- 机械能守恒定律
- 共29368题
开学初,小源到建设银行营业网点兑换了此前在网上预约的中国高铁纪念币。这枚纪念币由中国人民银行发行,面额10元,每人限兑20枚,且需要提前预约。小源打算与班上同学分享自己的喜悦。他可以向大家这样介绍
①纪念币面额和实际购买力都是由中国人民银行规定的
②纪念币可以直接购买商品,也具有支付手段等货币职能
③纪念币发行量有限,具有一定的收藏价值和升值空间
④纪念币不能与同面额人民币等值流通,必须在规定时间地点使用
正确答案
解析
①错误,国家无权规定纪念币的实际购买力;④错误,纪念币与同面额人民币等值流通,在任何时间地点都可使用;由中国人民银行发行的纪念币属于法定货币,可以直接购买商品,也具有支付手段等货币职能,因其发行量有限,具有一定的收藏价值和升值空间,故②③正确。
知识点
如图所示,半径R=2m的四分之一粗糙圆弧轨道AB置于竖直平面内,轨道的B端切线水平,且距水平地面高度为h=1.25m,现将一质量m=0.2kg的小滑块从A点由静止释放,滑块沿圆弧轨道运动至B点以v=5m/s的速度水平飞出(g取10m/s2)。求:
(1)小滑块沿圆弧轨道运动过程中所受摩擦力做的功;
(2)小滑块经过B点时对圆轨道的压力大小;
(3)小滑块着地时的速度大小和方向。
正确答案
解:(1)滑块在圆弧轨道受重力、支持力和摩擦力作用,由动能定理
mgR-Wf=mv2
Wf=1.5J
(2)FN-mg=m
∴FN=4.5N
(3)小球离开圆弧后做平抛运动
H=gt2
∴t=0.5s
落地时竖直分速度vy=gt=5m
∴落地时速度大小v=5m/s,方向与水平方向夹角为45°
如图所示,倾角为θ的斜面上只有AB段粗糙,其余部分都光滑,AB段长为3L。有若干个相同的小方块(每个小方块视为质点)沿斜面靠在一起,但不粘接,总长为L。将它们由静止释放,释放时下端距A为2L。当下端运动到A下面距A为L/2时物块运动的速度达到最大。
(1)求物块与粗糙斜面的动摩擦因数;
(2)求物块停止时的位置;
(3)要使所有物块都能通过B点,由静止释放时物块下端距A点至少要多远?
正确答案
解:(1)当整体所受合外力零时,整块速度最大,设整体质量为m,则
得
(2)设物块停止时下端距A点的距离为x,根据动能定理
解得
即物块的下端停在B端
(3)设静止时物块的下端距A的距离为s,物块的上端运动到A点时速度为υ,根据动能定理
物块全部滑上AB部分后,小方块间无弹力作用,取最上面一小块为研究对象,设其质量为m0,运动到B点时速度正好减到0,根据动能定理
得
质量为0.5千克的物体,从球面顶点,沿半径R=1米的粗糙半球面由静止下滑,如图,物体落地时速度大小为3米/秒,空气阻力不计,求:
(1)物体克服摩擦力所做的功;
(2)物体离开球面时下降的高度。
正确答案
解:(1)全过程:由动能定理得
所以,克服阻力做功为2.75J
(2)顶点到分离位置P:由动能定理得
分离位置P点:
解得:h=0.7m
如图所示,质量m=60kg的高山滑雪运动员,从A点由静止开始沿滑雪道滑下,从B点水平飞出后又落在与水平面成倾角的斜坡上C点。已知A、B两点间的高度差为h=25m,B、C两点间的距离为s=75m,已知
,取
。求:
(1)运动员从B点水平飞出时的速度大小;
(2)运动员从A点到B点的过程中克服摩擦力做的功。
正确答案
解:(1)设由B到C平抛运动的时间为t
竖直方向: ①
水平方向: ②
代入数据,解①②得 ③
(2)A到B的过程,由动能定理有 ④
代入数据,解得③④得
所以运动员克服摩擦力所做的功为3000J
如图所示,光滑水平面AB与竖直面内半圆形导轨在B点相接,导轨半径为R。一个质量为m的物体将弹簧压缩至A点后由静止释放,在弹力作用下物体获得某一向右速度,当它经过B点进入导轨瞬间对导轨的压力为其重力的7倍,之后向上运动恰能完成半圆周运动到达C点。求:
