- 机械能守恒定律
- 共29368题
在一个匀强电场中有A、B、C三点,AB长 为5cm,AC为3cm,BC为4cm,如图所示,电场强度方向平行于纸面,电子在电场力 作用下由C运动到A,动能减少120eV,质子在电场力作用下由C运动至B,动能增加120eV,求该匀强电场的大小和方向.
正确答案
据题,C、A间电势差为UCA==
=
=120V,C、B间电势差为UCB=
=
=120V,那么,
AB两点电势相等,AB为一条等势线.根据电场线与等势线的关系,作出电场线方向如图.
图中D是AB上一点,则CD间电势差等于CA间电势差,即UCD=UCA=120V
据题,AB长为5cm,AC为3cm,BC为4cm,由几何知识得到,∠A=53°,=
sin53°=2.4cm=2.4×10-2m
电场强度E==
V/m=5000V/m
答:该匀强电场的大小为50V/m,方向垂直于AB向上,如图.
如图所示,长木板A上右端有一物块B,它们一起在光滑的水平面上向左做匀速运动,速度
v0=2.0m/s.木板左侧有一个与木板A等高的固定物体c.已知长木板A的质量为mA=1.0kg,物块B的质量为mB=3.0kg,物块B与木板A间的动摩擦因数μ=0.5,取g=10m/s2.
(1)若木板A足够长,A与C第一次碰撞后,A立即与C粘在一起,求物块曰在木板A上滑行的距离工应是多少;
(2)若木板A足够长,A与C发生碰撞后弹回(碰撞时间极短,没有机械能损失),求第一次碰撞后A、B具有共同运动的速度;
(3)若木板A长为0.51m,且A与C每次碰撞均无机械能损失,求A与C碰撞几次,B可脱离A?
正确答案
(1)A与C碰撞后速度变为0,而B继续运动,受摩擦力作用速度由V0减到0,由动能定理得:
-μmBgL=0-mB V02
得 L=0.40m
(2)若A与C碰撞后速度仍为V0,方向相反;以AB为研究对象,设公共速度v,
水平方向不受外力动量守恒,设向左为正方向:
mBV0-mAV0=(mA+mB)v
代入数据得v=1.0m/s,方向水平向左.
(3)第一次A与C碰撞后,A、B有共同的速度V′,B相对A滑行的距离L1,则:
μmAg L1=mAV02+
mBV02-
(mA+mB) V′2
代入数据得L1=0.40m;
第二次A、C碰撞后至AB有公共速度V′′,B在A上滑行L2,则:
mBv′-mAv′=(mA+mB)V′′
μmAg L2=mAV′2+
mBV′2-
(mA+mB) v′′2
得L2=0.10m
设第三次AC碰撞后,AB有公共速度V′′′,B在A上滑行L3,则:
mBV′′-mAV′′=(mA+mB)V′′′
μmAgL3=mAV′′2+
mBV′′2-
(mA+mB)V′′′2
代入数据得L3=0.025m
由L1+L2+L30.525m>0.51m 得第三次碰撞后B可脱离A.
答:(1)物块B在木板A上滑行的距离 0.4m
(2)第一次碰撞后A、B具有共同运动的速度1.0m/s,方向水平向左.
(3)A与C碰撞3次.
(12分)如图所示,小物块A在粗糙水平面上做直线运动,经距离时与另一小物块B发生碰撞并粘在一起以速度v飞离桌面,最终落在水平地面上。已知
=5.0m,s=0.9m,A、B质量相等且m=0.10kg,物块与桌面间的动摩擦因数µ=0.45,桌面高h=0.45m。不计空气阻力,重力加速度g=10m/s2。
求: (1)A、B一起平抛的初速度v;
(2)小物块A的初速度v0。
正确答案
3.0m/s 9m/s
试题分析:(1)两木块离开桌面后做平抛运动,设在空中飞行的时间为t
根据平抛运动规律有:
(2分)
s=v t (2分)
代入数据解得: (2分)
(2) A在桌面上滑行过程,由动能定理得:
(2分)
A、B碰撞过程,由动量守恒定律:
(2分)
联立得: (2分)
滑板项目是极限运动历史的鼻祖,许多的极限运动项目均由滑板项目延伸而来。50年代末60年代初由冲浪运动演变而成的滑板运动,在而今已成为流行运动。 将滑板运动简化成如图所示,AB和CD是一段圆弧形轨道,BC是一段长7m的水平轨道.一运动员从AB轨道上P点以6m/s的速度下滑,经BC轨道后冲上CD轨道,到Q点时速度减为零.已知运动员的质量50kg,h=1.4m,H=1.8m,不计圆弧轨道上的摩擦。(g=10m/s2)求:
(1)运动员第一次经过B点时的速度是多少?
