- 机械能守恒定律
- 共29368题
如图所示,质量均为m的四个物体分别在拉力F1、F2、F3、F4作用下以相同的加速度向右匀加速运动,若A中水平面光滑,B、C、D中物体与水平面摩擦因数相同,且对水平面都有压力,则物体在通过相同位移的过程中,四个图中拉力做功最多的是( )
正确答案
解析
解:根据题意,质量均为m的四个物体分别在拉力F1、F2、F3、F4作用下以相同的加速度向右匀加速运动,即4个物体运动情况全相同,动能增加量相同,位移也相同;
根据动能定理,有:WF-Wf=;
由于B图摩擦力最大,故克服摩擦力做功Wf最大,拉力做功最大;
故选B.
如图所示,摆球质量为m,悬线的长为L,把悬线拉到水平位置后放手.设在摆球运动过程中空气阻力F阻的大小不变,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、如图所示,重力在整个运动过程中始终不变,小球在重力方向上的位移为在竖直方向上的投影,所以G=.故A正确
B、因为拉力T在运动过程中始终与运动方向垂直,故不做功,即T=0.故B正确
阻所做的总功等于每个小弧段上阻所做功的代数和,即阻=-(阻△1+阻△2+…)=-阻π.故C错误,D正确;
故选:ABD
如图所示,滑块以速率v1沿固定斜面由底端向上滑行,至某-位置后返回,回到出发点时的速率变为v2,且v2<v1,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、因为v2<v1,说明物体受到滑动摩擦力,摩擦力方向与物体运动方向相反,所以物体一直克服摩擦力做功,其机械能一直减小.故A错误.
B、设斜面的长度为L,上滑与下滑所用时间分别为t1和t2.则:
L=,L=
因为v2<v1,则得t2>t1,即下滑时间较长,故B错误.
C、由于摩擦力做负功,机械能减小,所以经过同一位置时,上滑与下滑的速率不相等,下滑的速率较大,故C错误.
D、设物体的质量为m,动摩擦因数为μ,斜面的长度为L,倾角为α,则上滑过程中摩擦力做功为Wf=-μmgcosα•L,下滑过程中摩擦力做功为Wf=-μmgcosα•L,可见,在上滑和下滑两过程中,摩擦力做功相等.故D正确.
故选:D.
如图所示为水平传送带装置的示意图,绷紧的传送带始终保持3.0m/s的恒定速率运行,传送带的水平部分AB距离水平地面的高度h=0.45m.现有一煤块(可视为质点)由A端被传送到B端,并被水平抛出,不计空气阻力,取g=10m/s2.
(1)若煤块从B端水平抛出时的速度v=3.0m/s,求它在空中运动的时间和飞行的水平距离;
(2)在(1)中情况下,煤块落地时的速度大小为多少?若煤块质量为0.2kg,求从A端由静止开始被加速后,摩擦力对煤块所做的功;
(3)若煤块以v0=1.0m/s的初速度从A端向右滑行,煤块与传送带间的动摩擦因数μ=0.20.已知煤块最终仍以v=3.0m/s的速度被水平抛出,求煤块在被抛出前在传送带上留下的痕迹的长度.
正确答案
解:(1)物体做平抛运动,在竖直方向有:h=
t=
水平方向的位移为:x=vt=3×0.3m=0.9m
(2)在竖直方向获得的速度为:vy=gt=3m/s
故落地速度为:
有动能定理可得:W==
=0.9J
(3)煤块产生的加速度为:a=
达到传送带速度所需时间为:t′=
各自前进的位移为:x=vt′=3×1m=3m
故轨迹为:△x=x-x′=1m
答:(1)它在空中运动的时间为0.3s,飞行的水平距离为0.9m
(2)块落地时的速度为3,做功为0.9J
(3)煤块在被抛出前在传送带上留下的痕迹的长度为1m.