(1)弹簧的弹力对物体做的功;
(2)物体从B点运动至C点克服阻力做的功;
(3)物体离开C点后落回水平面时的动能。(空气阻力不计)
正确答案
解:(1)物块在B点时,由牛顿第二定律得:(N=7mg)
根据动能定理,弹簧弹力对物体做的功为W弹=EKB=3mgR
(2)物块到达C点仅受重力mg,根据牛顿第二定律有:
物体从B点到C点只有重力和阻力做功,根据动能定理有:W阻-mg×2R=EKC-EKB
W阻=-0.5mgR
(3)物体离开轨道后做平抛运动,仅有重力做功,以光滑水平面为零势能点,根据机械能守恒有:EK=
EKC+EPC=2.5mgR
如图所示,将一质量m=0.1kg的小球自水平平台顶端O点水平抛出,小球恰好与斜面无碰撞的落到平台右侧一倾角为=53°的光滑斜面顶端A并沿斜面下滑,然后以不变的速率过B点后进入光滑水平轨道BC部分,再进入光滑的竖直圆轨道内侧运动。已知斜面顶端与平台的高度差h=3.2m,斜面顶端高H=15m,竖直圆轨道半径R=5m。(重力加速度g=10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6)求:
(1)小球水平抛出的初速度υo及斜面顶端与平台边缘的水平距离x;
(2)小球离开平台后到达斜面底端的速度大小;
(3)小球运动到圆轨道最高点D时受到的轨道的压力的大小。
正确答案
解:(1)研究小球作平抛运动,小球落至A点时,由平抛运动速度分解图可得:
v0= vycotα
vA=
vy2=2gh
h=
x= v0t
由上式解得:v0=6m/s,x=4.8m,vA=10m/s
(2)由动能定理可得小球到达斜面底端时的速度vB
mgH=
vB=20m/s
(3)小球从C点到D点,由动能定理可得小球到达D点时的速度vD
-2mgR=
在D点由牛顿第二定律可得:N+mg=
由上面两式可得:N=3N
(18分)质量均匀分布,长为l的矩形毛巾挂在水平细杆上,处于静止状态,其底边AA'平行于杆,杆两侧的毛巾长度比为1:3,见图a,AA'与地面的距离为h(h>l),毛巾质量为m,不计空气阻力,取重力加速度为g.
(1)若将杆两侧的毛巾长度比改变为1:1如图b,求重力对毛巾做的功.
(2)若毛巾从题24图a状态由静止开始下滑, 且下滑过程中AA'始终保持水平,毛巾从离开杆到刚接触地面所需时间为t,求毛巾离开横杆时的速度大小以及摩擦力做的功.
正确答案
(2)
(2)(12分)
设毛巾离开杆时的速度大小为,根据匀变速直线运动规律,有
...................... (3分)
得 ...................... (2分)
毛巾刚离开横杆时的重力势能:
......................(1分)
重力做功: ......................(2分)
设毛巾从开始下滑到离开杆的过程中摩擦力对毛巾做功,运用动能定理有
......................(3分)
......................(1分)
一竖直面内的轨道是由粗糙斜面AB和光滑圆轨道BCD组成,AB与BCD相切于B点,C为圆轨道的最低点.将物块置于轨道ABC上离地面高为H处由静止下滑,可用力传感器测出其经过C点时对轨道的压力N.现将物块放在ABC上不同高度处,让H从0开始逐渐增大,传感器测得物块每次从不同高度处下滑到C点时对轨道压力N,得到如图乙两段直线PQ和QI,且IQ反向延长交纵轴点坐标值为2.5N,重力加速度g取10m/s2,求:(1)小物块的质量m及圆轨道的半R=?
(2)轨道DC所对圆心角
(3)小物块与斜面AB间的动摩擦因数.
