- 机械能守恒定律
- 共29368题
如图所示,小球a、b的质量分别是m和2m.小球a沿高为h、倾角为θ的光滑斜面以初速度v0从顶端滑到底端,而小球b从斜面等高处以初速度v0竖直上抛,不计空气阻力.比较a、b落地前的运动过程有( )
正确答案
解析
解:A、在整个过程中只有重力做功,故根据动能定理可知,由于ab质量不同,故落地动能不同,故A错误;
B、重力做功只与初末位置有关,根据W=mgh可知,由于质量不同,重力做功不同,故B错误;
C、两个小球在运动的过程中都是只有重力做功,机械能守恒,所以根据机械能守恒可以知两物体落地时速率相同,故C正确.
D、落地时方向不同,故速度不同,故D错误;
故选:C
如图所示,水平传送带正以v=2m/s的速度运行,两端水平距离l=8m,把一质量m=2kg的物块轻轻放到传送带的A端,物块在传送带的带动下向右运动.若物块与传送带间的动摩擦因数μ=0.1,不计物块的大小,g取10m/s2,则把这个物块从A端传送到B端的过程中.求:
(1)摩擦力对物块做的功
(2)摩擦力对皮带做的功.
正确答案
解:(1)物块刚放到传送带上时,由于与传送带有相对运动,物块受向右的滑动摩擦力,物块做加速运动,摩擦力对物块做功,求出物块在摩擦力作用下的位移和运动时间.物块受向右的摩擦力为:
f=μmg=0.1×2×10 N=2 N
加速度为:a==μg=0.1×10 m/s2=1 m/s2
当物块与传送带相对静止时的位移为:
x==2 m.
摩擦力做功为:W=fx=2×2 J=4 J
(2)把这个物块从A端传送到B端的过程中,传送带摩擦力做功为:
答:(1)把这个物块从A端传送到B端的过程中,摩擦力对物块做功为4J.
(2)把这个物块从A端传送到B端的过程中,传送带摩擦力做功是-8J.
解析
解:(1)物块刚放到传送带上时,由于与传送带有相对运动,物块受向右的滑动摩擦力,物块做加速运动,摩擦力对物块做功,求出物块在摩擦力作用下的位移和运动时间.物块受向右的摩擦力为:
f=μmg=0.1×2×10 N=2 N
加速度为:a==μg=0.1×10 m/s2=1 m/s2
当物块与传送带相对静止时的位移为:
x==2 m.
摩擦力做功为:W=fx=2×2 J=4 J
(2)把这个物块从A端传送到B端的过程中,传送带摩擦力做功为:
答:(1)把这个物块从A端传送到B端的过程中,摩擦力对物块做功为4J.
(2)把这个物块从A端传送到B端的过程中,传送带摩擦力做功是-8J.
人通过滑轮将质量为m的物体沿粗糙的斜面由静止开始匀加速地由底端拉上斜面,物体上升的高度为h,到达斜面顶端的速度为v,如图所示.则在此过程中( )
正确答案
解析
解:A、对物体受力分析可知,物体受重力、拉力及摩擦力的作用;由动能定理可知,合外力做功一定等于动能的改变量,即等于mv2;故A错误,B正确;
C、由动能定理可知,人做的功等于克服重力的功、克服摩擦力的功及增加的动能之和,大于mgh+mv2;故C错误;
D、物体重力势能的增加量等于克服重力做的功,则EP增=mgh;故D正确;
故选:BD.
如图所示,静止在光滑水平桌面的布带上有一质量为m=1.0kg的小铁块,它离布带的右端距离为L=0.5m,铁块与布带间动摩擦因数为μ=0.1.现用力从静止开始向左以a0=2m/s2的加速度将布带从铁块下抽出,假设铁块大小不计,铁块不滚动,g取10m/s2,则:
(1)将布带从铁块下抽出需要多长时间?
(2)铁块离开布带是的速度大小?
(3)若布带的质量为M=0.6Kg,则在抽出布带的过程中,水平力F所做的功为多少?
正确答案
解:(1)设铁块离开布带时,相对桌面移动了x的距离,布带移动的距离为L+x,铁块滑动的加速度为a,
由牛顿第二定律得:μmg=ma,
a=μg=1m/s2
根据运动学公式有:L+x=,x=
解得:t==
s=1s
故将布带从铁块下抽出需要1s.
(2)铁块离开布带是的速度大小为:v=at=1×1=1m/s
(3)铁块离开布带时布带的速度大小为:v′=a0t=2×1=2m/s
根据功能关系可得:水平力F所做的功为:
W=+
+μmgL=
×1×12+
×0.6×22+0.1×1×10=2.7J
答:(1)将布带从铁块下抽出需要1s的时间.
