- 机械能守恒定律
- 共29368题
如图所示,长为L=2m的木板A质量为M=2kg,A静止于足够长的光滑水平面上,小物块B(可视为质点)静止于A的左端,B的质量为m1=1kg,曲面与水平面相切于M点。现让另一小物块C(可视为质点)从光滑曲面上离水平面高h=3.6m处由静止滑下,C与A相碰后与A粘在一起,C的质量为m2=1kg,A与C相碰后,经一段时间B可刚好离开A,g=10m/s2。
求A、B之间的动摩擦因数μ。
正确答案
μ=0.15
设C滑至水平面的速度为V,有 (1分)
对C、A碰撞过程,设碰后共同速度为(2分)
,B恰好滑离A时与A有相同的速度,得为
。对A、C、B组成的
系统由动量守恒定律可得:,
(2分)
对A、B、C组成的系统由动能关系可得:
(2分)
μ=0.15 (2分)
本题考查动量守恒的应用,由动能定理求出C在最低点的速度,C与A碰撞过程中,B不参与碰撞,由此可求出碰撞后的速度,B恰好滑离A时与A有相同的速度,由动量守恒列式求解,系统损失的动能完全转化为克服摩擦力做功
(12分)一同学想设计一个轨道玩具,其设想是将一光滑的倾角为θ斜面轨道和一半径为r的光滑半圆弧轨道两轨道平滑无缝连接,半圆弧轨道最高点和最低点在同一竖直线上,在轨道连接处无能量损失,让一小球从斜面上某一位置由静止释放,沿斜面轨道和半圆弧轨道运动,经过圆弧的顶点水平抛出并垂直落在斜面上,如图所示,如果他的想法可行,则斜面倾角θ应满足什么条件?在满足条件的情况下,小球释放位置距斜面底端高h为?
正确答案
或
试题分析:设小球从圆弧顶点以速度抛出,经过时间秒垂直落在斜面上,斜面的倾角为
.如图所示
则: (1分)
(1分)
(1分)
(1分)
(1分)
(1分)
或
(1分)
即:
或
(1分)
所以,当斜面角满足
或
时,其设计是可行的.
当小球在斜面上运动到与圆弧顶端等高位置A点时,小球的速度为.
设此时小球下落高度为,根据动能定理,
(1分)
(1分)
所以,小球下滑的高度距斜面底端
或 (2分)
如图所示,轨道ABO在同一竖直平面内,由光滑水平轨道OB和倾角θ=30°、高度h=1m的倾斜轨道BA连接而成, OB与BA连接处是半径很小的圆弧,水平轨道上一轻质弹簧左端O固定在竖直的墙上,质量m=0.5kg的小物块从BA轨道上A点由静止开始下滑。已知物块与倾斜轨道间的动摩擦因数,重力加速度g=10m/s2,弹簧形变始终在弹性限度内.求:
(1)物块第一次在水平轨道上压缩弹簧运动到速度为零时,弹簧具有的弹性势能EP;
(2)物块在倾斜轨道上滑动的总路程s;
(3)物块第n次压缩弹簧后,沿倾斜轨道上升的最大高度hn.
正确答案
(1)(2)
(3)
试题分析:(1)物块从A点到第一次压缩弹簧速度为零过程,
由功能关系有: (1分)
解得: (1分)
(2)物块最终静止在水平轨道上,且弹簧形变量为零
由动能定理有: (2分)
解得: (1分)
(3)设物块第1、2、3……次压缩弹簧后,沿倾斜轨道上升的最大高度分别为h1、h2、h3……,则:
(1分)
…………
解得:、
、
……(1分)
则有: (1分)
点评:本题难度中等,处理此题时,应利用能量守恒或能量转化角度分析问题,注意重力做功与路径无关,摩擦力做功与路径有关
如图所示,半径R=0.9m的四分之一圆形光滑轨道竖直放置,圆弧最低点B与长为L=1m的水平面相切于B点,BC离地面高h=0.45m,C点与一倾角为θ=30°的光滑斜面连接,质量为m=1.0kg的小滑块从圆弧顶点D由静止释放,已知滑块与水平面间的动摩擦因数µ=0.1,取g=10m/s2.试求:
(1)小滑块刚到达圆弧的B点时对圆弧的压力?
(2)小滑块到达C点时的速度?
(3)通过计算说明小滑块离开C点后是直接落到地面上还是直接落到斜面上?
正确答案
(1)设小滑块运动到B点的速度为VB,由机械能守恒定律有:
mgR=
设轨道对滑块的支持力为N,由牛顿第二定律列方程得:
N-mg=
联立二式得,N=30N
由牛顿第三定律得,小滑块刚到达圆弧的B点时对圆弧的压力为N′=30N
(2)设小滑块运动到C点的速度为VC,由动能定理有:
mgR-µmgL=mVC2
解得小滑块在C点的速度:VC=4.0m/s
(3)小滑块平抛到地面的水平距离:S=VCt=VC=1.2m
斜面底宽d=hcotθ=0.78m
因为S>d,所以小滑块离开C点后直接落到地面上.