解析
解:(1)物体做平抛运动,在竖直方向有:h=
t=
水平方向的位移为:x=vt=3×0.3m=0.9m
(2)在竖直方向获得的速度为:vy=gt=3m/s
故落地速度为:
有动能定理可得:W==
=0.9J
(3)煤块产生的加速度为:a=
达到传送带速度所需时间为:t′=
各自前进的位移为:x=vt′=3×1m=3m
故轨迹为:△x=x-x′=1m
答:(1)它在空中运动的时间为0.3s,飞行的水平距离为0.9m
(2)块落地时的速度为3,做功为0.9J
(3)煤块在被抛出前在传送带上留下的痕迹的长度为1m.
如图所示,在光滑水平面上有一足够长的平板小车M正以速度v=6m/s向右匀速运动.现将一个m=2kg的木块以v0=2m/s的初速度放上小车,同时对小车施加水平向右的恒力F,以保持小车维持原来的匀速运动.当木块的速度也达到6m/s时撤去外力F.己知木块和小车间的动摩擦因素μ=0.25,g取10m/s2.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、物体m相对木板M向后滑,对地向右做匀加速运动,有μmg=ma1得a1=μg=2.5m/s2
木板M做匀速运动,有F-μmg=0,得:F=5N,故A正确
B、达到共同速度时,有动能定理得,w=mv2-
m
=
×2(62-22)=32J,故B错误
C、两者速度相同时,有v0+a1t=v得:t=1.6 s,物体m在小车上运动时相对小车向左滑行的距离最大.
m滑行距离:x1=v0t+a1t2=6.4m
M滑行距离:x2=vt=6×1.6=9.6m
最大距离:△x=x2-x1=3.2m
系统产生的内能为E=fs=5×3.2=16J,故C正确
D.全过程中,外力F做功为W=fs2=5×9.6=48J,故D错误
故选:AC
质量为2kg的物体置于水平面上,在运动方向上受拉力F作用沿水平面作匀变速运动,物体运动的v-t图象如图所示,若物体与地面间的动摩擦因数为0.5g,g取10m/s2,求5s内拉力与摩擦力做功各为多少?
正确答案
解:设物体的加速度为a,由v-t图象知:
a=
解得:a=2m/s2
物体运动的位移x==25m
由牛顿第二定律得:合外力F=ma=2×2=4N
由于物体受到的摩擦力Ff=μmg=10N
故拉力F拉=Ff-F=10-4=6N方向沿物体运动方向
故拉力做功W拉=F拉×x=6×25=150J,
摩擦力做负功WFf=-Ff×x=-10×25=-250J,
答:5s内拉力与摩擦力做功各为150J,-250J
解析
解:设物体的加速度为a,由v-t图象知:
a=
解得:a=2m/s2
物体运动的位移x==25m
由牛顿第二定律得:合外力F=ma=2×2=4N
由于物体受到的摩擦力Ff=μmg=10N
故拉力F拉=Ff-F=10-4=6N方向沿物体运动方向
故拉力做功W拉=F拉×x=6×25=150J,
摩擦力做负功WFf=-Ff×x=-10×25=-250J,
答:5s内拉力与摩擦力做功各为150J,-250J
如图所示,建筑工人通过滑轮装置将一质量是100kg的料车沿30°角的斜面由底端匀速地拉到顶端,斜面长L是4m,若不计滑轮的质量和各处的摩擦力,g取10N/kg,求这一过程中:
(1)人拉绳子的力做的功;
(2)物体的重力做的功;
(3)物体受到的各力对物体做的总功.
正确答案
解:(1)工人拉绳子的力:F=mgsinθ
工人将料车拉到斜面顶端时,拉绳子的长度:l=2L,
根据公式W=Flcosα,得
W1=mgsinθ•2L=
×100×10×
×8=2000 J.
(2)重力做功:
W2=-mgh=-mgLsin θ=-100×10×4×=-2000 J
(3)由于料车在斜面上匀速运动,则料车所受的合力为0,故W合=0
答:(1)人拉绳子的力做的功为2000J.
(2)物体的重力做的功为-2000J.
(3)物体受到的各力对物体做的总功为0J.
解析
解:(1)工人拉绳子的力:F=mgsinθ
工人将料车拉到斜面顶端时,拉绳子的长度:l=2L,
根据公式W=Flcosα,得
W1=mgsinθ•2L=
×100×10×
×8=2000 J.
