- 机械能守恒定律
- 共29368题
(1) 下列说法中正确的是:
E.光电效应实验揭示了光的粒子性,康普顿效应揭示了光的波动性
F.在光的单缝衍射实验中,狭缝变窄,衍射条纹变宽
(2) 如图所示,光滑的水平地面上有一木板,其左端放有一重物,右方有一竖直的墙。重物质量为木板质量的2倍,重物与木板间的动摩擦因数为。使木板与重物以共同的速度v0向右运动,某时刻木板与墙发生弹性碰撞,碰撞时间极短。求木板从第一次与墙碰撞到再次碰撞所经历的时间。设木板足够长,重物始终在木板上。重力加速度为g。
正确答案
(1)BCF
(3)设折射角为γ,折射定律;几何关系 l=" 2d" tanγ;,解得:
(2)木板第一次与墙碰撞后,向左匀减速直线运动,直到静止,再反向向右匀加速直线运动直到与重物有共同速度,再往后是匀速直线运动,直到第二次撞墙。
木板第一次与墙碰撞后,重物与木板相互作用直到有共同速度,动量守恒,有:
,解得:
木板在第一个过程中,用动量定理,有:
用动能定理,有:
木板在第二个过程中,匀速直线运动,有:
木板从第一次与墙碰撞到再次碰撞所经历的时间t=t1+t2=+
=
略
如图19所示,水平地面上静止放置着物块B和C,相距=1.0m。物块A以速度
=10m/s沿水平方向与B正碰。碰撞后A和B牢固地粘在一起向右运动,并再与C发生正碰,碰后瞬间C的速度
=2.0m/s。已知A和B的质量均为m,C的质量为A质量的k倍,物块与地面的动摩擦因数
=0.45。(设碰撞时间很短,g取10m/s2)
(1)计算与C碰撞前瞬间AB的速度;
(2)根据AB与C的碰撞过程分析k的取值范围,并讨论与C碰撞后AB的可能运动方向。
正确答案
⑴设AB碰撞后的速度为v1,AB碰撞过程由动量守恒定律得 2分
设与C碰撞前瞬间AB的速度为v2,由动能定理得
-------2分
联立以上各式解得------1分
⑵若AB与C发生完全非弹性碰撞,由动量守恒定律得
------1分
代入数据解得 ------1分 此
时AB的运动方向与C相
同
若AB与C发生弹性碰撞,由动量守恒和能量守恒得
-------2分 联立以上两式解得
代入数据解得 ----------1分 此时AB的运动方向与C相反
若AB与C发生碰撞后AB的速度为0,由动量守恒定律得 -------1分
代入数据解得--------1分
总上所述得 当
时,AB的运动方向与C相同-------1分
当时,AB的速度为0 -----------1分
当时,AB的运动方向与C相反-
略
如图19所示,水平地面上静止放置着物块B和C,相距=1.0m。物块A以速度
=10m/s沿水平方向与B正碰。碰撞后A和B牢固地粘在一起向右运动,并再与C发生正碰,碰后瞬间C的速度
=2.0m/s。已知A和B的质量均为m,C的质量为A质量的k倍,物块与地面的动摩擦因数
=0.45。(设碰撞时间很短,g取10m/s2)
(1)计算与C碰撞前瞬间AB的速度;
(2)根据AB与C的碰撞过程分析k的取值范围,并讨论与C碰撞后AB的可能运动方向。
正确答案
⑴设AB碰撞后的速度为v1,AB碰撞过程由动量守恒定律得 2分
设与C碰撞前瞬间AB的速度为v2,由动能定理得
-------2分
联立以上各式解得------1分
⑵若AB与C发生完全非弹性碰撞,由动量守恒定律得
------1分
代入数据解得 ------1分 此
时AB的运动方向与C相
同
若AB与C发生弹性碰撞,由动量守恒和能量守恒得
-------2分 联立以上两式解得
代入数据解得 ----------1分 此时AB的运动方向与C相反
若AB与C发生碰撞后AB的速度为0,由动量守恒定律得 -------1分
代入数据解得--------1分
总上所述得 当
时,AB的运动方向与C相同-------1分
当时,AB的速度为0 -----------1分
当时,AB的运动方向与C相反-
略
质量为3×106kg的列车,在恒定的额定功率下沿平直的轨道从静止开始出发,在运动过程中受到的阻力大小恒定,经过103s后速度达到最大行驶速度20m/s.此时司机发现前方4km处的轨道旁山体塌方,便立即紧急刹车,这时所附加的制动力为9×104N,结果列车正好到达轨道毁坏处停下,求:
(1)列车在行驶过程中所受的阻力大小;
(2)列车的总行程.