答:(1)小滑块刚到达圆弧的B点时对圆弧的压力为30N
(2)小滑块到达C点时的速度为4.0m/s
(3)通过计算可知小滑块离开C点后是直接落到地面上
2007年10月24日,我国成功地发射了“嫦娥一号”探月卫星。卫星进入地球轨道后还需要对卫星进行10次点火控制。前4次点火,让卫星不断变轨加速,当卫星加速到的速度时进入地月转移轨道向月球飞去。后6次点火的主要作用是修正飞行方向和被月球捕获时的紧急刹车,最终把卫星送入离月面h=200km高的工作轨道(可视为匀速圆周运动)。已知地球质量是月球质量的81倍,
,卫星质量为2350kg,地球表面重力加速度
,引力恒量
。(结果保留一位有效数字)求:
(1)地球的质量。
(2)卫星从离开地球轨道进入地月转移轨道最终稳定在离月球表面h=200km的工作轨道上外力对它做了多少功?(忽略地球自转及月球绕地球公转的影响)
正确答案
(1) (2)
试题分析:(1)根据,解得
;
(2)设卫星离月球200km轨道时的速度为v,由牛顿定律可知:,而
对卫星由动能定理可得 .
如图所示,半径R=0.40m的光滑半圆环轨道处于竖直平面内,半圆环与粗糙的水平地面相切于圆环的端点A,一质量为m=0.10kg的小球,以初速度v0=7.0m/s在水平地面上向左做加速度a=3.0m/s2的匀减速直线运动,运动4.0m后,冲上竖直半圆环,最后小球落在C点,求
(1)小球到达A点的速度;
(2)通过计算判断小球能否到达B点;
(3)若小球能到达B点,求A、C间的距离(取重力加速度g=10m/s2)。
若小球不能到达B点,为了使小球能从C点到达B点,小球在C点的初速度至少为多少?
正确答案
(1)vA=5m/s(2)能(3)1.2m
试题分析:(1) vA=5m/s (2分)
(2)物体恰好做圆周运动时在最高点B应满足
(1分)
假设物体能达到圆环的最高点B,由机械能守恒定律得
得
(2分)
∵vB>vB1 ∴小球能到达圆环的最高点B (1分)
(3)小球从B点做平抛运动
(2分)
点评:解决多过程问题首先要理清物理过程,然后根据物体受力情况确定物体运动过程中所遵循的物理规律进行求解;小球能否到达最高点,这是我们必须要进行判定的,因为只有如此才能确定小球在返回地面过程中所遵循的物理规律.
质量分别为=1kg和
=2kg的小球A、B相距L=16m,若A球处于静止,B球受到一个短时的冲量I=6Ns的作用后,沿AB连线向远离A球方向运动,假设A、B两球之间存在着相互作用的吸引力,大小恒力F=1.5N,讨论从B球开始运动到两球相撞的过程中,
(1)A、B两球相距最远的距离是多少?此时两球的速度各是多少?
(2)A、B两球相撞时,两球的速度各是多少?
正确答案
(1)18m ,两球的速度各是2m/s
(2)8m/s ,-1m/s
(18分)如图所示,长为L的不可伸长的绳子一端固定在O点,另一端系质量为m的小球,小球静止在光滑水平面上。现用大小为F水平恒力作用在另一质量为2m的物块上,使其从静止开始向右运动,一段时间后撤去该力,物块与小球发生正碰后速度大小变为原来的一半而速度方向不变,小球恰好能在竖直平面内做圆周运动。已知重力加速度为g,小球和物体均可视为质点,试求:
(1)小物块碰撞前速度V0的大小;
(2)碰撞过程中系统损失的机械能;
(3)恒力F作用时间。
正确答案
(1) (2)
(3)
试题分析:(1) 小球恰好能在竖直平面内做圆周运动,即通过最高点对轨道压力为0,此时设最高点速度为V,有,得出
,
小球从最低点摆到最高点过程,根据动能定理有解得小球最低点即碰后的速度
小物块和小球碰撞过程中,动量守恒定律 有
解得
(2)二者碰撞前的系统总动能为
碰撞后的动能为
碰撞前后只有动能发生了变化,因此损失的机械能
(3)物块在光滑的水平桌面上,有拉力F作用时做匀加速运动,加速度
力F撤去后在光滑的水平面做匀速运动,设加速时间为t则有
如图所示,高为h的斜面与水平面相交处是一段与它们都相切,长度可以忽略不计的小圆弧,一质量为m的小物块从斜面顶端由静止开始滑下,最后停在水平面的B点,若该物块从斜面顶端以初速度沿斜面滑下,最后停在水平面的C点,
,设该物块与水平面间的动摩擦因数相同,则物块在斜面上克服摩擦力所做的功是多大?