(2)重力做功:
W2=-mgh=-mgLsin θ=-100×10×4×=-2000 J
(3)由于料车在斜面上匀速运动,则料车所受的合力为0,故W合=0
答:(1)人拉绳子的力做的功为2000J.
(2)物体的重力做的功为-2000J.
(3)物体受到的各力对物体做的总功为0J.
静止在地面的重物重为2×102kg,起重机把它以加速度a=2m/s2竖直匀加速向上提升到高为16m的地方.(g取10m/s2)
求:(1)起重机钢绳对重物做的功;
(2)在整个过程中钢绳对重物做功的平均功率及把重物拉至16m时的瞬时功率.
正确答案
解:(1)根据牛顿第二定律T-mg=ma,
得T=2.4×104N,
则W=Fx=2.4×104N×16m=3.84×105J.
(2)根据运动学公式:h=at2
得:t==
=4s
则=
得:=0.96×105w
重物拉至16m时的速度v=at=8m/s
瞬时功率P=mgv=1.92×105w
答:(1)起重机钢绳对重物做的功3.84×105J;
(2)在整个过程中钢绳对重物做功的平均功率0.96×105w;
把重物拉至16m时的瞬时功率1.92×105w.
解析
解:(1)根据牛顿第二定律T-mg=ma,
得T=2.4×104N,
则W=Fx=2.4×104N×16m=3.84×105J.
(2)根据运动学公式:h=at2
得:t==
=4s
则=
得:=0.96×105w
重物拉至16m时的速度v=at=8m/s
瞬时功率P=mgv=1.92×105w
答:(1)起重机钢绳对重物做的功3.84×105J;
(2)在整个过程中钢绳对重物做功的平均功率0.96×105w;
把重物拉至16m时的瞬时功率1.92×105w.
一辆车通过一根跨过定滑轮的绳PQ提升井中质量为m的物体,如图所示.绳的P端拴在车后的挂钩上,Q端拴在物体上.设绳的总长不变,绳的质量、定滑轮的质量和尺寸、滑轮上的摩擦都忽略不计.开始时,车在A点,左右两侧绳都已绷紧并且是竖直的,左侧绳长为H.提升时,车加速向左运动,沿水平方向从A经过B驶向C.设A到B的距离也为H,车过B点时的速度为vB.求在车由A移到B的过程中,绳Q端的拉力对物体做的功.
正确答案
解:当小车运动到B点时,绳子与水平方向的夹角为45度.
根据平行四边形定则,物体的速度.
在此过程中,Q上升的高度h=,
根据动能定理得:,
解得W==
.
答:车由A移到B的过程中,绳Q端的拉力对物体做的功为.
解析
解:当小车运动到B点时,绳子与水平方向的夹角为45度.
根据平行四边形定则,物体的速度.
在此过程中,Q上升的高度h=,
根据动能定理得:,
解得W==
.
答:车由A移到B的过程中,绳Q端的拉力对物体做的功为.
某人在距地面25m高处,斜上抛出一个质量为100g的小球.小球的初速度为10m/s,落到地面时速度为16m/s,求:
(1)人在抛出小球的过程中对小球做的功;
(2)小球自抛出到落地,重力对小球做的功;
(3)小球在飞行的过程中克服阻力作的功.
正确答案
解:(1)根据动能定理得,W=mv
=
×0.1×102J=5J.
(2)根据WG=mgh=0.1×10×25=25J,
(3)对全过程运用动能定理得,mgh-Wf=m
-
m
,
代入数据得,Wf=17.2J.
答:(1)人在抛出小球的过程中对小球做的功5J;
(2)小球自抛出到落地,重力对小球做的功25J;
(3)小球在飞行的过程中克服阻力作的功 17.2J.
解析
解:(1)根据动能定理得,W=mv
=
×0.1×102J=5J.
(2)根据WG=mgh=0.1×10×25=25J,
(3)对全过程运用动能定理得,mgh-Wf=m
-
m
,
代入数据得,Wf=17.2J.
