- 机械能守恒定律
- 共29368题
如图所示,斜面倾角为θ,质量为m的滑块距挡板P为s,以初速度v沿斜面上滑,滑块与斜面间的动摩擦因数为μ,滑块所受摩擦力小于滑块重力沿斜面的分力,若滑块每次与挡板相碰均无机械能损失,求滑块经过的路程有多大?
正确答案
解:由于滑块重力沿斜面向下的分力大于滑块所受摩擦力,所以可断定滑块最终将停靠在挡板处。从以v向上滑动至最终停下,设滑块经过的路程为l,则重力做正功,摩擦力做负功
解法一:此过程重力对滑块做功WG=mgssinθ
摩擦力做功Wf=-μmglcosθ
对滑块由动能定理,有:mgssinθ-μmglcosθ=0-mv2
解得l=
解法二:由能量转化与守恒求解,此过程滑块机械能的减少ΔE1=mgssinθ+mv2,克服摩擦力做功转化的内能ΔE2=μmgcosθ·l,由能量守恒定律有ΔE1=ΔE2
即mgssinθ+mv2=μmglcosθ
同样可解出l
如图所示,ABC是光滑轨道,其中AB是水平的,BC是与AB相切的位于竖直平面内的半圆轨道,半径R=0.4m。质量m=0.5kg的小球以一定的速度从水平轨道冲向半圆轨道,经最高点C水平飞出,落在AB轨道上,距B点的距离s=1.6m。g取10m/s2,求:
(1)小球经过C点时的速度大小;
(2)小球经过C点时对轨道的压力大小;
(3)小球在AB轨道上运动时的动能。
正确答案
(1)v=4m/s
(2)f=15N
(3)Ek=8J
如图所示,水平绝缘光滑轨道AB的B端与处于竖直平面内的四分之一圆弧形粗糙绝缘轨道BC平滑连接,圆弧的半径R=0.40m。在轨道所在空间存在水平向右的匀强电场,电场强度E=1.0×104 N/C。现有一质量m=0.10kg的带电体(可视为质点)放在水平轨道上与B端距离s=1.0m的位置,由于受到电场力的作用带电体由静止开始运动,当运动到圆弧形轨道的C端时,速度恰好为零。已知带电体所带电荷q=8.0×10-5C,取g=10m/s2,求:
(1)带电体在水平轨道上运动的加速度大小及运动到B端时的速度大小;
(2)带电体运动到圆弧形轨道的B端时对圆弧轨道的压力大小;
(3)带电体沿圆弧形轨道运动过程中,电场力和摩擦力对带电体所做的功各是多少。
正确答案
解:(1)设带电体在水平轨道上运动的加速度大小为a,根据牛顿第二定律有 qE=ma①
解得 a=qE/m=8.0m/s2②
设带电体运动到B端的速度大小为vB,则解得 vB=
=4.0m/s③
(2)设带电体运动到圆轨道B端时受轨道的支持力为N,根据牛顿第二定律有 N-mg=④
解得 N=mg+R=5.0N⑤
根据牛顿第三定律可知,带电体对圆弧轨道B端的压力大小N′=N=5.0N⑥
(3)因电场力做功与路径无关,所以带电体沿圆弧形轨道运动过程中,
电场力所做的功W电=qER=0.32J⑦,
设带电体沿圆弧形轨道运动过程中摩擦力所做的功为W摩,
对此过程根据动能定理有W电+W摩-mgR=0-⑧
解得 W摩=-0.72J⑨
在高度h=0.8m的水平光滑桌面上,有一轻弹簧左端固定,质量为m=1kg的小球在外力作用下使弹簧处于压缩状态,由静止释放小球,将小球水平弹出,小球离开弹簧时的速度为3m/s,如图所示,不计空气阻力,求:
(1)弹簧的弹力对小球所做的功为多少?
(2)小球落地时速度大小为多少?
