- 机械能守恒定律
- 共29368题
(12分)一个水平方向足够长的传送带以恒定的速度3 m/s沿顺时针方向转动,传送带右端固定着一个光滑曲面,并且与曲面相切,如图所示.小物块从曲面上高为h的P点由静止滑下,滑到传送带上继续向左运动,物块没有从左边滑离传送带。已知传送带与物体之间的动摩擦因数μ=0.2,不计物块滑过曲面与传送带交接处的能量损失,g取10 m/s2。
(1)若h1="1.25" m,求物块返回曲面时上升的最大高度。
(2)若h2="0.2" m,求物块返回曲面时上升的最大高度。
正确答案
(1)0.45m (2)0.2m
试题分析:(1)设物块滑到下端的速度为v1,由动能定理得
解得v1="5" m/s>3 m/s
所以物块先减速到速度为零后,又返回去加速运动,当两者的速度相同时,以共同的速度v="3" m/s一起匀速,直到滑上曲面.
由动能定理得物块上升的高度
(2)设物块滑到下端的速度为v2,由动能定理得解得v2="2" m/s<3 m/s
所以物块先减速到速度为零后,又返回去加速运动,又返回曲面时,速度仍为v2="2" m/s,然后滑上曲面,物块上升的高度
如图所示,在竖直平面内固定着半径为R的半圆形轨道,小球B静止在轨道的最低点,小球A从轨道右端正上方3.5R处由静止自由落下,沿圆弧切线进入轨道后,与小球B发生弹性碰撞。碰撞后B球上升的最高点C,圆心O与C的连线与竖直方向的夹角为60°。若两球均可视为质点,不计一切摩擦,求A、B两球的质量之比mA:mB。
正确答案
1:5
试题分析:小球A从高处静止下落至轨道的最低点,由机械能守恒定律
小球A与小球B发生弹性碰撞,由动量守恒定律和能量守恒定律
B球上升到最高点C,由机械能守恒定律
联立解得
如图所示,水平桌面上放置一个质量m=1kg的小木块,若用木棒击打木块使木块获得水平方向的初速度v0,木块沿桌面滑出左端边沿,落在水平地面上的D点。已知木块的初速度v0=20m/s,桌面距地面的高度H=3.2m,木块落地的位置距桌面左端边沿的水平距离x=4.8m,忽略空气阻力,取重力加速度g=10m/s2。求:
(1)木块落到地面时的速度大小;
(2)木块离开桌面时的动能;
(3)木块在桌面上滑行过程中克服摩擦力所做的功。
正确答案
(1)10m/s(2)18J(3)182J
试题分析:(1)木块离开桌面后做平抛运动,设运动时间为t,根据自由落体公式
木块做平抛运动的时间 =0.8s
木块落地时沿水平方向的分速度 vx=="6.0" m/s
木块落地时沿竖直方向的分速度 vy=gt=8.0 m/s
木块落到地面时的速度大小 =10.0 m/s
(2)根据动能公式,得木块离开桌面时的动能
=18 J
(3)根据动能定理
=-182 J
故木块在桌面上滑行过程中克服摩擦力所做的功为182 J
如图所示,质量为m带电量为+q的小滑块以大小为v0的初速度从A点进入宽度为d的AB绝缘水平面。当滑块运动至中点C时,速度大小为,从此刻起在AB区域内加上一个水平向左的强度不变的有界匀强电场(区域外不存在电场)。若小滑块受到的电场力与滑动摩擦力大小相等,则滑块离开AB区域时的速度 ,要使小滑块在AB区域内运动的时间达到最长,电场强度应为 。(设最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力)
正确答案
,
试题分析:设滑块所受滑动摩擦力大小为f,则滑块从A点运动至C点过程,由动能定理得----①
假设最后滑块从B点离开AB区域,则滑块从C点运动至B点过程,由动能定理得------②
将和和
代入解得
-------③
由于滑块运动至B点时还有动能,因此滑块从B点离开AB区域,速度大小为,方向水平向右.
要使小滑块在AB区域内运动的时间到达最长,必须使滑块运动至B点停下,然后再向左加速运动,最后从A点离开AB区域.滑块从C点运动至B点过程,由动能定理得------④
由①④两式可得电场强度-----------⑤
点评:解题的重点在于能否理解物体的运动过程,能正确的选择合适的过程建立动能定理表达式.
(16分)如图所示,水平轨道AB与位于竖直面内半径为R的半圆形光滑轨道BCD相连,半圆形轨道的直径BD与AB垂直,水平轨道上有一质量m=1.0kg可看作质点的小滑块,滑块与水平 轨道间的动摩擦因数μ=0.5.现使滑块从水平轨道上某点静止起出发,在水平向右的恒力F作用下运动,到达水平轨道的末端B点时撤去外力F,小滑块继续沿半圆形轨道运动;恰好能通过轨道最高点D,滑块脱离半圆形轨道后又刚好落到其出发点,g取10m/s2.