(2)运动员与BC轨道的动摩擦因数?
(3)运动员最后停在BC轨道上距B为多少米处?
正确答案
(1);(2)
;(3)2m
试题分析: (1)运动员从P点滑至B点时,由动能定理有 (2分)
解得运动员在B点时的速度 (2分)
(2)运动员由P滑至D过程中,由动能定理有 (2分)
解得运动员与BC间的动摩擦因数 (2分)
(3)设运动员在BC面上滑行的路程为s,从P点开始运动到最后停止,
由能量守恒有 (2分)
解得 s = 16m (1分)
所以最后停止的位置距离B点为2m (1分)
质量为m的小球A以速率v0向右运动时跟静止的小球B发生碰撞,碰后A球以的速率反向弹回,而B球以
的速率向右运动,求:
(1)小球B的质量mB是多大?
(2)碰撞过程中,小球B对小球A做功W是多大?
正确答案
(1)(2)
试题分析:(1)小球AB碰撞过程动量守恒,选向右为正方向
(3分)
解得: (1分)
(2)据动能定理,碰撞过程只有B对A做功,选小球A为研究对象
(3分)
计算的 (1分)
(14分)如图所示,A、B为两块平行金属板,A板带正电、B板带负电。两板之间存在着匀强电场,两板间距为d、电势差为U,在B板上开有两个间距为L的小孔。C、D为两块同心半圆形金属板,圆心都在贴近B板的处,C板带正电、D板带负电。两板间的距离很近,两板末端的中心线正对着B板上的小孔,两板间的电场强度可认为大小处处相等,方向都指向
。半圆形金属板两端与B板的间隙可忽略不计。现从正对B板小孔紧靠A板的O处由静止释放一个质量为m、电量为q的带正电微粒(微粒的重力不计)。试问:
⑴微粒穿过B板小孔时的速度为多大?
⑵为了使微粒能在CD板间运动而不碰板,CD板间的电场强度应为多大?
⑶从释放微粒开始计时,经过多长时间微粒通过半圆形金属板间的最低点P点?
正确答案
(1)(2)
(3)
,
试题分析:⑴设微粒穿过B板小孔时的速度为v,根据动能定理,有
解得
⑵微粒进入半圆形金属板后,电场力提供向心力,有
联立⑴、⑵,得
⑶微粒从释放开始经t1射出B板的小孔,则
设微粒在半圆形金属板间运动经过t2第一次到达最低点P点,则
所以从释放微粒开始,经过微粒第一次到达P点;
根据运动的对称性,易知再经过微粒再一次经过P点;
所以经过时间,
时微粒经过P点。
点评:本题考察了动能定理、并且巧妙的设计了靠电场力提供向心力。通过运动对称性得知粒子有多次回到P点的可能,从而分析本题的多解可能。
如图所示,一质量为m的物块放在水平地面上,现在对物块施加一个大小为F的水平恒力,使物块从静止开始向右移动距离x后立即撤去F.物块与水平地面间的动摩擦因数为μ.