正确答案
(1)4.5J
(2)5m/s
(16分)如图所示,薄平板A长L=1m,质量为kg,放在水平地面上,在A上最右端处放一个质量
kg的小物体B,已知A与B之间的动摩擦因数
,A、B两物体与桌面间的动摩擦因数均为
,最初系统静止。现在对板A右端施一大小为F=36N的水平恒力作用并开始计时,则:(取
m/s2)
(1)A、B两物体分离时F的功率P;
(2)在t=5s时B与平板A左端的距离x;
(3)在t=5s内平板A克服摩擦力做的功W。
正确答案
(1) (2 )
(3)
试题分析:(1)对B有: 对A有:
又有,综上方程可
(2)A和B分离后:
B以的初速度作大小为
的匀减速直线运动;A以
的初速度作大小为
的匀加速直线运动
(3)由上可知5s末A板的瞬时速度为,对A物体在前5s内运用动能定理则有
所以解得
如图所示,竖直平面内有四分之一圆弧轨道固定在水平桌面上,圆心为O点。一小滑块自圆弧轨道A处由静止开始自由滑下,在B点沿水平方向飞出,落到水平地面C点。已知小滑块的质量为m=1.0kg,C点与B点的水平距离为1m,B点高度为1.25m,圆弧轨道半径R=1m,g取10m/s2。求小滑块:
(1)从B点飞出时的速度大小;
(2)在B点时对圆弧轨道的压力大小;
(3)沿圆弧轨道下滑过程中克服摩擦力所做的功。
正确答案
解:(1)小滑块从B点飞出后作平抛运动,设它在的速度大小为
,
S
小滑块从B点飞出初速度为m/s
(2)小滑块在B点时,由牛顿第二定律
解得N=14N
由牛顿第三定律得小滑块在B点时对圆弧轨道的压力为=14N
(3)小滑块在圆弧轨道内下滑过程中,由动能定理得
解得小滑块克服摩擦力所做的功为J
某人在距离地面2.6m的高处,将质量为0.2kg的小球以速度v0=12m/s斜向上抛出,小球的初速度方向与水平方向之间的夹角为30°,g取10m/s2,求
(1)人抛球时对球做多少功?
(2)若不计空气阻力,小球落地时的速度大小是多少?
(3)若小球落地时的速度大小为v1=13m/s,小球在空中运动过程中克服阻力做了多少功?
正确答案
解:(1)由动能定理,得=14.4J
(2)由动能定理,得
所以m/s
(3)由动能定理,得
所以f=2.7J
所以克服阻力做功2.7J
如图所示,斜面的倾角θ为37°,一物块从斜面A点由静止释放。物块与水平面和斜面的动摩擦因数μ均为0.2,AB=2.2m,不计物块滑至B点时由于碰撞的能量损失,取g=10m/s2。(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)物块从A点滑至B点的时间为多少?
(2)若物块最终滑至C点停止,BC间的距离为多大?
正确答案
解:(1)物块先沿斜面匀加速下滑的加速度
到达B点的时间为t,
解得t=1s
(2)在水平面上物块做匀减速运动,初速度为
在水平面上运动的距离为,根据动能定理得:
解得m
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。
正确答案
解:(1)由动能定理有mgR+Wf=
得Wf=-1.5J
(2)设轨道对滑块的支持力为N,由牛顿第二定律有N-mg=
得N=4.5N
由牛顿第三定律知滑块对B的压力为4.5N,方向竖直向下
(3)滑块过B点后作平抛运动,设着地时竖直速度为vy,有
=5m/s
所以
有一质量为0.2kg的物块,从长为4m,倾角为30°光滑斜面顶端处由静止开始沿斜面滑下,斜面底端和水平面的接触处为很短的圆弧形,如图所示,物块和水平面间的滑动摩擦因数为0.2。求:
(1)物块在水平面能滑行的距离;
(2)物块克服摩擦力所做的功。(g取10m/s2)
正确答案
(1)10m
(2)4J
据报道,嫦娥三号将于近期发射.嫦娥三号接近月球表面的过程可简化为三个阶段:距离月球表面15km时打开反推发动机减速,下降到距月球表面H=l00m高度时悬停,寻找合适落月点;找到落月点后继续下降,距月球表面h=4m时速度再次减为0;此后,关闭所有发动机,使它做自由落体运动落到月球表面.已知嫦娥三号质量为
140kg,月球表面重力加速度g'约为1.6m/s2,月球半径为R,引力常量G.求:
(l)月球的质量;
(2)嫦娥三号悬停在离月球表面l00m处时发动机对嫦娥三号的作用力;
(3)嫦娥三号从悬停在l00m处到落至月球表面,发动机对嫦娥三号做的功.
