- 机械能守恒定律
- 共29368题
如图如示,在水平面上有质量均为m的五个物块并排靠在一起,每个物块与地面间的动摩擦因数均为μ,相邻两物块之间均用长为s的柔软轻绳相连接(图中未画出).现用大小为F=3μmg的水平恒定拉力从静止开始拉动物块1,相邻两物块之间的绳子绷紧时,绳子不会断裂也不会伸长,且绷紧时间极短.试求:
(1)物块1和物块2之间的绳子绷紧前瞬间,物块1的速度大小.
(2)物块3刚开始运动时的速度.
(3)物块5能否发生运动?如果能,求出物块5开始运动时的速度;如果不能,试求物块5发生运动的条件.
正确答案
(1)设物块1和2间的绳子绷紧前瞬间,物块1的速度为v0,由动能定理得
(3μmg-μmg)S=m
①
解得:V0=2 ②
(2)物块1和2之间绳子绷紧后,共同速度为V1,
由动量守恒得mv0=2mv1 ③
设物块2和3间绳子绷紧前2的速度为V2
绷紧后共同速度为V3,
(3μmg-2μmg)S=2m
-
2m
④
2mv2=3mv3 ⑤
由以上式得:v3=
(3)物块3开始运动后,由于拉力等于摩擦力,所以作匀速运动,设物块3和4之间绳子绷紧后共同速度为V4,
则3mV3=4mv4 ⑥
设前4个物块作匀减速运动的最大位移为S′,则:
(3μmg-4μmg)S=0-4m
⑦
解得S′=S
表明物块4和5之间的绳子拉直时,前4个物块速度恰好减为零,即物块5不会发生滑动,要使物块5发生运动,必须V5>0,
即F>3μmg
答:(1)物块1和物块2之间的绳子绷紧前瞬间,物块1的速度大小是2.
(2)物块3刚开始运动时的速度是.
(3)物块5不会发生滑动,要使物块5发生运动,必须V5>0,即F>3μmg.
质量为m的小球,用长为L的轻绳悬挂于O点,小球在水平拉力F作用下,从平衡位置P点很缓慢地移动到Q点(如图所示),求力F所做的功.
一个同学是这样求解的:根据功的定义式:W=FScosα=FLsinθ.这样求解对吗?请你说出理由.如果不对,错在哪里?该如何求?
正确答案
分析:不对,功的计算公式:W=FScosθ仅仅使用与恒力做功,而该题中小球从平衡位置P点很“缓慢地”移动到Q点,说明了水平拉力是变力,该同学把它当作恒力处理了.
正确的解答是:
由P到Q,根据动能定理:
WF-WG=△Ek=0
而WG=mgL(1-cosθ)
所以WF=mgL(1-cosθ)
答:不对,功的计算公式:W=FScosθ仅仅使用与恒力做功,而该题中水平拉力是变力,该同学把它当作恒力处理了.求解的过程如上.
如图所示,一平行板电容器水平放置,板间距离为d,上极板开有一小孔,三个质量均为m、带电荷量均为+q的带电小球,其间用长为L的绝缘轻轩相连,处于竖直状态,已知 d=3L今使下端小球恰好位于小孔中,且由静止释放,让三球竖直下落.当下端小球到达下极板时,速度恰好为零. 试求:
(1)两极板间的电压
(2)小球运动的最大速度.
正确答案
(1)从开始到下端小球到达下极板,应用动能定理得:
3mgd-Eqd-Eq(d-L)-Eq(d-2L)=0 …(1)
d=3L …(2)
而E=…(3)
联立解得 U=
(2)当合力为零速度最大,即3mg=EQ
由(2)(3)(4)得:E=
联立以上两式得 Q=2q
所以第二小球进入电场时速度最大,根据动能定理得
3mgL-qEL=•3m
解得,vm=
答:
(1)两极板间的电压为.
(2)小球运动的最大速度为.
如图所示,电源电动势E=10V,内阻r=1Ω,闭合电键S后,标有“8V,12W”的灯泡恰能正常发光,电动机M绕组的电阻R0=4Ω,求:
(1)电源的输出功率P0;
(2)10s内电动机产生的热量Q;
(3)电动机的效率η;
(4)若用此电动机由静止开始加速提升一质量为0.5kg的物体,10s末物体的速度达到4m/s,且在这一过程中电动机输出功率保持不变,物体也不会碰到电动机,求物体在这10s内上升的高度h(忽略空气阻力和一切摩擦作用).
正确答案
(1)由题意,并联部分电压为U=8V,内电压应为Ur=E-U=2V
总电流I==2A
电源的输出功率P0=UI=16W
(2)流过灯泡的电流I1==1.5A
则可得流过电动机的电流I2=I-I1=0.5A
电动机的热功率PQ=I22R0=1W
10s内产生的热量为Q=PQt=10J
(3)电动机的总功率P1=UI2=4W
电动机的机械功率P2=P1-PQ=3W
电动机的机械效率η==75%
(4)由动能定理,得:Pt=mgh+mv2,
解得:h=5.2m
答:(1)电源的输出功率P0为16W;
(2)10s内电动机产生的热量Q为10J;
(3)电动机的效率η为75%;
(4)物体在这10s内上升的高度h为5.2m.