正确答案
(1)
(2)14km.
(1)……①
(2)……②
……③
km ∴
km.
如图所示,倾角为30°的直角三角形底边长为2l,底边外在水平位置,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的带正电荷q从斜面顶端A沿斜面滑下(始终不脱离斜面),已测得它滑到仍在斜边上的垂足D处的速度为v,加速度为a,方向沿斜面向下,问该质点滑到斜边底端C点时的速度和加速度各为多少?
正确答案
由题,BD⊥AC,O点是BC的中点,根据几何知识得到B、C、D三点在以O为圆心的同一圆周上,三点在点电荷Q产生的电场中是等势点,所以,q由D到C的过程中电场中电场力作功为零.
由动能定理得:mgh=m
-
mv2
而h=sin600=
,vC=
质点在D点受三个力的作用;电场F,方向由O指向D点;重力mg,方向竖直向下;支持力N,方向垂直于斜面向上.由牛顿第二定律,有
mgsin30°-Fcos30°=ma…①
质点在C受三个力的作用;电场F,方向由O指向C点;重力mg,方向竖直向下;支持力N,方向垂直于斜面向上.由牛顿第二定律,有
mgsin30°+Fcos30°=maC…②
由①②得,aC=g-a
答:质点滑到斜边底端C点时的速度和加速度各为、g-a.
(19分)某健身游戏过程可简化为以下物理模型。在平静的水面上,有一长L=12m的木船,木船右端固定一直立桅杆,木船和桅杆的总质量m1=200kg,质量为m2=50kg的人立于木船左端,开始时木船与人均静止,若人匀加速向右奔跑(没有打滑)到右端并立即抱住桅杆,经历的时间是t=2s,船运动中受到水的阻力是船(包括人)总重的0.1倍,g取10m/s2,求:从人起跑到抱住桅杆之前的过程中。
(1)在图中画出人的受力示意图;
(2)船的位移大小;
(3)人至少要做多少功。
正确答案
(1)(2)
(3)
(1)人受到重力、支持力和水平向右的摩擦力 ①(3分)
(2)此过程人和船都是做初速度为零的匀加速直线运动,设人和船之间的静摩擦力大小为f,船受到的阻力系数为k,船和人的加速度大小分别为a1和a2,船和人的位移大小分别为s1和s2,则有
对船分析有: ②(2分)
③(2分)
对人分析有 ④(2分)
⑤(2分)
依题意有: ⑥(2分)
联立以上方程并代入数据可得
即船的位移大小为0.4m ⑦(2分)
(3)根据能量守恒,此过程中人至少所做的功应包括人和船动能的增加及此过程中船克服阻力所做的功。
人和船动能的增加 ⑧(1分)
船克服阻力所做的功 ⑨(1分)
⑩(1分)
代入数据得 ⑾(1分)
一个质量m=" 6" kg的物体,受到水平方向的拉力F=10N,如图所示,从静止开始在水平地面上移动的距离s= 2m,物体与地面间的滑动摩擦力f= 4N,求:
(1)拉力和摩擦力对物体所做的功;
(2)合外力对物体所做的功;
(3)在此过程中物体获得的速度大小。
正确答案
(1)Wf = -8J(2)W合 ="12" J (3)v =" 2" m/s
解:(1)物体受力如图所示:
WF = Fs (2分)
代入数据得:WF = 20J (1分)
Wf = -fs (2分)
代入数据得:Wf = -8J (1分)
(2)物体所受合外力为:
F合= F-f (1分)
合外力所做的功为:W合 = F合s (1分)
代入数据得:W合 ="12" J (1分)
(3)在此过程中由动能定理可得:
W合 = (2分)
代入数据解得:v =" 2" m/s (1分)
说明:画了受力分析图给2分,没画受力分析图不扣分。
本题考查了力与功能的关系,比较基础,先画出受力分析图,根据功的定义可求解,一点要注意正负功,合外力做的功等于分力做功的代数和,最后一问根据动能定理可求出。
(16分)如图所示,一小球从斜轨道的某高度处自由滑下,然后沿竖直圆轨道的内侧运动。已知圆轨道的半径为R,重力加速度为g.