正确答案
(16分)如图所示,质量为的木板A静止在光滑水平面上,其右端与固定挡板相距
,内壁光滑的弹射器利用压缩弹簧把质量为
的物块B(视为质点)水平向右弹射出去,B弹出后从A左端的上表面水平滑入,之后立刻拿走弹射器。已知A足够长,B不会从A表面滑出,A与挡板的碰撞无机械能损失;弹射器弹簧储存的弹性势能为
,重力加速度为
,不计空气阻力。
(1)B从A左端的上表面水平滑入时的初速度大小
(2)若A与挡板碰撞前,A、B已相对静止,求A碰撞挡板前的速度
(3)若A与挡板只发生一次碰撞,求A、B之间的动摩擦因数满足的条件。
正确答案
(1) (2)
(3)
试题分析:(1)由能量守恒: (2分)
得: (2分)
(2)由动量守恒: (2分)
所以, (2分)
(3)设A与挡板碰前瞬间,A的速度为,B的速度为
由动量守恒: (2分)
要A与挡板只发生一次碰撞,则: (2分)
由动能定理: (2分)
解得: (2分)
如图,一质量为m=10kg的物体,由1/4圆弧轨道上端从静止开始下滑,到达底端时的速度v=3m/s,然后沿水平面向右滑动1m距离后停止。已知轨道半径R=0.5m,则:
(1)物体沿圆弧轨道下滑过程中克服摩擦力做多少功;
(2)物体滑至圆弧底端时对轨道的压力是多大;
(3)物体与水平面间的动摩擦因数μ是多少。
正确答案
(1)5J(2)280N(3)0.45
试题分析:(1)从开始下滑到底端这一过程由动能定理可得
(2分)
(2分)
∴克服摩擦力做功5J
(2)以物体为研究对象,分析最底端的受力如图
∵物体作圆周运动
∴ (2分)
(1分)
由牛顿第三定律可得压力与支持力大小相等即压力大小为280N。 (1分)
(3)从底端到静止这一过程(只有摩擦力做功)由动能定理得
(2分)
即:
(2分)
点评:本题难度中等,在最低点,也属于圆周运动的一部分,不能错误的认为支持力等于重力,而是支持力与重力的合力提供向心力
如图所示,在工厂的流水线上安装有水平传送带,用水平传送带传送工件,可大大提高工作效率.水平传送带以恒定的速率v=2m/s运送质量为m=0.5kg的工件,工件都是以v0=1m/s的初速度从A位置滑上传送带,工件与传送带之间的动摩擦因数μ=0.2,每当前一个工件在传送带上停止相对滑动时,后一个工件立即滑上传送带,取g=10m/s2,求:
(1)工件滑上传送带后经多长时间停止相对滑动;
(2)在正常运行状态下传送带上相邻工件间的距离;
(3)在传送带上摩擦力对每个工件做的功;
(4)每个工件与传送带之间的摩擦产生的内能.
正确答案
(1)0.5s;(2)1m;(3)0.75J;(4)0.25J
(1)工件的加速度a=μg=2m/s2
工件相对传送带静止所需的时间
(2)在t=0.5s内传送带相对地的位移即是正常运行状态下传送带上相邻工件间的距离
s=vt=2×0.5m=1m
(3)由动能定理得
(4)工件对地位移m
则工件相对传送带的位移大小△s=s-s′=0.25m
产生的摩擦热Q=μmg△s=0.2×0.5×10×0.25J=0.25J
物体从高出地面H处由静止自由落下,不考虑空气阻力,落至地面进入沙坑h停止,求物体在沙坑中受到的平均阻力与重力之比为______.
正确答案
对整个过程运用动能定理得:
mg△h-h=0-0
解得:=
故答案为:
如图所示的凹形场地,两端是半径为L=的光滑1/4圆弧面,中间长为2L的粗糙水平面.质量为3m的滑块乙开始停在水平面的中点O处,质量为m的滑块甲从光滑圆弧面顶端A处无初速度滑下,进入水平面内与乙发生碰撞,碰后甲以碰前一半的速度反弹.已知甲、乙与水平面的动摩擦因数分别为μ1=0.2、μ2=0.1,甲、乙的体积大小忽略不计.g=10 m/s2.求:
(1)甲与乙碰撞前的速度.
(2)碰后瞬间乙的速度.
(3)甲、乙在O处发生碰撞后,请判断能否发生第二次碰撞?并通过计算确定甲、乙最后停止所在的位置.
正确答案
(1)4m/s(2) (3)甲停在B点, 乙滑停在O点
试题分析:(1)设甲到达O处与乙碰撞前的速度为v甲,由动能定理:
得:
(2)设碰撞后甲、乙的速度分别为v甲′、v乙′,由动量守恒:
又:
得:
(3)判断依据:
甲:
,甲停在B点
乙:
,乙滑上圆弧面再滑下最后停在O点,与甲不能再次相碰
点评:对于多过程运动,动能定理是一种比较好的解决方法
质量为10g的子弹,以300m/s的速度水平射入厚度是5cm的固定木板,射穿后的子弹速度是100m/s,则子弹在射穿木板的过程中所受的平均阻力是______N,接着子弹能否射穿第二块同样厚度的固定木板?______(填“能”或“不能”).
正确答案
根据动能定理得,-fd=mv22-
mv12,解得f=8000N.
当子弹速度减为零,根据动能定理得,-fs=0-mv12,解得s=0.05625m=5.625cm<10cm,知不能穿过第二块相同厚度的木板.
故答案为:8000 不能
扫码查看完整答案与解析