- 机械能守恒定律
- 共29368题
如图所示,光滑斜面的底端 a与一块质量均匀、水平放置的平板光滑连接,平板长为 2L,L=1m,其中心C固定在高为R的竖直支架上,R=1m,支架的下端与垂直于纸面的固定转轴O连接,因此平板可绕转轴O沿顺时针方向翻转.求:
(1)在斜面上离平板高度为h0处放置一滑块A,使其由静止滑下,滑块与平板间的滑动摩擦系数μ=0.2,为使平板不翻转,h0最大为多少?
(2)如果斜面上的滑块离平板的高度为h1=0.45m,并在h1处先后由静止释放两块质量相同的滑块A、B,时间间隔为△t=0.2s,则B滑块滑上平板后多少时间,平板恰好翻转.
正确答案
(1)根据动能定理,得μmgR=mgx,
可得x=0.2m,
又μmg(L-x)R=mgh0,
得h0=0.16m
(2)动能定理可得,mgh1=m0v2
得v0==3m/s,
A的位移,SA=v0(t+△t)-
B的位移,SB=v0t-,
则有,2μmgR=mg(1-SA)+mg(1-SB)
得t1=2.6s(不合),t2=0.2s
答:(1)在斜面上离平板高度为h0处放置一滑块A,使其由静止滑下,滑块与平板间的滑动摩擦系数μ=0.2,为使平板不翻转,h0最大为0.16 m;
(2)如果斜面上的滑块离平板的高度为h1=0.45m,并在h1处先后由静止释放两块质量相同的滑块A、B,时间间隔为△t=0.2s,则B滑块滑上平板后0.2s时间,平板恰好翻转.
如图是简化后的跳台滑雪的雪道示意图,整个雪道由倾斜的助滑雪道AB和着陆雪道DE,以及水平的起跳平台CD组成,AB与CD圆滑连接.运动员由助滑雪道AB上由静止开始,在重力作用下滑到D点水平飞出,不计飞行中的空气阻力,经2s在水平方向飞行了60m,落在着陆雪道DE上,已知从B点到D点运动员的速度大小不变,(g=10m/s2),则
(1)若不计摩擦阻力,求运动员在AB段下滑过程中下降的高度.
(2)若运动员的质量为60Kg,在AB段下降的实际高度是50m,其他条件不变,求运动员克服阻力做的功.
正确答案
(1)运动员从D点飞出时的水平速度,v==30m/s
下滑过程中机械能守恒,有mgh=mv2
下降的高度h==45m
(2)由动能定理,mgH-Wf=mv2
则运动员克服阻力做功Wf=3000J
答:(1)若不计摩擦阻力,运动员在AB段下滑过程中下降的高度为45m.
(2)若运动员的质量为60Kg,在AB段下降的实际高度是50m,其他条件不变,则运动员克服阻力做的功为3000J.
质量为1kg的物体以某一初速度在水平面上滑行,由于摩擦阻力的作用,其动能随位移变化的图像如图所示,g取10m/s2,则物体与水平面间的动摩擦因数为___________,物体在水平面上滑行的时间为___________。
正确答案
0.25,4s
如图所示,摩托车做特技表演时,以某一速度冲向高台,然后从高台以=10m/s的速度水平飞出。人和车的总质量
=1.8×102 kg,台高
=5m,
取10 m/s2。
(1)求人和摩托车从高台飞出时的动能。
(2诺不计空气阻力,求车落地前瞬间的速度。
(3)若落地前瞬间的速度仍然是10m/s,求从高台飞出到落地过程中空气阻力做的功。
正确答案
(1)(2)
,设落地前瞬间速度的方向与水平面的夹角为θ=45°(3)
试题分析:根据速度求出动能,根据动能定理研究摩托车和人落地的速度,空气阻力做的功。(1)
(2)根据动能定理有
代入数据可得:
设落地前瞬间速度的方向与水平面的夹角为θ,则
θ=45°
(3)根据动能定理有
点评:选取研究过程,运用动能定理解题.动能定理的优点在于适用任何运动包括曲线运动.
一个质量m=0.1g的小滑块,带有q=5×10-4C的电荷放置在倾角 α=30°光滑斜面上(绝缘),斜面置于B=0.5T的匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向里,如图所示,小滑块由静止开始沿斜面滑下,其斜面足够长,小滑块滑至某一位置时,要离开斜面。(g=10m/s2)求:
(1)小滑块带何种电荷?
(2)小滑块离开斜面的瞬时速度多大?
(3)该斜面的长度至少多长?
