- 机械能守恒定律
- 共29368题
如图所示,位于竖直平面内的轨道,由一段斜直轨道和圆形轨道分别与水平面相切连接而成,各接触面都是光滑的,圆形轨道的半径为。一质量为
的小物块从斜轨道上A点处由静止开始下滑,恰好通过圆形轨道最高点D。物块通过轨道连接处 B、C时无机械能损失。求:
(1)小物块通过D点时的速度的大小;
(2)小物块通过圆形轨道最低点C时轨道对物块的支持力的大小;
(3)A 点距水平面的高度。
正确答案
)(1)(2)
(3)
试题分析:(1)物体通过最高点D时,由牛顿第二定律有:
(1)
得
(2)物块从C点到D点的过程中,由动能定理得:
(2)
联立(1)(2)解得
物块通过最低点C时有:
得
(3)物块从A点运动到C点的过程中,由动能定理得
,解得
点评:本题考查了通过动能定理、机械能的综合运用,通过圆周运动将受力情况转化为运动情况,结合能量观点列式求解。
如图所示,粗糙水平轨道AB与竖直平面内的光滑轨道BC在B处平滑连接,B、C分别为半圆轨道的最低点和最高点。一个质量m的小物体P被一根细线拴住放在水平轨道上,细线的左端固定在竖直墙壁上。在墙壁和P之间夹一根被压缩的轻弹簧,此时P到B点的距离为x0。物体P与水平轨道间的动摩擦因数为μ,半圆轨道半径为R。现将细线剪断,P被弹簧向右弹出后滑上半圆轨道,经过C点时,对轨道的压力为重力的一半。求:
(1)物体经过B点时对圆形轨道的压力;
(2)细线未剪断时弹簧的弹性势能。
正确答案
(1) (2)
试题分析:(1)在C点:
B到C点的过程中:
B点:
解得:
(2)从释放到B点的过程中:
解得:
点评:对多过程问题,需要弄清楚物体在各个过程中的受力情况和初末状态
(14分)如下图所示,可视为质点的三物块A、B、C放在倾角为30°、长L=2m的固定斜面上,物块与斜面间的动摩擦因数,A与B紧靠在一起,C紧靠在固定挡板上,三物块的质量分别为mA=0.80kg、mB=0.64kg、mC=0.50kg,其中A不带电,B、C的带电量分别为qB=+4.00×l0-5C. qC=+2.00×l0-5C.且保持不变,开始时三个物块均能保持静止且与斜面间均无摩擦力作用.如果选定两点电荷在相距无穷远处的电势能为0,则相距为r时;两点电荷具有的电势能可表示为,现给A施加一平行于斜面向上的力F,使A在斜面上作加速度a=1.5m/s2的匀加速直线运动,经过时间t0,力F变为恒力,当A运动到斜面顶端时撤去力F.已知静电力常量k=9.0×l09N·m2/C2,g=10m/s2.求
(1)未施加力F时物块B、C间的距离:
(2)t0时间内A上滑的距离;
(3)t0时间内库仑力做的功;
(4)力F对A物块做的总功.
正确答案
(1)L1="1.0m" (2) (3)W0=1.2J(4)6.05 J
(14分)(1)L1=1.0m (2) (3) W0=1.2J (4)
W1=1.05J 力F对A物块做的功W2=F(L-L2)
式代入数据得W2=5J 则力F对A物块做的功W=W1+W2="6.05" J
本题考查动能定理的应用,未施加F时,以AB作为整体,受到重力、支持力、库仑力的作用而受力平衡,建立直角坐标系分解后可得库仑力大小,再由库仑力公式可求得B与C间距,力F变为恒力说明AB已经分离,在AB分离瞬间,AB的加速度相等,两者间没有相互作用力,以B为研究对象,受到C的斥力、重力、支持力作用,加速度为a,由此可求得BC间距,从而求得第二问,根据电势能公式可求得电势能变化量,从而求得电场力做功,根据功能关系和动能定理可求得力F对A物块做的总功
(8分) 如图7-8所示,质量为m的物体以某一初速v0从A点向下沿光滑的轨道运动,不计空气阻力,若物体通过最低点B的速度为3,求:
(1)物体在A点时的速度;(2)物体离开C点后还能上升多高
正确答案
(1) (2)3.5R
本题考查动能定理和圆周运动的应用,在B点,物体从A到B由动能定理可知
所以在A点速度为
,由A到C只有重力做功
求得C点速度后根据竖直上抛运动即可求解
如图所示,质量m=1kg的滑块(可看成质点),被压缩的弹簧弹出后在粗糙的水平桌面上滑行一段距离x=0.4m后从桌面抛出,落在水平地面上.落点到桌边的水平距离S=1.2m,桌面距地面的高度h=0.8m.滑块与桌面间的动摩
擦因数μ=0.2,(取g=10m/s2,空气阻力不计)求:
(1)滑块落地时速度的大小
(2)弹簧弹力对滑块所做的功
正确答案
(1) 滑块抛出后竖直方向自由落体:,
解得, ……….(2分)
滑块落地时竖直方向速度: ……….(2分)
滑块抛出后水平方向匀速运动:3m/s, ……….(2分)
所以落地速度:m/s ……….(2分)
(2)根据动能定理: ……….(5分)
解得:="5.3J " ……….(2分)
略
为验证动能定理,某同学设计了如下实验.将一长直木板一端垫起,另一端侧面装一速度传感器,让小滑块由静止从木板h高处(从传感器所在平面算起)自由滑下至速度传感器时,读出滑块经此处时的速度v,如图所示.多次改变滑块的下滑高度h(斜面的倾角不变),对应的速度值记录在表中:
(1)要最简单直观地说明此过程动能定理是否成立,该同学建立了以h为纵轴的坐标系,你认为坐标系的横轴应该是什么?______.