答:(1)人在抛出小球的过程中对小球做的功5J;
(2)小球自抛出到落地,重力对小球做的功25J;
(3)小球在飞行的过程中克服阻力作的功 17.2J.
一个质量为2kg的物体在水平地面上,受到与水平方向成60°角斜向上方的拉力F₁=10N,在水平地面上移动的距离L=2m,物体与地面间的滑动摩擦力F₂=4.2N,求:
(1)物体所受的各个力在这一过程中对物体做的功?
(2)外力对物体所做的总功?
正确答案
解:拉力F1对物体所做的功为:W1=F1lcos 60°=10×2×=10J;
摩擦力F2对物体所做的功为:W2=F2lcos 180°=-8.4 J;
重力与位移方向垂直,不做功;故外力对物体所做的总功为:W=W1+W2=10-8.4=1.6 J.
答:(1)物体所受的各个力在这一过程中对物体做的功分别为10J、-8.4J、0J.
(2)外力对物体所做的总功为1.6J.
解析
解:拉力F1对物体所做的功为:W1=F1lcos 60°=10×2×=10J;
摩擦力F2对物体所做的功为:W2=F2lcos 180°=-8.4 J;
重力与位移方向垂直,不做功;故外力对物体所做的总功为:W=W1+W2=10-8.4=1.6 J.
答:(1)物体所受的各个力在这一过程中对物体做的功分别为10J、-8.4J、0J.
(2)外力对物体所做的总功为1.6J.
如图所示,质量为2kg的物体以初速度5m/s的速度滑上斜面,上滑到最高点处又沿原路返回,已知斜面倾角为37°,物体与斜面的动摩擦因数为0.1,则物体从开始滑上斜面到滑回到原出发点的过程中,重力做功是多少?摩擦力做功是多少?(取g=10m/s2)
正确答案
解:(1)根据题意可知物体从开始滑上斜面到滑回到原出发点的过程中高度差△h=0,
所以WG=mg△h=0
(2)根据牛顿第二定律,物体上滑过程:mgsin37°+μmgcos37°=ma
得:a=6.8m/s2
则沿斜面上滑的最大位移为:x==
=
m
则摩擦力做的功为:wf=-f•2x=-1.6×2×=-
J
答:重力做功是零,摩擦力做功是-J.
解析
解:(1)根据题意可知物体从开始滑上斜面到滑回到原出发点的过程中高度差△h=0,
所以WG=mg△h=0
(2)根据牛顿第二定律,物体上滑过程:mgsin37°+μmgcos37°=ma
得:a=6.8m/s2
则沿斜面上滑的最大位移为:x==
=
m
则摩擦力做的功为:wf=-f•2x=-1.6×2×=-
J
答:重力做功是零,摩擦力做功是-J.
一质量5kg的物体做自由落体运动,在下落过程中第2s内,重力对该物体做的功为______J.
正确答案
750
解析
解:第2s内的位移为:x==15m
所以第2s内重力做功为W=mgx=5×10×15J=150J
故答案为:750
质量为m的物体从地面上方H高处无初速度释放,落在地面后出现一个深度为h的坑,如图所示,在全过程中,重力对物体做功为______,外力对物体做的总功______,物体机械能减少______,地面对物体的平均阻力大小为______.
正确答案
mg(H+h)
0
mg(H+h)
解析
解:物体高度下降了H+h,故重力做功为:mg(H+h);
物体的初末动能都为零,根据动能定理可知,合外力做的功等于物体动能的变化量,所以外力对物体做的总功为零;
物体落至坑底时,以坑底为参考平面,重力对物体为mg( H+h),在此过程中物体的重力势能减少量为△Ep=mg(H+h),而动能变化量为0,故机械能减少了mg(H+h).
整体过程中,根据动能定理得:mg(H+h)-Fh=0
解得地面对物体的平均阻力为 F=;
故答案为:mg(H+h);0;mg(H+h);.
某一物体在大小为F的恒外力作用下运动,在时间t内的位移为s,若F与s方向相同,则F在这段时间内对物体做的功W是( )
正确答案
解析
解:由于F为恒力,根据W=FL可以直接求得对物体做的功为W=Fs.
故选D.
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