(1)当R=0.90m时,求其出发点到B点之间的距离x及滑块经过B点进入圆形轨道时对轨道的压力大小;
(2)小明同学认为:若半圆形光滑轨道BCD的半径R取不同数值,仍要使物体恰好能通过D点飞离圆轨道并刚好落回其对应的出发点,恒定外力F的大小也应随之改变。你是否同意他的观点,若同意,求出F与R的关系式;若不同意,请通过计算说明。
正确答案
略
如图所示,固定斜面倾角为θ,整个斜面分为AB、BC两段,且2AB=BC。小物块P(可视为质点)与AB、BC两段斜面之间的动摩擦因数分别为、
。已知P由静止开始从A点释放,恰好能滑动到C点而停下,则
=_______。
正确答案
试题分析:A点释放,恰好能滑动到C点,物块受重力、支持力、滑动摩擦力.设斜面AC长为L,
运用动能定理研究A点释放,恰好能滑动到C点而停下,列出等式:
mgLsinθ-μ1mgcosθ×L-μ2mgcosθ×
L=0-0=0
解得:
如图所示,一光滑的半圆形轨道处于竖直平面内,并和一粗糙的斜面相接,其半径大小为R=0.4m,直径BC在竖直方向上,一小物体放在斜面上的A点,离水平面高度为h=3m,小物体与斜面之间的动摩擦因数为μ=0.5,斜面倾角θ=37o。已知sin37o=0.6,cos37o=0.8,重力加速度g=10m/s2,现在把小物体从静止开始自由释放,求:
(1)小物体运动到斜面底端B点时速度的大小?
(2)证明小物体可以沿半圆形轨道运动到最高点C;
(3)小物体离开半圆轨道后第一次落到斜面上时,其速度v的大小。
正确答案
(1)4.5m/s(2)2m/s(3)3.2m/s
试题分析:(1)根据动能定理: ①
又: ②
③
解得: ④
(2)小物体在C点,有: ⑤
当N=0时,Vc有最小值,可得: ⑥
从B到C,由机械能守恒,可得: ⑦
解得:Vc=2(m/s) ⑧
(3)设落到斜面时水平位移为S,下落高度为h,由动能定理:
⑨
又: ⑩
⑾
联立可得: ⑿
点评:在使用动能定理解决多过程问题时,可给我们解题带来很大的方便,但是关键需要判断清楚各个过程中力的做功情况以及过程的始末状态
如图所示,在绝缘水平面上,相距为的
、
两点处分别固定着两个等量正电荷,a、b是
连线上两点,其中
=
=
,
为
连线中点。一质量为
带电量为+
的小滑块(可视为质点)以初动能
从a点出发,沿
直线向b点运动,其中小滑块第一次经过
点时的动能为初动能的
倍(
>1),到达b点时动能恰好为零,小滑块最终停在
点,求
(1)小滑块与水平面间的动摩擦因数;
(2)两点间的电势差
;
(3)小滑块运动的总路程s.,
正确答案
(1) (2)
(3)
(1) 由图可知,并且,
(1). 小滑块第一次从a点运动到b点时电场力做功为零,根据动能定理:
,故
(2) 小滑块第一次从点运动到b点时,根据动能定理:
, 所以
(3) 从小滑块开始运动到停止在点,根据动能定理有:
结合以上各式解得:
本题考查动能定理的应用,因为O点电势为零,所以a点和b点电势相同,小滑块第一次从a点运动到b点时电场力做功为零,根据动能定理列式求解,当物体从O到b的运动过程中由动能定理列式求解,注意n的使用
(09·重庆·23)2009年中国女子冰壶队首次获得了世界锦标赛冠军,这引起了人们对冰壶运动的关注。冰壶在水平冰面上的一次滑行可简化为如下过程:如题23图,运动员将静止于O点的冰壶(视为质点)沿直线推到A点放手,此后冰壶沿
滑行,最后停于C点。已知冰面各冰壶间的动摩擦因数为,冰壶质量为m,AC=L,
=r,重力加速度为g
(1)求冰壶在A 点的速率;
(2)求冰壶从O点到A点的运动过程中受到的冲量大小;
(3)若将段冰面与冰壶间的动摩擦因数减小为
,原只能滑到C点的冰壶能停于
点,求A点与B点之间的距离。
正确答案
(1)(2)
(3)
(1)由,得
(2)由,将
代入得
(3)由,将
代入得
分)如图所示,空间存在着强度E=方向竖直向上的匀强电场,在电场内一长为
的绝缘细线,一端固定在O点,一端拴着质量m、电荷量q的小球.现将细线拉直到水平位置,使小球由静止释放,当小球运动最高点时细线受到的拉力恰好达到它能承受的最大值而断裂.求:
(1)小球运动最高点时的速度;
(2)细线能承受的最大拉力;
(3)从断线开始计时,在t=时刻小球与O点的距离。
正确答案
(1);(2)6mg;(3)
试题分析:
(1)设小球运动到最高点时速度为v,只有重力和电场力做功,弹力不做功。对该过程由动能定理有,
① (2分)
解得 (1分)
(2)在最高点,小球受三个力作用,重力,电场力和细线的拉力,由向心力公式得,
②(2分)
解得,T=6mg(1分)
(2)小球在细线断裂后,带电小球做类平抛运动,合力竖直向上的,在竖直方向的加速度设为a,则
③(2分)
小球在t时刻
(1分)
(1分)
小球与O点的距离
(2分)
如图所示,水平桌面右端固定一光滑定滑轮,O点到定滑轮的距离s=0.5m,当用竖直向下的力将质量m=0.2kg的木块A按住不动时,质量M=0.3kg的重物B刚好与地面接触(对地面无压力),木块与桌面间的动摩擦因数为0.5.然后将木块A拉到P点,OP间的距离为h=0.5m,待B稳定后由静止释放,g取10m/s2.求:
(1)木块A按住不动时所受摩擦力;
(2)木块A由静止释放后运动到O点时的速度大小;
(3)通过计算说明木块A是否会撞到定滑轮?若不会撞上请求出最终木块A停在距定滑轮多远的地方;若会撞上,请定性说出两种避免撞上的解决方案.