(2)已知当地重力加速度g,若要求出滑块与木板间的动摩擦因数,还需测出______(写出物理量及符号);则计算滑块与木板间的动摩擦因数的表达式为______.
正确答案
(1)设木板与水平桌面间的夹角为θ,由动能定理得:
mgh-μmgcosθ×=
mv2
整理得:h=.
若动能定理成立,h与v2成线性关系,所以横轴为v2.
(2)根据h=得动摩擦因数表达式为:
μ=,故需测量木板与水平桌面的夹角θ.
故答案为:(1)v2,(2)木板与水平桌面的夹角θ,μ=.
(11分)如图8所示,竖直固定放置的斜面DE与一光滑的圆弧轨道ABC相连,C为切点,
圆弧轨道的半径为R,斜面的倾角为θ.现有一质量为m的滑块从D点无初速下滑,滑块可在斜面和圆弧轨道之间做往复运动,已知圆弧轨道的圆心O与A、D在同一水平面上,滑块与斜面间的动摩擦因数为μ,求:
(1)滑块第一次至左侧AC弧上时距A点的最小高度差h.
(2)滑块在斜面上能通过的最大路程s.
正确答案
(1)μRcosθcotθ (2)
(1)由动能定理得:
mgh-μmgcosθ·R/tanθ=0
得h=μRcos2θ/sinθ=μRcosθcotθ
(2)滑块最终至C点的速度为0时对应在斜面上的总路程最大,由动能定理得
mgRcosθ-μmgcosθ·s=0
得:s=.
如图所示,质量m=2kg的小物块,静止在水平桌面上,与水平桌面的动摩擦因数为,桌面与地面的高度为0.2m,小物块距桌边为
,现给小物块一个水平向右的恒力
,到桌面边缘撤消,求小物块落地时的速度的大小(g=10m/s2)
正确答案
小物块受到的摩擦力为: (4分)
全过程由动能定理可得: (4分)
解得:
如图所示,摩托车做腾跃特技表演,以1.0m/s的初速度沿曲面冲上高0.8m、顶部水平的高台,若摩托车冲上高台的过程中始终以额定功率1.8kW行驶,经过1.2s到达平台顶部,到达顶部后立即关闭发动机油门,人和车落至地面时,恰能无碰撞地沿圆弧切线从A点切入光滑竖直圆弧轨道,并沿轨道下滑。已知圆弧半径为R=1.0m,人和车的总质量为180kg,特技表演的全过程中不计一切阻力,取g=10m/s2,sin530=0.8,cos530=0.6。求:
(1)人和车到达顶部平台时的速度v;
(2)人和车从平台飞出到达A点时的速度大小和方向;
(3)人和车运动到圆弧
轨道最低点O时对轨道的压力。
正确答案
解:
(1) v1=3 m
/s
(2)
="4" m/s
m/s
与水平方向夹角
(3)
解得T="7740N"
由牛顿第三定律得,对轨道的压力为7740N
略
(14分)如图所示,在竖直平面内,由斜面和圆形轨道分别与水平面相切连接而成的光滑轨道,圆形轨道的半径为R。质量为m的小物块从斜面上距水平面高为h=2.5R的A点由静止开始下滑,物块通过轨道连接处的B、C点时,无机械能损失。求:
⑴.小物块通过B点时速度vB的大小;
⑵.小物块通过圆形轨道最低点C时轨道对物块的支持力N的大小;
⑶.小物块能否通过圆形轨道的最高点D。
正确答案
解:(1)物块从A点运动到B点的过程中,由动能定理得
(2分)
解得: (1分)
(2)物块从B至C做匀速直线运动
∴ (1分)
物块通过圆形轨道最低点C时,由牛顿第二定律有:
(2分)
∴ (1分)
(3)若物块能从C点运动到D点,由动能定理得:
(2分)
解得: (1分)
物块通过圆形轨道的最高点的最小速度为vD1,由牛顿第二定律得:
(2分)
(2分)
可知物块能通过圆形轨道的最高点
略
一颗子弹以400J的动能射入固定在地面上的厚木板,子弹射入木板的深度为0.1m.子弹射入木板的过程中受到的平均阻力Ff=______N,此过程中产生的热量Q=______J.