正确答案
(1)负电荷 (2)3.4m/s (3)
试题分析:(1)小滑块沿斜面下滑过程中,受重力mg、斜面支持力和洛伦兹力F。若要小滑块离开斜面,洛伦兹力F方向应垂直斜面向上,根据左手定则可知,小滑块应带有负电荷。
(2)小滑块沿斜面下滑时,垂直斜面方向的合外力为零,有
当 =0时,小滑块开始脱离斜面,此时,
,得
m/s
m/s≈3.4m/s.
(3)下滑过程中,只有重力做功,由动能定理得
="1.2" m
斜面的长度至少应是s ="1.2" m。
点评:本题学生能熟练运用左手定则、动能定理去分析问题,可画出小滑块的受力示意图,据图求解问题。
某兴趣小组在探究物体动能大小实验时,让一物体在恒定合外力作用下由静止开始沿直线运动,记录下速度、时间、位置等实验数据,然后分别作出动能Ek随时间变化和动能Ek随位置变化的两个图线,但横坐标没有标出,请你判断物体动能随位置变化的图线应是图____;若图甲中OA连线的斜率为p,图乙中直线的斜率为q,则物体在A点所对应的瞬时速度的大小为____。
正确答案
乙,
(16分)如图,水平桌面固定着光滑斜槽,光滑斜槽的末端和一水平木板平滑连接,设物块通过衔接处时速率没有改变。质量m1=0.40kg的物块A从斜槽上端距水平木板高度h=0. 80m处下滑,并与放在水平木板左端的质量m2=0.20kg的物块B相碰,相碰后物块B滑行x=4.0m到木板的C点停止运动,物块A滑到木板的D点停止运动。已知物块B与木板间的动摩擦因数=0.20,重力加速度g=10m/s2 ,求:
(1) 物块A沿斜槽滑下与物块B碰撞前瞬间的速度大小;
(2) 滑动摩擦力对物块B做的功;
(3) 物块A与物块B碰撞过程中损失的机械能。
正确答案
(1)v0=4.0m/s(2)W=-1.6J(3)E=0.80J
试题分析:此题是综合性比较强的试题,试题难度中等,学生需要分析清楚每一段的运动过程,逐段求解。
(1)设物块A滑到斜面低端与物块B碰撞前时的速度大小为v0,根据机械能守恒定律有
2分
解得:v0=4.0m/s 2分
(2)设物块B受到的滑动摩擦力为f,摩擦力做功为W,B在水平面上做匀减速直线运动,则
f=µm2g 2分
W=-µm2gx 2分
解得:W=-1.6J 1分
(3)设物块A与物块B碰撞后的速度为v1,物块B受到碰撞后的速度为v,碰撞损失的机械能为E,根据动能定理,B物块运动到C的过程中有
-µm2g x=0-m2v2 1分
解得:v="4.0m/s"
AB系统碰撞瞬间动量守恒,
1分
解得:v1=2.0m/s 1分
再由AB系统能量守恒列出方程有
2分
解得:E=0.80J 2分
(10分)如图16所示,圆管构成的半圆形竖直轨道固定在水平地面上,轨道半径为R,MN为直径且与水平面垂直,直径略小于圆管内径的小球A以某一初速度冲进轨道,到达半圆轨道最高点M后飞出轨道,落地点到N点的距离为4R.忽略圆管内径,不计空气阻力及各处摩擦,已知重力加速度为g.求:
(1)小球从飞出轨道到落地的时间t.
(2)小球从M点飞出时的速度大小v.
(3)小球在轨道最高点M时对轨道的压力F.