正确答案
(1)在月球表面,万有引力等于重力,
G=mg′,月球质量:M=
;
(2)嫦娥三号悬停,处于平衡状态,由平衡条件得:
F=mg′=140kg×1.6m/s2=224N;
(3)悬停在H=100m处到到达4m过程中,
由动能定理得:mg′(H-h)+W=0-0,
从4m处释放后,发动机不做功,
因此整个过程,发动机对嫦娥三号做的功:
W=-mg′(H-h)=-140kg×1.6m/s2×(100m-4m)=-2.1504×104J;
答:(l)月球的质量M=;
(2)嫦娥三号悬停在离月球表面l00m处时发动机对嫦娥三号的作用力我224N;
(3)嫦娥三号从悬停在l00m处到落至月球表面,发动机对嫦娥三号做的功为)=-2.1504×104J.
附加题:
一根对称的“八字”形玻璃管置于竖直平面内,如图所示.管所在的空间有竖直向下的匀强电场,电场强度E=1000N/C.重力G=1.0×10-3N,带电量Q=-2×10-6C的小物体在管内从A点由静止开始运动,它与管壁摩擦系数为0.5,管长AB=BC=3m,管的B处为一极短的光滑圆弧,管AB和BC与水平方向所夹的角度皆为37°,问:
(1)小物体最终静止在何处?
(2)从A开始计算时,小物体运动的总路程是多少?
正确答案
(1)经对小球受力分析可知,小球由A到B,作匀加速运动;由B到C,作匀减速运动.由于有机械能损失,到不了C点就停止,接着返回作匀加速运动,过B点又作匀减速动,…最后停在B点.
(2)由题意可知,L=AB=BC=3m,μ=0.5.对全过程,有重力做功和电场力做功,由动能定理有:
(qE-mg)Lsin37°-μ(qE-mg)Scos37°=0
代入数据解得:S=4.5m
答:(1)小物体最终静止在B点.
(2)从A开始计算时,小物体运动的总路程是4.5m
如图所示,在光滑水平面上放一木板B,B的左端放一木块A,A与B的接触面粗糙,在水平恒力F的作用下,可将A从B的左端拉到右端.第一次将B固定在水平面上,当A到达B的右端时,A的动能为20J;第二次不固定B使其可自由滑动,当A到达B的右端时,B向前滑动了2m,此时A、B的动能分别为30J、20J.求:
(1)水平恒力F的大小;
(2)木板B的长度.
正确答案
设B对A的滑动摩擦力为f,设木板B长度为L,
第一次拉A时由动能定理FL-fL=20J ①
设第二次拉A到B的右端时,B向前滑动的距离为s,对A由动能定理
(F-f) (L+s)=30J ②
对B由动能定理 fs=20J ③
解①②③得F=15N
L=4m
答:(1)水平恒力F的大小是15N
(2)木板B的长度是4m.
如图所示,水平放置的两平行金属板间距为 d,电压大小为U,上板中央有孔,在孔正下方的下板表面上有一个质量为 m、、电量为-q的小颗粒,将小颗粒由静止释放,它将从静止被加速,然后冲出小孔,则它能上升的最大高度 h=______.
正确答案
从小颗粒由静止释放到最高点过程,根据动能定理得
qU-mg(d+h)=0
解得,h=-d
故答案为:-d
在距沙坑表面高h=8m处,以v0=22m/s的初速度竖直向上抛出一质量m=0.5kg的物体,物体落到沙坑并陷入沙坑d=0.3m深处停下.若物体在空中运动时的平均阻力是重力的0.1倍(g=10m/s2).求:
(1)物体上升到最高点时离开沙坑表面的高度H;
(2)物体在沙坑中受到的平均阻力F是多少?
正确答案
(1)物体上升到最高点时离抛出点h,从抛出到上升到最高点的过程,由动能定理得:
-(mg+f)h=0-m
①
由题意知,f=0.1mg②
由①、②并代入数据得:h==
m=22m
则离开沙坑的高度 H=8+h=8+22=30(m);
(2)物体在沙坑中受到的平均阻力为F,从最高点到最低点的全过程中:
mg(H+d)-fH-Fd=0
代入数据得:F==
N=455N;
答:
(1)物体上升到最高点时离开沙坑表面的高度H为30m;
(2)物体在沙坑中受到的平均阻力F是455N.
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