(1)要使小球能通过圆轨道的最高点,小球在圆轨道最高点时的速度至少为多大?
(2)如果忽略摩擦阻力,要使小球能通过圆轨道的最高点,小球的初位置必须比圆轨道最低点高出多少?
正确答案
(1)
(2)h=5R/2
(1)在圆轨道的最高点,由牛顿第二定律有
mg=m 得 v=
要使小球能通过圆轨道的最高点,小球在轨道最高点时的速度至少为
(2)设小球的初位置比圆轨道最低点高出h时,小球刚好能通过圆轨道最高点,由机械能守恒定律有mg(h-2R)= mv2解得 h=5R/2
从高H处由静止释放一球,它在运动过程中受大小不变的阻力f。若小球质量为m,碰地过程中无能量损失,求(1)小球第一次碰地后反弹的高度是多少?(2)小球从释放直至停止弹跳的总路程为多少?
正确答案
(1)(2)
试题分析:(1)根据动能定理可得: (2分) 得
(2分)
(2)根据动能定理可得:(3分) 得
(2分)
点评:运用动能定理解题,关键是合适地选择研究的过程,判断有哪些力做功,根据动能定理列表达式,有时研究过程选择的好,解题会更方便.
如图,竖直放置的斜面AB的下端与光滑的圆弧轨道BCD的B端相切,C为圆弧最低点,圆弧半径为R,圆心O与A、D在同一水平面上,
∠COB=30°.现有一个质量为m的小物体从A点无初速滑下,已知小物体与斜面间的动摩擦因数为μ,求:
(1)小物体在斜面上滑行的总路程;
(2)小物体通过C点时,对C点的最大压力和最小压力.
正确答案
分析:(1)由几何知识得知,斜面的倾角等于.物体从A点无初速度滑下后,由于克服摩擦力做功,物体在斜面上运动时机械能不断减小,到达的最大高度越来越小,最终在BE圆弧上来回运动,到达B点的速度为零.物体在斜面上运动时摩擦力大小为
,总是做负功,滑动摩擦力做的总功与总路程成正比,根据动能定理求解总路程.
(2)当物体第一次经过C点时,速度最大,对C点的压力最大,当最后稳定后,物体在BE之间运动时,经过C点时速度最小,物体对C点的压力最小,根据动能定理求出最大速度和最小速度,再由牛顿运动定律求解最大压力和最小压力.
解答::(1)设物体在斜面上滑行的总路程为S.对物体从A到B(或E)的过程,应用动能定理得
解得
(2)当物体第一次经过C点时,速度最大,设为.由几何知识得到,AB的长度为
对A到C过程,由动能定理得:
设轨道对物体的支持力,由牛顿第二定律得
联立解得
当最后稳定后,物体在BE之间运动时,设物体经过C点的速度为,由动能定理得
设轨道对物体的支持力F2,由牛顿第二定律得
联立解得:
由牛顿第三定律可知,物体对C点的最大压力为,最小压力为
答案:(1)小物体在斜面上滑行的总路程是
(2)小物体通过C点时,对C点的最大压力为,最小压力为
点评:本题是动能定理与牛顿运动定律的综合应用,关键是分析物体的运动过程,抓住滑动摩擦力做功与路程有关这一特点.