正确答案
(1)(2)
(3)
(1)球飞出轨道后做平抛运动,竖直方向分运动为自由落体运动,有
即得
(2)飞出轨道后做平抛运动,水平方向分运动为匀速直线运动,有4R=vt
小球从M点飞出时的速度大小为
(3)根据牛顿第二定律,在N点对小球有
解得
对轨道的压力,方向竖直向下
本题考查平抛运动和圆周运动,从M点飞出后做平抛运动,竖直方向自由落体运动,可求得运动时间,在N点由支持力和重力的合力提供向心力,列式求解
(2010·四川卷)25.(20分)如图所示,空间有场强的竖直向下的匀强电场,长
的不可伸长的轻绳一端固定于O点,另一端系一质量
的不带电小球
,拉起小球至绳水平后,无初速释放。另一电荷量
、质量与
相同的小球
,以速度
水平抛出,经时间
与小球
与
点下方一足够大的平板相遇。不计空气阻力,小球均可视为质点,取
。
(1)求碰撞前瞬间小球的速度。
(2)若小球经过路
到达平板,此时速度恰好为0,求所加的恒力。
(3)若施加恒力后,保持平板垂直于纸面且与水平面的夹角不变,在点下方面任意改变平板位置,小球
均能与平板正碰,求出所有满足条件的恒力。
正确答案
(1)(2)
α=30°(3)
(其中0≤β<120°)
(1)P做抛物线运动,竖直方向的加速度为
在D点的竖直速度为
P碰前的速度为
(2)设在D点轻绳与竖直方向的夹角为,由于P与A迎面正碰,则P与A速度方向相反,所以P的速度与水平方向的夹角为
有
,
=30°
对A到达D点的过程中根据动能定理
化简并解得
P与A迎面正碰结合为C,根据动量守恒得
解得 m/s
小球C经过s速度变为0,一定做匀减速运动,根据位移推论式
m/s2
设恒力F与竖直方向的夹角为α,如图,根据牛顿第二定律
给以上二式带入数据得
解得 α=30°
(3)平板足够大,如果将平板放置到无限远根据题意也能相碰,此时小球C必须匀速或加速不能减速,所以满足条件的恒力在竖直线与C的速度线之间,设恒力与竖直方向的夹角为β,则 0≤β<120°
在垂直速度的方向上,恒力的分力与重力和电场力的分力等大反向,有
则满足条件的恒力为
(其中0≤β<120°)
“探究功与物体动能变化的关系”的实验如图所示,当小车在一条橡皮筋作用下弹出时,橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时,使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致.每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出.
(1)除了图中已有的实验器材外,还需要导线、开关、__________(填测量工具)和________电源(填“交流”或“直流”).
(2)若木板水平放置,小车在两条橡皮筋作用下运动,当小车的速度最大时,关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置,下列说法正确的是________.
正确答案
(毫米)刻度尺 ; 交流 ; B
(1)测量位移需要毫米刻度尺,打点计时器需要交流电源
(2)若木板水平,当加速度等零时,速度最大,此时拉力和摩擦力平衡,所以橡皮筋仍处于伸长状态,小车未过两个铁钉的连线,故选B
如图所示,AB和CD为两个对称斜面,其上部足够长,下部分分别与一个光滑的圆弧面的两端相切,圆弧圆心角为120°,半径R=2.0m,一个质量为m=1㎏的物体在离弧高度为h=3.0m处,以初速度v0=4.0m/s沿斜面运动,若物体与两斜面间的动摩擦因数μ=0.2,重力加速度g=10m/s2,求:
(1)以圆弧最低点为参考面,物体释放后最终机械能的大小;
(2)物体释放后,在圆弧最低点对圆弧面的最小压力大小;
(3)物体释放后,在斜面上(不包括圆弧部分)走过路程的最大值。
正确答案
(1)物体最终在圆弧上往返运动,机械能E=mgR(1-cos60°)=10J。
(2)物体最终在圆弧上运动时,圆弧所受压力最小。由动能定理得 mgR(1-cos60°) =mv2/2
由牛顿第二定律得Nmin-mg=mv2/R 解得Nmin=20N。
(3)物体在两斜面上来回运动时,克服摩擦力所做的功Wf=μmg cos60°Smax
物体从开始直到不再在斜面上运动的过程中mgh-Wf=0-mv02/2 解得Smax=38m。
略
如图1所示,轻弹簧一端固定在与斜面垂直的挡板上,另一端点在O位置.质量为m的物块A(可视为质点)以初速度v0从距O点为x0的P点沿斜面向下运动,与弹簧接触后压缩弹簧,将弹簧右端压到O′点位置后,A又被弹簧弹回.A离开弹簧后,恰好回到P点.物块A与斜面间的动摩擦因数为μ,斜面倾角为37°.求:
(1)O点和O′点间的距离x1.
(2)如图2若将另一个与A完全相同的物块B(可视为质点)与弹簧右端拴接,将A与B并排在一起,使弹簧仍压缩到O′点位置,然后从静止释放,A、B共同滑行一段距离后分离.分离后物块A沿斜面向上滑行的最大距离x2是多少?
正确答案
(1)A从向下运动到再次返回到P的过程,根据动能定理有:
2μmg(x0+x1)=mv02
解得:x1=-x0
(2)A从O′到P过程设弹簧弹力做功为W,根据动能定理有:
W-μmg(x0+x1)cosθ-mgsinθ(x0+x1)=0
A、B将在弹簧原长处分离,设此时共同速度为v,根据动能定理有:W-2μmgx1cosθ-2mgx1sinθ=2mv12
分离后对A有:μmgx2cosθ+mgx2sinθ=mv12
联立以上各式可得:x2=x0-.
