代入数据解得:=0.10m。
略
(10分)如图所示,一根长为1.8m,可绕轴在竖直平面内无摩擦转动的细杆AB,两端分别固定质量1kg相等的两个球,已知OB=0.6m。现由水平位置自由释放,求:
(1)轻杆转到竖直位置时两球的速度?
(2)轻杆转到竖直位置时轴O受到杆的力是多大?
(3)求在从A到A’的过程轻杆对A球做的功?
正确答案
(1)1.414m/s 2.828m/s (2 )70/3N (3)8J
试题分析:(1)当轻杆转到竖直位置的过程中,据机械能守恒定律有:
据圆周运动过程线速度与角速度关系,有:
代入数据求得:
(2)据圆周运动规律,合力提供圆周运动的向心力,则,
A球有:
由于,则B球有:
所以有:
则转动轴的受力为:
(3)当球A从A位置运动到A’位置的过程中,据动能定理有:
代入数据计算得杆对球A做的功为:
(17分)如图所示,半径R=1.0m的光滑圆弧轨道固定在竖直平面内,轨道的一个端点B和圆心O的连线与水平方向间的夹角θ=37°,另一端点C为轨道的最低点。C点右侧的光滑水平面上紧挨C点静止放置一木板,木板质量M=1kg,上表面与C点等高。质量为m=1kg的物块(可视为质点)从空中A点以v0=1.2m/s的速度水平抛出,恰好从轨道的B端沿切线方向进入轨道。已知物块与木板间的动摩擦因数μ=0.2,取g=10m/s2。求:
(1)物块经过C点时的速度vC;
(2)若木板足够长,物块在木板上相对滑动过程中产生的热量Q。
正确答案
(1)(2)
试题分析:(1)设物体在B点的速度为,在C点的速度为
,从A到B物体做平抛运动,在B点根据速度的合成有
从B到C,根据动能定理有:
综上解得:
(2)物块在木板上相对滑动过程中由于摩擦力作用,最终将一起共同运动。设相对滑动时物体加速度为a1,木板加速度为a2,经过时间t达到共同运动速度为v,则:
物块在滑动摩擦力作用下匀减速
木板在滑动摩擦力作用下匀加速
二者速度相等之后由于地面光滑,将一起做匀速直线运动
根据能量守恒定律有:
联立解得:
如图所示,A、B和C、D为两对带电金属极板,长度均为l,其中A、B两板水平放置,间距为d,A、B间电压为U1;C、D两板竖直放置,间距也为d,C、D间电压为U2。有一初速度为0、质量为m、电荷量为e的电子经电压U0加速后,平行于金属板进入电场,则电子进入该电场时的速度大小为 ;若电子在穿过电场的过程中始终未与极板相碰,电子离开该电场时的动能为_____________。(A、B、C、D四块金属板均互不接触,电场只存在于极板间,且不计电子的重力)
正确答案
;
(每空3分)
试题分析:粒子在加速电场中加速,根据动能定理有,解得离开加速电场的速度即进入该电场的速度
。进入该电场后,AB电场的作用在竖直方向,CD电场的作用在水平方向,两个电场的作用互不影响,对AB之间电场,粒子进入后水平方向匀速直线运动,
,竖直方向加速度
,竖直方向位移
,所以AB之间电场对电荷做功
,CD电场长度也是l,宽度也是d,同理在CD电场中电场力做功
。根据动能定理
,整理得
。
如下图所示的木板由倾斜部分和水平部分组成,两部分之间由一段圆弧面相连接.在木板的中间有位于竖直面内的光滑圆槽轨道,斜面的倾角为θ.现有10个质量均为m、半径均为r的均匀刚性球,在施加于1号球的水平外力F的作用下均静止,力F与圆槽在同一竖直面内,此时1号球球心距它在水平槽运动时的球心高度差为h.现撤去力F使小球开始运动,直到所有小球均运动到水平槽内.重力加速度为g.求:
(1)水平外力F的大小;
(2)1号球刚运动到水平槽时的速度;
(3)整个运动过程中,2号球对1号球所做的功.
正确答案
(1)10mgtan θ (2) (3)9mgrsin θ
试题分析:(1)以10个小球整体为研究对象,由力的平衡条件可得
得F=10mgtan θ.
(2)以1号球为研究对象,根据机械能守恒定律可得
解得
(3)撤去水平外力F后,以10个小球整体为研究对象,利用机械能守恒定律可得:
解得
以1号球为研究对象,由动能定理得
得W=9mgrsin θ.
点评:本题解题关键有两个:一要选择研究对象,二是明确解题规律.当10个球都在斜面上下滑时,相互间没有作用力,机械能守恒.
扫码查看完整答案与解析