正确答案
(1)从圆轨道BC下来,由动能定理可知
mgH=mvc2
在C点合力提供向心力
N-mg=m
N=H+mg
结合PQ段图象由
mg=2N
m=0.2Kg
=
∴R=1m
(2)轨道BC所对圆心角由几何关系可知:
cosθ==
θ=600
(3)从A到C,由动能定理可得
mgH-=
mv2
到达C点处由向心力公式可得
故:N=(1-
)H+(mg+
)
k=(1-μctg600)=
μ=
答:(1)小物块的质量为0.2Kg及圆轨道的半径为1m
(2)轨道DC所对圆心角为60°
(3)小物块与斜面AB间的动摩擦因数
如多所示,一质量为m的小球,用长为L的轻绳悬挂于O点,
(1)小球在水平拉力F的作用下从平衡位置P点缓慢地移动到Q点,此时悬线与竖直方向的夹角为θ;
(2)小球在水平恒力F作用下由P点移动到Q点,此时悬线与竖直方向的夹角为θ.
求上述(1)、(2)两种情况下拉力F所做的功各为多大?
正确答案
(着)小球从平衡位置P点缓慢地移动到Q点的过程中,根据动能定理的
&dbsp;&dbsp; W着-mgL(着-cosθ)=0&dbsp;&dbsp;&dbsp;
的&dbsp;拉力F所做的功为W着=mgL(着-cosθ)
(2)水平力F为恒力时,由P点移动到Q点,拉力F所做的功为W2=FLsidθ.
答:(着)小球在水平拉力F的作用下从平衡位置P点缓慢地移动到Q点,拉力F所做的功为mgL(着-cosθ).
(2)小球在水平恒力F作用下由P点移动到Q点,拉力F所做的功为FLsidθ.
半径R=20cm的竖直放置的圆轨道与平直轨道相连接,如图所示.质量m=50g的小球A以一定的初速度由直轨道向左运动,并沿圆轨道的内壁冲上去.如果球A经过N点时速度v1=4m/s,球A经过轨道最高点M时对轨道的压力为0.5N,取g=10m/s2,求:
(1)小球落地点P与N之间的距离?
(2)小球从N运动到M这一段过程中克服阻力做的功?
正确答案
(1)根据牛顿第二定律,设小球在M点的速度为v2,有
N+mg=m
根据平抛运动规律有:2R=gt2 s=vt
联立方程代数解得:s=0.56m
小球落地点P与N之间的距离为0.56m.
(2)小球从M到N过程,据动能定理
mg(2R)-w=mv22-
mv12
解得w=mg(2R)-mv22+
mv12代数解得 W=0.1J
小球从N运动到M这一段过程中克服阻力做的功为0.1J.
如图所示,ab、cd为水平放置的足够长的平行光滑导轨,导轨间距l为0.5m,导轨左端连接一个4Ω的电阻R,将一根质量为0.2kg的金属棒ef垂直地放置导轨上,且与导轨接触良好.金属棒的电阻r大小为1Ω,导轨的电
阻不计.整个装置放在磁感强度B=2T的匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下,现对金属棒施加一水平向右的拉力F使棒从静止开始向右运动.当棒的速度达到v0=3m/s后保持拉力的功率恒为5W,从此时开始计时(即此时t=0),已知从计时开始直至金属棒达到稳定速度的过程中电流通过电阻R做的功为6.72J.试解答以下问题:
(1)金属棒达到的稳定速度V是多少?
(2)金属棒从t=0开始直至达到稳定速度所需的时间是多少?
(3)试估算金属棒从t=0开始,直至达到稳定速度的过程中通过电阻R的电荷量的最大值是多少?
正确答案
(1)电动势:E=BLv
电流:I=
F安=BIL
P=Fv
当金属棒达到稳定速度时:F安=F
由以上式子可得:v==5 m/s.
(2)WR=I2Rt=6.72J,
则:Wr=I2rt==1.68 J
W电=WR+Wr=8.4 J
由动能定理有:Pt-W电=mv2-
mv02
由以上式子代入数据解得:t=2 s.
(3)电荷量 Q=It
I=
E=
△Φ=BL△l
由以上式子可得:Q=
在t=2 s的过程中,棒位移的最大值:△lmax=vt=5×2m=10m
∴此过程中电荷量Q 的最大值:Qmax==2 C.