求:(1)撤去F时,物块的速度大小;
(2)撤去F后,物块还能滑行多远;
正确答案
(1) (2)
x
试题分析: (1)设撤去F时物块的速度大小为v,
由动能定理,得:(F-μmg)x=mv2
所以v= (5分)
(2)设撤去F后物块还能滑行的距离为x′,从静止到物块停下的过程中,运用动能定理有:(F-μmg)x-μmgx′=0
解得x′= x. (5分)
考点分析:动能定理
总结评价:本题主要是考察了动能定理的使用。作为高中物理非常重要的一个知识点,要清楚合外力对物体做功将使得物体的动能发生变化。动能定理是适用范围广,不需要考虑中间诸多衔接过程,尤其适用于变力作功,如果条件允许,应优先考虑使用动能定理求解。
在农村人们盖房打地基叫打夯.夯锤的结构如图所示,参加打夯的共有5人,四个人分别握住夯锤的一个把手,一个人负责喊号,喊号人一声号子,四个人同时向上用力将夯锤提起,号音一落四人同时松手,夯锤落至地面将地基砸实.某次打夯时,设夯锤的质量为80kg,将夯锤提起时,每个人都对夯锤施加竖直向上的力,大小均为250N,力的持续时间为0.6s,然后松手,夯锤落地时将地面砸出2cm深的一个凹痕.求:⑴夯锤能够上升的最大高度?⑵夯锤落地时对地面的平均作用力为多大?(g=10m/s2)
正确答案
(1) (2) N=2.33×104N
⑴设每个人对夯锤施加的力用F表示,根据牛顿第二定律有: ……⑴
施力过程中夯锤上升的高度为h1,松手时夯锤获得的速度为v,松手后夯锤能上升的高度为h2,夯锤能上升的最大高度为h,根据运动规律有: ………⑵
…⑶
⑷
⑸
代入数值后可解得: ⑹
⑵设夯锤与地面撞击的过程中,地面对夯锤的平均作用力为N,研究夯锤从最高点至落到地面的过程,应用动能定理可得: ⑺
将Δh=0.02及第⑴问所得结果代入上式可得: N=2.33×104N ⑻
根据牛顿第三定律,此即等于夯锤对地面的平均作用力.
质量m=2kg的物体,从竖直平面内光滑弧形轨道AB的A点由静止开始沿轨道滑下,并进入足够长的粗糙的水平轨道BC,如图所示.已知:A点距水平轨道BC的高度h=0.8m,物体与水平轨道BC间的动摩擦因数μ=0.2,重力加速度g=10m/s2,求
(1)物体滑至B点时的速度
(2)物体最后停下的位置与B点间的距离x.
正确答案
(1)物体从弧形轨道下滑过程中,
由动能定理可得:mgh=mv2-0,
解得v==
=4m/s;
(2)在整个运动过程中,
由动能定理可得:
mgh-μmgx=0-0,
即:2×10×0.8-0.2×2×10x=0-0,
解得:x=4m;
答:(1)物体滑至B点时的速度为4m/s.
(2)物体最后停下的位置与B点间的距离为4m.
长为L的轻绳一端固定在O点,另一端栓一质量为m的小球,将小球拉到最高点A点,以v0=(
gL
2
)12 的水平速度推出,求小球经过最低点时绳子的拉力大小?(分别用动能定理和机械能守恒定律两种方法解题)
正确答案
根据mg=m,则在最高点做圆周运动的最小速度vmin=
.
v0<vmin,所以小球先做平抛运动,绳子拉直后做圆周运动.
设小球做平抛运动水平位移为x时,绳子拉直.
则平抛运动的时间t=,平抛运动的竖直位移y=
gt2=
g
,
根据勾股定理,有x2+(L-y)2=L2,
将v0=代入,
解得x=L.
知平抛运动的末位置正好与圆心在同一水平线上.
此时竖直分速度vy=.
水平分速度不变,将水平分速度和竖直分速度沿半径方向和垂直于半径方向分解,
由于绳子绷紧,沿半径方向的速度立即消失,只剩下垂直于半径方向的速度,
此时的速度v=vy=.
方法一:根据动能定理得,mgL=mv′2-
mv2,解得v′2=4gL
根据牛顿第二定律得,F-mg=m,解得F=5mg.
方法二:根据机械能守恒定律,mv 2+mgL=
mv′2
解得v′2=4gL
根据牛顿第二定律得,F-mg=m,解得F=5mg.
故小球经过最低点时绳子的拉力大小为5mg.