答:(1)O点和O′点间的距离x1=-x0.
(2)分离后物块A沿斜面向上滑行的最大距离x2是x2=x0-.
一质量为m的小滑块带正电,电荷量为q,与绝缘水平面间的动摩擦因数为μ.空间存在水平向右的匀强电场,电场强度为E.小滑块从C点由静止释放沿直线向D点运动,C、D两点间的距离为S,滑块的带电量不变,重力加速度g.
(1)求滑块运动到D点时的速度大小v;
(2)在该空间再加一垂直纸面向里的水平匀强磁场,磁感应强度为B,若滑块从C点由静止释放,运动到D点时恰好离开水平面,求离开水平面时的速度大小υ1和此过程中摩擦力对滑块所做的功W.
正确答案
(1)从C到D过程中,由动能定理得:
qES-μmgS=mv2-0,
解得:v=;
(2)当洛伦兹力等于滑块重力时,滑块开始离开水平面,
由平衡条件得,qBv1=mg,解得v1=,
从C到D过程中,由动能定理得:qES+W=mv12-0,
解得:W=-qES;
答:(1)求滑块运动到D点时的速度大小为.
(2)滑块离开水平面时的速度大小为,
此过程中摩擦力对滑块所做的功-qES.
如图所示为摩托车特技比赛用的部分赛道,由一段倾斜坡道AB与竖直圆形轨道BCD衔接而成,衔接处平滑过渡且长度不计.已知坡道的倾角θ=11.5°,圆形轨道的半径R=10m,摩托车及选手的总质量m=250kg,摩托车在坡道行驶时所受阻力为其重力的0.1倍.摩托车从坡道上的A点由静止开始向下行驶,A与圆形轨道最低点B之间的竖直距离h=5m,发动机在斜坡上产生的牵引力F=2750N,到达B点后摩托车关闭发动机.已知sin11.5°=,g取10m/s2,求:
(1)摩托车在AB坡道上运动的加速度;
(2)摩托车运动到圆轨道最低点时对轨道的压力;
(3)若运动到C点时恰好不脱离轨道,求摩托车在BC之间克服摩擦力做的功.
正确答案
(1)由受力分析与牛顿第二定律可知
F+mgsinθ-kmg=ma
代入数字解得a=12m/s2
(2)设摩托车到达B点时的速度为v1,由运动学公式可得
=
,由此可得v1=10
m/s
在B点由牛顿第二定律可知
FN-mg=m
轨道对摩托车的支持力为FN=1.75×104N
则摩擦车对轨道的压力为1.75×104N
(3)摩托车恰好不脱离轨道时,在最高点速度为v2
由牛顿第二定律得mg=m
从B点到C点,由动能定理得-mg2R-Wf=m
-
m
由此可解得Wf=1.25×104J
答:(1)摩托车在AB坡道上运动的加速度为12m/s2.
(2)摩托车运动到圆轨道最低点时对轨道的压力为1.75×104 N
(3)摩托车在BC之间克服摩擦力做的功为1.25×104 J.
如图所示,与水平地面夹角为锐角的斜面底端A向上有三个等间距点B、C和D,即AB=BC=CD.小滑块P以初速度vo从A出发,沿斜面向上运动,先设置斜面与滑块间处处无摩擦,则滑块到达D位置刚好停下,而后下滑.若设置斜面AB部分与滑块间处处有相同的摩擦,其余部位与滑块间仍无摩擦,则滑块上行到C位置刚好停下,而后下滑.
问:(1)滑块下滑到B位置时速度大小为多少?
(2)回到A端时速度大小为多?
正确答案
(1)设AB=BC=CD=x,斜面的倾角为θ;物体在第一种情况下运动到D,只有重力做功,得:
-mg•3xsinθ=0-m
①
物体在第二种情况下运动到C,重力与摩擦力做功,得:
-mg•2xsinθ-f•x=0-m
②
比较两式得:f=mgsinθ ③
C到B的过程中:mg•xsinθ=mv2-0 ④
联立①④得:v=v0
(2)由于f=mgsinθ,滑块从B向A滑动的过程中,沿斜面的方向摩擦力与重力沿斜面向下的分量大小相等,方向相反,所以物体做匀速直线运动,速度保持不变.
答:(1)滑块下滑到B位置时速度大小为v0;(2)回到A端时速度大小仍然是
v0.
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