(2)铁块离开布带是的速度大小为1m/s.
(3)若布带的质量为M=0.6Kg,则在抽出布带的过程中,水平力F所做的功为2.7J.
解析
解:(1)设铁块离开布带时,相对桌面移动了x的距离,布带移动的距离为L+x,铁块滑动的加速度为a,
由牛顿第二定律得:μmg=ma,
a=μg=1m/s2
根据运动学公式有:L+x=,x=
解得:t==
s=1s
故将布带从铁块下抽出需要1s.
(2)铁块离开布带是的速度大小为:v=at=1×1=1m/s
(3)铁块离开布带时布带的速度大小为:v′=a0t=2×1=2m/s
根据功能关系可得:水平力F所做的功为:
W=+
+μmgL=
×1×12+
×0.6×22+0.1×1×10=2.7J
答:(1)将布带从铁块下抽出需要1s的时间.
(2)铁块离开布带是的速度大小为1m/s.
(3)若布带的质量为M=0.6Kg,则在抽出布带的过程中,水平力F所做的功为2.7J.
如图所示,某同学乘雪撬从雪坡经A点滑至B点,接着沿水平路面滑至C点停止.人与雪撬的总质量为60kg.表中记录了沿坡滑下过程中的有关数据,根据图表中提供的数据下列判断正确的是(设人与雪撬在BC段所受阻力恒定,g取10m/s2)( )
正确答案
解析
解:A、人与雪橇从A到B的过程中,重力做功WG=mgh=60×10×20=12000J,故A错误;
B、损失的机械能等于初位置的机械能减去末位置的机械能.
△E减=+mgh-
=12000+
-
×60×122=780J,故B错误;
C、根据动能定理得:=4200J,故C正确;
D、0到10s这段时间内,人与雪撬重力做功的平均功率为,故D正确.
故选:CD
质量为M,长为L的长木板,放置在光滑的水平面上,长木板最右端旋转一质量为m的小物块,如图所示,现在长木板右端加一水平恒力F,使长木板从小物块下面抽出,小物块与长木板动摩擦因数为μ,求把长木板抽出来水平恒力F所做的功.
正确答案
解:
由F=ma得m与M的各自对地的加速度分别为:
am=μg,
设抽出木板所用的时间为t,则m与M在时间t内的位移分别为:
,
且:SM=Sm+L
所以把长木板从小物块底下抽出来所做的功WF=FSM=
答:把长木板抽出来水平恒力F所做的功
解析
解:
由F=ma得m与M的各自对地的加速度分别为:
am=μg,
设抽出木板所用的时间为t,则m与M在时间t内的位移分别为:
,
且:SM=Sm+L
所以把长木板从小物块底下抽出来所做的功WF=FSM=
答:把长木板抽出来水平恒力F所做的功
用水平力F拉一质量为m的物体,由静止开始沿水平面匀加速前进时间t,物体和地面间动摩擦因数为μ,重力加速度为g. 求:
(1)力F对物体做的功;
(2)合外力对物体做的总功.
正确答案
解:(1)由牛顿第二定律可得
F-μmg=ma
在时间t内通过的位移为
s=
力F做功为
WF=FS
由以上三式可解得:WF=;
(2)物体受到的合力为
F合=F-μmg
合力做功为
W合=F合S;
解得:W合=;
答:(1)力F对物体做的功为;
(2)合外力对物体做的总功为.
解析
解:(1)由牛顿第二定律可得
F-μmg=ma
在时间t内通过的位移为
s=
力F做功为
WF=FS
由以上三式可解得:WF=;
(2)物体受到的合力为
F合=F-μmg
合力做功为
W合=F合S;
解得:W合=;
答:(1)力F对物体做的功为;
(2)合外力对物体做的总功为.
质量m=5㎏的小球系于弹簧的一端,套在光滑竖直圆环上,弹簧的另一端固定在环上的A点,环半径R=0.5m,弹簧原长l0=R=0.5m.当球从图中位置C由静止开始滑动,当小球滑至最低点B时,测得vB=3m/s,重力做功为______ J,则在B点时弹簧的弹性势能EP=______J.( g取10m/s2 )
正确答案
37.5
15
解析
解:小球在C点时,由几何关系可知,弹簧处于原长状态,弹簧中无弹力,无弹性势能.