如图所示,半径为R的光滑半圆环轨道与高为8R的倾角为53°的粗糙斜面固定在同一竖直平面内,两轨道之间由一条光滑水平轨道CD相连,水平轨道与斜面间有一段圆弧过渡.在水平轨道上,轻质弹簧被小球a和滑块b挤压,处于静止状态.同时释放两物体,a球恰好能通过圆环轨道最高点A,b物块恰好能到达斜面的最高点B.已知a球质量为m,b滑块与斜面间的动摩擦因数为,重力加速度为g,sin53°=0.8,cos53°=0.6.求:
(1)a球释放时的速度大小;
(2)b球释放时的速度大小;
(3)释放小球前弹簧的弹性势能.
正确答案
(1)a球过圆轨道最高点A时 mg=m
a球从C运动到A,由机械能守恒定律 m
=
m
+mg×2R
由以上两式求出 va=vC=
(2)b球从D运动到B,由动能定理得:
-mg•8R-μmgcos53°=0-
m
求出vb=2
(3)以a球、b球为研究对象,由动量守恒定律
mva=mbvb
求出mb=m
弹簧的弹性势能 Ep=m
+
mb
求出 Eρ=7.5mgR
答:
(1)a球释放时的速度大小是;
(2)b球释放时的速度大小是2;
(3)释放小球前弹簧的弹性势能是7.5mgR.
质量为m=1kg的物块从一光滑的斜面顶端A点以初速度v0=2m/s下滑至底端B点后,颠簸了一下,接着沿水平粗糙地面匀减速滑行了x=8m位移后停止在C点.已知斜面的高度为h=3m,物块与水平地面间的动摩擦因数为µ=0.1,g取10m/s2,求:
(1)物块刚滑到斜面底端时(颠簸之前)的速度大小;
(2)物块在B点由于颠簸而损失的机械能△E.
正确答案
(1)物体从A到B过程中,受重力和支持力,只有重力做功,根据动能定理,有
mgh=m
-
m
解得
vB==
=8m/s ①
(2)物体从B到C过程,根据动能定理,有
-μmgx=0-mv
②
物块在B点由于颠簸而损失的机械能△E为
△E=m
-
mv
③
联立①②③解得
△E=m
+mgh-μmgx=
×1×4+1×10×3-0.1×1×10×8=24J
答:(1)物块刚滑到斜面底端时(颠簸之前)的速度大小为8m/s;
(2)物块在B点由于颠簸而损失的机械能△E为24J.
如图所示,ACB为光滑圆弧轨道其半径为R,O为其圆心,OD为水平台面.AF为光滑水平面且与圆弧ACB光滑连接.已知:在DFAO区域存在水平向左的匀强电场,场强大小为E1,AOB右侧空间存在水平向右的匀强电场,场强大小为E2,且E1=E2.在AE水平面上有一个质量为m,电荷量为q的带负电小球(可看作质点).若其重力mg=qE1 问
(1)至少从距离A点多远处无初速度释放该小球才能使其通过B点.(2)通过B点后落在水平面OD上距O点的距离在什么范围内.
正确答案
(1)设至少从距离A点x1处无初速度释放该小球才能使其通过B点.
带电小球要通过B点,根据圆周运动规律,小球在圆弧轨道的等效最高点在OB右偏45°的H点上.从小球释放到H点,由动能定理得:
qE1x1-qE2R-mg(1+
)R=
mv2
在H点,有mg=m
又题意,mg=qE1=qE2.
联立以上三式得:x1=(1+)R
(1)小球通过B点的速度为vB.由释放到B点,由动能定理得:
qE1x1-mg2R=m
又mg=qE1.
解得,vB=
小球离开B点做平抛运动,由平抛运动的规律得:
R=gt2
x2=vBt
解得,x2=R
即通过B点后落在水平面OD上距O点的距离为x2≥R.
答:
(1)至少从距离A点(1+)R处无初速度释放该小球才能使其通过B点.
(2)通过B点后落在水平面OD上距O点的距离为x2≥R.
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