一名滑雪运动员,由静止开始沿着长度为200m、高度为20m的山坡滑下,到达底部时的速度为10m/s.人和滑雪板的总质量为60kg,求下滑过程中运动员克服阻力做的功.(g=10m/s2)
正确答案
由动能定理:Mgh-Wf=Mv2
则:Wf=Mgh-Mv2=9000 J
答:下滑过程中运动员克服阻力做的功为9000J.
一个物体在离地面高=0.45m的点沿光滑曲面轨道从静止开始下滑,并进入粗糙水平轨道,如图所示,已知段的动摩擦因数μ=0.3,=10m/s2。求:
(1)物体刚滑到点时的速度大小;
(2)物体在水平轨道上滑行的最大距离。
正确答案
(1)3
(2)=1.5
如图所示,在竖直平面内,光滑绝缘直杆AC与半径为R的圆周交于B、C两点,在圆心处有一固定的正点电荷,B为AC的中点,C点位于圆周的最低点。现有一质量为m、电荷量为-q套在杆上的带负电小球从A点由静止开始沿杆下滑。已知重力加速度为g,A点距过C点的水平面的竖直高度为3R,小球滑到B点时的速度大小为。求:
(1)小球滑至C点时的速度的大小;
(2)A、B两点的电势差;
正确答案
解:(1)B-C:3mgR/2=mvc2/2-mvB2/2
vc=
(2)A-B:3mgR/2+=mVB2/2-0
=mgR/2
=
/q=-mgR/2q
从地面以初动能Ek0=100J竖直上抛一小球,设小球所受空气阻力的大小恒定.小球上升x1=20m时,动能变为Ek1=20J,重力势能增加了△Ep=60J,求小球落地时的动能Ek.
正确答案
在小球上升x1=20m的过程中,根据动能定理得:-(mgx1+fx1)=Ek1-Ek0,
又mgx1=△Ep=60J,
联立解得,mg=3f
设小球上升的最大高度为H,对于整个上升过程,有
-(mg+f)H=0-Ek0,
将mg=3f代入解得,fH=25J
对整个运动过程,则有
-2fH=Ek-Ek0,
解得,Ek=50J
答:小球落地时的动能Ek是50J;
如图所示,矩形盒B的质量为M,放在水平面上,盒内有一质量为m的物体A,A与B、B与地面间的动摩擦因数分别为μ1、μ2,开始时二者均静止,现瞬间使物体A获得一向右的水平速度v0,以后物体A在与盒B的左右壁碰撞时,B始终向右运动,当A与B最后一次碰撞后,B停止运动,A则继续向右滑行距离x后也停止运动,求盒B运动的时间t。
正确答案
解:以物体A、盒B组成的系统为研究对象,它在水平方向所受的外力就是地面对盒B的滑动摩擦力,而A与B间的摩擦力、A与B碰撞时的相互作用力均是内力
设B停止运动时A的速度为v,且假定向右为正方向,对由物体A和盒B组成的系统应用动量定理得:
-μ2(m+M)gt=mv-mv0 ①
当B停止运动后,对A应用动能定理得: ②
由①②两式解得B运动的时间为:
如图所示,在倾角为θ的斜面上,一物块(可视为质点)通过轻绳牵拉压紧弹簧。现将轻绳烧断,物块被弹出,与弹簧分离后即进入足够长的NN'粗糙斜面(虚线下方的摩擦不计),沿斜面上滑达到最远点位置离N距离为S。此后下滑,第一次回到N处,压缩弹簧后又被弹离,第二次上滑最远位置离N距离为S/2。求:物块与粗糙斜面间NN'段的动摩擦因数。
正确答案
解:第一次下滑回到N时速度为v
Mgsinθ·S-μmgcosθ·S=mv2/2 ①
第二次上滑,初速度也为v
mgsinθ·S/2+μmgcosθ·S/2= mv2/2 ②
联立方程①、②,解得μ=1/3tgθ
(或直接对动能为零的两个状态及过程运用动能定理:mgsinθ·S/2 -μmgcosθ·3S/2= 0,解得μ=1/3tgθ,同样给分)
如图所示,MN是两块竖直放置的带电平行板,板内有水平向左的匀强电场,PQ是光滑绝缘的水平滑槽,滑槽从N板中间穿入电场。a、b为两个带等量正电荷的相同小球,两球之间用绝缘水平轻杆固连,轻杆长为两板间距的,杆长远大于球的半径,开始时从外面用绝缘轻绳拉着b球使a球靠近M板但不接触。现对轻绳施以沿杆方向的水平恒力拉着b球和a球由静止向右运动,当b球刚从小孔离开电场时,撤去拉力,之后a球也恰好能离开电场。求运动过程中b球离开电场前和离开电场后(a球还在电场中)轻杆中的弹力之比。不计两球间库仑力,球视为点电荷。
正确答案
设两球质量各为,各受电场力大小为
,杆长为
,b球刚穿出时速度为
,两球加速时加速度大小为
,减速时加速度大小为
,b球离开前杆弹力大小为
,离开后弹力大小为
对a球 ①
对b球 ②
对整体 ③
加速过程 ④
减速过程 ⑤
联立解得 ⑥