(12分)如图,竖直放置的斜面AB的下端与光滑的圆弧轨道BCD的B端相切,C为圆弧最低点,圆弧半径为R,圆心O与A、D在同一水平面上,∠COB=30°。现有一个质量为m的小物体从A点无初速滑下,已知小物体与斜面间的动摩擦因数为m,
求:(1)小物体在斜面上滑行的总路程;
(2)小物体通过C点时,对C点的最大压力和最小压力。
正确答案
(1)s=
(2)最大压力和最小压力3(1-µ)mg和
解:
(1)小物体最终将在以过圆心的半径两侧q范围内运动,由动能定理得
mgRcosq-mmgscosq="0 " (2分)
解得:s= (1分)
(2)小物体第一次到达最低点时对C点的压力最大;
(1分)
由动能定理得: (2分)
解得:Nm=mg(3-2µcosqctgq)= 3(1-µ)mg (2分)
当小物体最后在BCE(E在C点左侧与B等高)圆弧上运动时,通过C点时对轨道压力最小.
Nn-mg = m (1分)
mgR(1-cosq) =(2分)
解得:N n=" mg" (3-2cosq)= (1分)
如图所示,半径为r的绝缘细圆环的环面固定在竖直平面上,AB为水平直径的两个端点。水平向右、场强大小为E的匀强电场与环面平行。一电量为+q、质量为m的小球穿在环上(不计摩擦)。若小球经A点时,速度vA(大小未知)的方向恰与电场垂直,且圆环与小球间无力的作用。已知此小球可沿圆环作完整的圆周运动,试计算:
(1)速度vA的大小。
(2)小球运动到与A点对称的B点时,对环的作用力。
(3)小球运动经过圆周最低点时,对环的作用力。
正确答案
(1)在A点,小球在水平方向只受电场力作用,根据牛顿第二定律得:
所以小球在A点的速度。
(2)在小球从A到B的过程中,根据动能定理,电场力做的正功等于小球动能的增加量,即 ,
小球在B点时,根据牛顿第二定律,在水平方向有
解以上两式,小球在B点对环的水平作用力为:。
(3)3mg+3qE
略
如图所示,质量为1kg的物块放在粗糙的水平地面上,物块与地面间动摩擦因数μ=0.1。物块左侧连接弹簧,弹簧另一端固定在竖直墙上,构成一个弹簧振子。现在把物块拉至平衡位置右侧10cm处作为初始位置,把物块从初始位置由静止释放。当物块第一次通过平衡位置左侧5cm处时的速度v=1m/s。g取10m/。求
(1)这一过程中物块动能的变化量。
(2)这一过程,弹簧弹力所做的功。
正确答案
(1)0.5J (2)0.65J
如图所示,带正电的小球套在绝缘的长直杆上,球与杆之间的动摩擦因素为μ,匀强电场水平向右,将杆与竖直线分别成不同角度固定放置,让小球由静止释放后都沿杆运动距离s,当杆与竖直线的夹角为θ时,小球获得的末动能最大为E.现将杆竖直固定放置,为使小球由静止释放后获得的动能与前面的动能E相等,小球运动的距离应是多少?
正确答案
1/(cosθ-μsinθ)
动能最大有:Wf=0 mgscosθ+Eqssinθ=Ek
竖直时:mg-μEq
=Ek Eq=mgtanθ 联立解得:
=1/(cosθ-μsinθ)
设光滑水平面上有一质量为m的物体,初速度为v1,在与运动方相同的恒力F的作用下,发生一段位移s,速度变为v2,如图所示。
(1)试利用牛顿第二定律和运动学规律推导出F做功与物体动能变化间的关系。
(2)若已知m=2kg,v1=10m/s,F=100N, s=3m,求末速度v2大小。
正确答案
(1)W=m
-
m
(2)v2=20m/s
(1)在这一过程中,外力所做的功:W=Fs ①
根据牛顿第二定律有:F=ma ②
又由运动学公式:s=(-
)/2a ③
由①②③可解得:Fs=m
-
m
即:W=
m
-
m
(2)解之得:v2=20m/s
本题考查功的计算和牛顿运动定律的应用,对于恒力做功直接根据 W=Fs去求,由动能定理可求出功和末速度
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