小球从C运动到B的过程,对小球受力分析知,对小球做功的只有重力和弹簧重弹力,
重力做功为mg(R+Rcos60°)=37.5J;
小球和弹簧系统机械能守恒,选B点重力势能为零,
则由机械能守恒定律得mg(R+Rcos60°)=mv2+Ep
代入数据可得 EP=15J
故答案为:37.5J,15J.
传送带与水平面夹角θ=30°,如图甲所示方向以v=4m/s的速率做匀速运动.被传送的工件质量m=0.2kg,工件与传送带之间的动摩擦因数μ=
,工件在A点处放到传送带上,被传送到与A相距s=6m的B点处.工件由A到B的运动过程中的v-t图象如图乙所示.试分析计算:工件由A到B的运动过程中所受各力所做的功.(取g=10m/s2)
正确答案
解:工件从A到B的过程中,受摩擦力,重力和支持力,在匀加速阶段通过的位移为:
匀速阶段通过的位移为:x2=4×0.7m=2.8m
匀加速阶段摩擦力为:f1=μmgcosθ=1.5N
匀速阶段受到的摩擦力为:f2=mgsinθ=1N
故摩擦力做功为:W=f1x1+f2x2=7.6J
重力做功为:WG=-mg(x1+x2)sinθ=-6J
支持力不做功
答:由A到B的运动过程中磨擦力做功为7.6J,重力做功为-6J,支持力做功为0
解析
解:工件从A到B的过程中,受摩擦力,重力和支持力,在匀加速阶段通过的位移为:
匀速阶段通过的位移为:x2=4×0.7m=2.8m
匀加速阶段摩擦力为:f1=μmgcosθ=1.5N
匀速阶段受到的摩擦力为:f2=mgsinθ=1N
故摩擦力做功为:W=f1x1+f2x2=7.6J
重力做功为:WG=-mg(x1+x2)sinθ=-6J
支持力不做功
答:由A到B的运动过程中磨擦力做功为7.6J,重力做功为-6J,支持力做功为0
如图,质量为2kg的木块静止在水平地面上的P点,用水平恒力F拉动,拉力F做了12J的功后撤去F,最后木块滑行到Q点停止运动,已知P、Q两点间的距离为3m,全过程所用的时间为3s,求:
①木块运动过程中的最大速度?
②全过程中摩擦力对木块所做的功?
③木块和水平地面间的动摩擦因数?
④作用在木块上的水平恒力的大小?
正确答案
解:①木块在F作用下做匀加速直线运动,撤去拉力后在摩擦力作用下做匀减速直线运动,则撤去F的瞬间速度最大,
设最大速度为v,则木块的运动的速度时间图象如图所示:
图象的面积表示位移,则x=,
解得:v=
②对木块从P到Q的过程中,根据动能定理得:
0-0=WF+Wf
解得:Wf=-12J
③根据Wf=-μmgx得:
④设匀加速运动的位移为x1,对匀加速运动过程,根据动能定理得:
解得:x1=2m
根据WF=Fx1得:F=
答:①木块运动过程中的最大速度为2m/s;
②全过程中摩擦力对木块所做的功为-12J;
③木块和水平地面间的动摩擦因数为0.2;
④作用在木块上的水平恒力的大小为6N.
解析
解:①木块在F作用下做匀加速直线运动,撤去拉力后在摩擦力作用下做匀减速直线运动,则撤去F的瞬间速度最大,
设最大速度为v,则木块的运动的速度时间图象如图所示:
图象的面积表示位移,则x=,
解得:v=
②对木块从P到Q的过程中,根据动能定理得:
0-0=WF+Wf
解得:Wf=-12J
③根据Wf=-μmgx得:
④设匀加速运动的位移为x1,对匀加速运动过程,根据动能定理得:
解得:x1=2m
根据WF=Fx1得:F=
答:①木块运动过程中的最大速度为2m/s;
②全过程中摩擦力对木块所做的功为-12J;
③木块和水平地面间的动摩擦因数为0.2;
④作用在木块上的水平恒力的大小为6N.
如图所示,小物块在竖直平面内的拉力F作用下沿倾角为θ的斜面向下运动,若重力做的功与克服拉力F做的功相等.则( )
正确答案
解析
解:
设物体发生位移为x,由题意,mgxsinθ-Fxcosα=0
得:mgsinθ=Fcosα,
若没有摩擦,物体匀速下滑,故A错误,B正确
若斜面粗糙,但是斜面对物体的弹力为零,故没有摩擦力,物体依然可以做匀速运动,故C错误,
题目已表明物体克服F做功,故F的方向最大就与重力方向相反,在竖直方向,故D正确
故选BD
如图所示,光滑固定斜面上有质量为m,长度为s的长木板A,长木板A上同样有物块B,B的质量为2m,斜面倾角θ=37°,斜面足够长,给物块B上加一沿斜面向上、大小等于3mg的拉力F,A、B间刚好不发生滑动,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,已知sin37°=
,cos37°=
,求:
(1)A,B间的动摩擦因数;
(2)若F=4mg,则当物块B从木板的一端滑到另一端时,所用的时间;
(3)第(2)问中,物块从木板的一端滑到另一端的过程中,拉力F所做的功.