正确答案
(1)3N(2)2m/s(3)A停在距定滑轮0.1m处
试题分析:(1)木块A按住不动时所受摩擦力为静摩擦力,由平衡条件得
(2分)
方向水平向左 (1分)
(2)在B下落至地面前,据动能定理,有, (3分)
(2分)
(3)在B落地后,A运动到停下来,据动能定理,有 (2分)
<0.5m (2分)
所以木块A不会撞到定滑轮 (1分)
最终木块A停在距定滑轮0.1m处. (1分)
点评:在使用动能定理分析题目时,需要注意物体在各个过程中初末状态,以及各个力做功情况
如图所示,在足够长的光滑绝缘水平直线轨道上方h高度的P点,固定电荷量为+Q的点电荷.一质量为m、带电荷量为+q的物块(可视为质点),从轨道上的A点以初速度v0沿轨道向右运动,当运动到P点正下方B点时速度为v.已知点电荷产生的电场在A点的电势为φ(取无穷远处电势为零),PA连线与水平轨道的夹角为60°,试求:
(1)物块在A点时受到的轨道的支持力大小.
(2)点电荷+Q产生的电场在B点的电势大小.
正确答案
(1) (2)
试题分析:
(1)根据受力分析则即
(2)根据动能定理则,且
,因此
点评:此类题型解题过程并不复杂,主要是对题目信息的提取是关键。通过动能定理比较容易得到结果
如图7—10所示,倾角为30°的直角三角形底边长为2L,底边处在水平位置,斜边为光滑绝缘导轨。现在底边中点O处固定一正电荷Q,让一个质量为m带正电的点电荷q从斜面顶端A沿斜边滑下,(整个运动过程中始终不脱离斜面)已测得它滑到斜边上的垂足D处时速度为v,加速度为a,方向沿斜面向下,试求该质点滑到斜边底端C点时的速度和加速度各为多大?
正确答案
1)(2)
1)由图可知,,△BOD为等边三角形,可见B、C、D在同一个以O为圆心的圆周上,即点电荷Q的等势面上,故电荷q从O到C,电场力不做功,从D→C由动能定理
,h=Bdsin60°Bcsin30°
。
(2)设点电荷Q在D、C产生磁场场强为正,又设q在D点受力分析,产生加速度a,由牛顿第二定律F=mgsin30°-qEcos30°=ma,q在C点:得:
本题考查动能定理,由D到c时应用动能定理列公式求解,设点电荷Q在D、C产生磁场场强为正,又设q在D点受力分析,根据牛顿第二定律列式求解
(17分)从粒子源不断发射相同的带电粒子,初速可忽略不计,这些粒子经电场加速后,从M孔以平行于MN方向进入一个边长为d的正方形的磁场区域MNQP,如图14所示,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外,其中PQ的中点S开有小孔,外侧紧贴PQ放置一块荧光屏。当把加速电压调节为U时,这些粒子刚好经过孔S打在荧光屏上,不计粒子的重力和粒子间的相互作用。请说明粒子的电性并求出粒子的比荷()
正确答案
解:粒子在磁场中运动轨迹如答图2所示,
其中O为轨迹的圆心。由于受力沿MP边,粒子带正电。(2分)
粒子在电场中加速,由动能定理有:
解得:①(3分)
粒子进入磁场中做圆周运动,由洛伦兹力提供向心力得:
解得
②(3分)
又由轨迹图,在ΔOSP中有:解得
③(5分)
将③与①式代入②解得:。(4分)
应用动能定理求出带电粒子经电场加速后的速度,画出带电粒子在磁场中运动轨迹图,利用洛伦兹力提供向心力和图中几何关系列方程解答。
一颗质量为5.0×10-2 kg的子弹,离开枪口时的速度为500m/s,该枪枪管长1m,子弹离开枪口时的动能为______J,开枪时火药燃烧产生的气体对子弹的平均作用力为______N.
正确答案
子弹的动能Ek=mv2=
×5×10-2×5002=6.25×103J.
根据动能定理得,Fs=mv2,解得F=6.25×103N.
故答案为:6.25×103 6.25×103
扫码查看完整答案与解析