正确答案
由动能定理可知,Ffx=0-Ek;
解得平均阻力Ff==-4000N; 负号说明为阻力;
由于木板及子弹最后均静止,故动能全部转化内能,故热量为400J;
故答案为:4000; 400.
一颗子弹速度为v时,刚好打穿一块钢板,那么速度为2v时,可打穿______块同样的钢板;要打穿n块同样的钢板,子弹速度应为______.
正确答案
选子弹打穿钢板过程,则由动能定理可得:-fd=0-mv2 (1)
当子弹的速度为2v时,则由动能定理有:-fnd=0-m(2v)2 (2)
由以上两式可得:n=4
若刚好打穿n块同样的钢板,由动能定理可得:-fnd=0-m
解得:vx=v
故答案为:4;v
如图,已知斜面倾角30°,物体A质量mA=0.4kg,物体B质量mB=0.7kg,H=0.5m。B从静止开始和A一起运动,B落地时速度v=2m/s。若g取10m/s2,绳的质量及绳的摩擦不计,求:
(1)物体A与斜面间的动摩擦因数。
(2)物体A沿足够长的斜面滑动的最大距离。
正确答案
(1)(2)
试题分析:(1)从A、B开始运动到B落地过程中,对AB系统,由功能关系得
带入数据得
(2)B落地后,A沿斜面继续向上运动,根据动能定理
所以
物体沿斜面滑动的最大距离为
(18分)如图,匀强磁场垂直铜环所在的平面,导体棒a的一端固定在铜环的圆心O处,另一端紧贴圆环,可绕O匀速转动.通过电刷把铜环、环心与两竖直平行金属板P、Q连接成如图所示的电路,R1、R2是定值电阻.带正电的小球通过绝缘细线挂在两板间M点,被拉起到水平位置;合上开关K,无初速度释放小球,小球沿圆弧经过M点正下方的N点到另一侧.
已知:磁感应强度为B;a的角速度大小为ω,长度为l,电阻为r;R1=R2=2r,铜环电阻不计;P、Q两板间距为d;带电的质量为m、电量为q;重力加速度为g.求:
(1)a匀速转动的方向;
(2)P、Q间电场强度E的大小;
(3)小球通过N点时对细线拉力T的大小.
正确答案
见试题分析
试题分析:
(1)依题意,小球从水平位置释放后,能沿圆弧向下摆动,故小球受到电场力的方向水平向右,P板带正电,Q板带负电。由右手定则可知,导体棒a顺时针转动。(2分)
(2)导体棒a转动切割磁感线,由法拉第电磁感应定律得电动势大小:
=
①(2分,若缺中间
推导式只得1分)
由闭合电路欧姆定律: ②(2分)
由欧姆定律可知,PQ的电压为:UPQ= ③(2分)
故PQ间匀强电场的电场强度大小: ④(2分)
联立①②③④,代入R1=R2=2r,可得:⑤(2分)
(3)设细绳长度为L,小球到达N点时速度为v,由动能定理可得:
⑥(2分)
又 ⑦(2分)
由⑤⑥⑦得: ⑧(2分)
【评分说明:第(1)问给2分,若在图中标明方向且正确也可,若答“从图示位置向上转动”或“从图示位置向右转动”也可;①②③④⑤⑥⑦⑧各2分。共18分。】
(6分)在“探究功与速度变化的关系”的实验中,某实验研究小组的实验装置如图甲所示。木块从A点静止释放后,在一根弹簧作用下弹出,沿足够长的木板运动到点停下,记录此过程中弹簧对木块做的功为
。
点为弹簧原长时所处的位置,测得
的距离为
。再用完全相同的2根、3根…弹簧并在一起进行第2次、第3次…实验并记录
,
…及相应的
、
…数据,用
图像处理数据,回答下列问题:
(1)如图乙是根据实验数据描绘的图像,图线不过原点的原因是 ;
(2)由图线得木块从A到O过程中摩擦力做的功是 ;
(3)图像斜率的物理意义是 。
正确答案
(1)未计算AO间的摩擦力做功(2分) (2)(2分) (3)摩擦力(2分)
试题分析:(1)从A到B根据能量守恒可得:,所以图像不过原点的原因是在AO段还有摩擦力做功;(2)由图知图像两点坐标为(1,0.06)、(5,0.42)代入
解得木块从A到O过程中摩擦力做的功
;(3)由
知图像的斜率为摩擦力。
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