评分标准:①~⑥每式2分 ,用动能定理解答的参照评分标准赋分
如图所示,光滑斜面倾角为37°,一带有正电的小物块质量为m,电荷量为q,置于斜面上,当沿水平方向加有如图所示的匀强电场时,带电小物块恰好静止在斜面上,从某时刻开始,电场强度变化为原来的,求:
(1)原来的电场强度的大小;
(2)物体运动的加速度;
(3)沿斜面下滑距离为L时,物体的速度的大小。(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
解:(1)
(2)
方向:沿斜在向下
(3)由动能定理:
(15分) 如图所示,四分之一圆轨道与水平轨道
相切,它们与另一水平轨道
在同一竖直面内,圆轨道
的半径R=0.45m,水平轨道
长
="3m,"
与
均光滑。一滑块从O点由静止释放,当滑块经过A点时,静止在CD上的小车在F=1.6N的水平恒力作用下启动,运动一段时间后撤去力F。当小车在CD上运动了
=3.28m时速度v=2.4m/s,此时滑块恰好落入小车中。已知小车质量M=0.2
,与CD间的动摩擦因数
=0.4。
(取g=10m/)求
(1)恒力F的作用时间t。
(2)与
的高度差h。
正确答案
(1)
(2)
(1)设小车在轨道CD上加速的距离为s,由动能定理得
①
设小车在轨道CD上做加速运动时的加速度为,由牛顿定律得
②
③
联立①②③式,代入数据得
④
(2)设小车在轨道上做加速度运动的末速度为
,撤去力
后小车做减速度运动时的加速度为
,减速时间为
,由牛顿定律得
⑤
⑥
⑦
该滑块的质量为,运动到
点的速度为
,由动能定理得
⑧
设滑块由点运动到
点的时间为
,由运动学公式得
⑨
设滑块做平抛运动的时间为,则
⑩
由平抛规律得
11
联立②④⑤⑥⑦⑧⑨⑩11式,代入数据得
12
在竖直平面内固定一轨道ABCO,AB段水平放置,长为4m;BCO段弯曲且光滑,轨道在O点的曲率半径为1.5m;一质量为1.0kg、可视为质点的圆环套在轨道上,圆环与轨道AB段间的动摩擦因数为0.5.建立如图所示的直角坐标系,圆环在沿x轴正方向的恒力F作用下,从A(7,2)点由静止开始运动,到达原点O时撤去恒力F,水平飞出后经过D(6,3)点.重力加速度g取10m/s2,不计空气阻力.求:
(1)圆环到达O点时对轨道的压力;
(2)恒力F的大小;
(3)圆环在AB段运动的时间.
正确答案
(1)园环从O到D过程中做平抛运动
x=v0t
y=gt2
读图知:x=6m、y=3m,代入上式解得v0=m/s
到达O点时:根据合力充当向心力
mg+FN=
代入数据,得FN=30N
根据牛顿第三定律得,对轨道的压力为30N,方向竖直向上.
(2)园环从A到O过程中,根据动能定理有
FxAO-μmgxAB-mgy=mv
代入数据,得F=10N
(3)园环从A到B过程中,根据牛顿第二定律有
F-μmg=ma
根据运动学公式有xAB=at2
代入数据,得时间t=s.
答:(1)圆环到达O点时对轨道的压力为30N;
(2)恒力F的大小为10N;
(3)圆环在AB段运动的时间为s.
如图,光滑水平面AB与竖直面的半圆形导轨在B点相连接,导轨半径为R,一质量为m的静止木块在A处压缩弹簧,释放后,木块获得一向右的初速度,当它经过B点进入导轨瞬间对导轨的压力是其重力的7倍,之后向上运动恰能通过轨道顶点C,不计空气阻力,试求:
(1)弹簧对木块所做的功;
(2)木块从B到C过程中克服摩擦力做的功;
(3)木块离开C点落回水平面所需的时间和落回水平面时的动能.
正确答案
(1)物体在B点时,做圆周运动,由牛顿第二定律可知:
T-mg=m
解得v=
从A到C由动能定理可得:
弹力对物块所做的功W=mv2=3mgR;
(2)物体在C点时由牛顿第二定律可知:
mg=m;
对BC过程由动能定理可得:
-2mgR-Wf=mv02-
mv2
解得物体克服摩擦力做功:
Wf=mgR.
(3)物体从C点到落地过程是平抛运动,根据平抛运动规律得:
木块离开C点落回水平面所需的时间t==2
物体从C点到落地过程,机械能守恒,则由机械能守恒定律可得:
2mgR=Ek-mv02
物块落地时的动能Ek=mgR.
答:(1)弹簧对木块所做的功是3mgR
(2)木块从B到C过程中克服摩擦力做的功是mgR.
(3)木块离开C点落回水平面所需的时间是2,落回水平面时的动能是
mgR.
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