正确答案
解:(1)先以AB组成的整体为研究的对象,整体受到重力、支持力和斜面的摩擦力,设B的质量是M,M=2m,沿斜面方向:F-(M+m)gsinθ=(M+m)a
得:
以B为研究的对象,沿斜面方向:F-2mgsinθ-f=2ma
垂直于斜面的方向:FN=2mg•cos37°
代入数据得:
(2)若F=4mg,以B为研究的对象,沿斜面方向:F-2mgsinθ-f=2ma1
垂直于斜面的方向:FN=2mg•cos37°
代入数据得:
由于F等于3mg时,A、B间刚好不发生滑动,所以F=4mg时,A受到的摩擦力不变,所以A的加速度的大小不变,设经过时间t物块B从木板的一端滑到另一端,此时B比A的位移大s,即:
整理得:
(3)该过程中B向上的位移:
拉力做的功:
答:(1)A,B间的动摩擦因数是;
(2)若F=4mg,则当物块B从木板的一端滑到另一端时,所用的时间是;
(3)第(2)问中,物块从木板的一端滑到另一端的过程中,拉力F所做的功是.
解析
解:(1)先以AB组成的整体为研究的对象,整体受到重力、支持力和斜面的摩擦力,设B的质量是M,M=2m,沿斜面方向:F-(M+m)gsinθ=(M+m)a
得:
以B为研究的对象,沿斜面方向:F-2mgsinθ-f=2ma
垂直于斜面的方向:FN=2mg•cos37°
代入数据得:
(2)若F=4mg,以B为研究的对象,沿斜面方向:F-2mgsinθ-f=2ma1
垂直于斜面的方向:FN=2mg•cos37°
代入数据得:
由于F等于3mg时,A、B间刚好不发生滑动,所以F=4mg时,A受到的摩擦力不变,所以A的加速度的大小不变,设经过时间t物块B从木板的一端滑到另一端,此时B比A的位移大s,即:
整理得:
(3)该过程中B向上的位移:
拉力做的功:
答:(1)A,B间的动摩擦因数是;
(2)若F=4mg,则当物块B从木板的一端滑到另一端时,所用的时间是;
(3)第(2)问中,物块从木板的一端滑到另一端的过程中,拉力F所做的功是.
如图所示,弹簧的一端固定,另一端与质量为m2的物体B相连,质量为m1的物体A放在B上,m2=2m1.A、B两物体一起在光滑水平面上的N、N′之间做简谐运动,运动过程中A、B之间无相对运动,O是平衡位置.已知当两物体运动到N′时,弹簧的弹性势能为Ep,则它们由N′运动到O的过程中,摩擦力对A所做的功等于( )
正确答案
解析
解:整体做简谐运动,则对整体有:弹簧在N点的弹性势能等于整体运动到O点的动能,
即为
而此摩擦力对A所做的功等于;
因m2=2m1.
所以摩擦力对A所做的功为,ABD错误,C正确;
故选C.
用300N的拉力F,斜向上拉质量m=50kg的车,沿水平面行驶50m共用100s,拉力与水平方向成37°,则拉力对车做功为______.若车受到的阻力是100N,则车克服阻力做功______,拉力做功的平均功率是______.(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
12000J
5000J
120W
解析
解:对物体受力分析,受重力、支持力、拉力和滑动摩擦力,如图所示:
拉力做功W1=Fxcos37°=300×50×0.8=12000J
物体克服阻力做功W2=fx=100×50=5000J;
拉力的平均功率:;
故答案为:12000J;5000J;120W.
一质量为m的物体在水平恒力F的作用下沿水平面运动,在t0时刻撤去力F,其v-t图象如图所示.已知物体与水平面间的动摩擦因数为μ,则下列关于力F的大小和力F做功W的大小关系式正确的是( )
正确答案
解析
解:CD、对0-t0过程和0-3t0过程,由动量定理
Ft0-μmgt0=mv0
Ft0-μmg(3t0)=0
解得
F=3μmg
故CD错误;
AB、由图象
0-t0过程的位移
x=
故推力的功
W=Fx=μmgv0t0
故A错误,B正确
故选:B
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