如图所示,某空间有一竖直向下的匀强电场,电场强度E=1.0×102V/m,一块足够大的接地金属板水平放置在匀强电场中,在金属板的正上方高度h=0.80m的a处有一粒子源,盒内粒子以v0=2.0×102m/s的初速度向水平面以下的各个方向均匀释放质量为m=2.0×10-15kg,电荷量为q=+10-12C的带电粒子,粒子最终落在金属板b上.若不计粒子重力,求:(结果保留两位有效数字)dysz
(1)粒子源所在处a点的电势;
(2)带电粒子打在金属板上时的动能;
(3)从粒子源射出的粒子打在金属板上的范围(所形成的面积);若使带电粒子打在金属板上的范围减小,可以通过改变哪些物理量来实现?
正确答案
如图所示,质量为m=5×10-8 kg的带电粒子以v0=2m/s的速度从水平放置的平行金属板A、B中央飞入电场,已知板长L=10cm,板间距离d=2cm,当A、B间加电压UAB=103 V时,带电粒子恰好沿直线穿过电场(设此时A板电势高).求:
(1)带电粒子的电性和所带电荷量;
(2)A、B间所加电压在什么范围内带电粒子能从板间飞出?
正确答案
(1)当UAB=103 V时,粒子做直线运动,
则有:q=mg,
解得:q==10-11 C,
且带负电.
(2)当电压UAB比较大时,即qE>mg,粒子向上偏,
-mg=ma1
当刚好能从上板边缘飞出时,
有:y=a1t2=
a1(
)2=
解得,U1=1800V
当电压UAB比较小时,即qE<mg,粒子向下偏,
设刚好能从下板边缘飞出,
有:mg-=ma2
y=a2t2=
解之得U2=200 V.
则要使粒子能从板间飞出,A、B间所加电压的范围为
200 V≤UAB≤1800 V.
答:(1)带电粒子的电性:负电和所带电荷量10-11 C;
(2)A、B间所加电压在200 V≤UAB≤1800 V范围内带电粒子能从板间飞出.
如图所示,一质量为m的物体以某一速度冲上一个倾角为30° 的斜面,其运动的加速度为.这个物体在斜面上上升的最大高度为h,求在这个过程中:
(1)物体的重力势能变化了多少?
(2)物体的动能变化了多少?
(3)物体克服滑动摩擦力做了多少功?
正确答案
(1)由于物体的高度增大h,其重力势能增加了mgh;
(2)根据动能定理得:△Ek=-ma•=-m•
g•2h=-
mgh
即物体的动能减少了;
(3)由于机械能等于重力势能与动能之和,则由上两题得
机械能减少量为-mgh=
物体克服滑动摩擦力做功等于机械能的减少量,则得物体克服滑动摩擦力做功为.
答:
(1)物体的重力势能增加了mgh;
(2)物体的动能减少了;
(3)物体克服滑动摩擦力做功为.
如图所示,斜面倾角为37°,静止滑下,物体与平面、斜面间的动摩擦因数均为0.3.求该物体下滑后将在距斜面底端多远处停止?(g=10m/s2)
正确答案
物体从静止到停止受力如图
由动能定理有:
mgh-f1s1-f2s2=0-0=0
f1=μmgcos37°
f2=μmg,
其中 s1=5m
解得:s2=6m.
答:该物体下滑后将在距斜面底端6m处停止.
如图所示,半径为R=0.45m的光滑的1/4圆弧轨道AB与粗糙平面BC相连,质量m=2kg的物块由静止开始从A点滑下经B点进入粗糙水平面,受到的阻力是物重的0.2倍.试求:
(1)物块经B点时的速度大小v;
(2)物体沿水平面运动过程中克服摩擦力做多少功?
(3)物块经B点后在BC平面滑行的最大距离s.
正确答案
(1)对AB段运用动能定理得,mgR=mvB2,解得vB=
=3m/s.
(2)对BC段运用动能定理得,-Wf=0-mvB2.
解得Wf=mvB2=
×2×9J=9J.
(3)根据Wf=fs,解得s==
=
m=2.25m.
答:(1)物块经B点时的速度大小为3m/s.
(2)物体沿水平面运动过程中克服摩擦力做了9J的功.
(3)物块经B点后在BC平面滑行的最大距离为2.25m.
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