- 机械能守恒定律
- 共29368题
质量m=5t的汽车从静止出发,以a=1m/s2的加速度沿水平直路作匀加速运动,汽车所受的阻力等于车重的0.06倍,求汽车在10s内的平均功率和10s末的瞬时功率.取g=10m/s2.
正确答案
Pt=Fvt=8×103×10W=8×104W.
设汽车的牵引力为F,阻力f=kmg=0.06mg.由牛顿第二定律
F-f=ma,
得 F=m(0.06g+a)=5×103(0.06×10+1)N
=8×103N.
汽车在t=10s内的位移和10s末的速度分别为
vt=at=1×10m/s=10m/s
所以汽车在10s内的平均功率和10s末的功率分别为
Pt=Fvt=8×103×10W=8×104W.
一个1.0×10-5C的电荷从电场中某点B移到电场里另一点A,外力克服电场力做功为6.0×10-3J,则A、B两点的电势差U=_____V;如果此电荷从B移到电场里的另一点C时,电场力做功0.02J,如果另一个电量是0.2C的负电荷从A移到C,则电场力做功______J。
正确答案
600,-520
试题分析:根据,因此
;
,这样
,这样0.2C的负电荷从A移到C,电场力做功
如图所示,在粗糙的水平地面上,质量为1kg的滑块受到水平向右大小为8N的推力作用,以初速度2m/s沿直线从A点匀加速运动到B点,其中AB=2m,滑块与水平面之间的动摩擦因数为0.5,重力加速度为g=10m/s2,求:
(1)在此过程中,滑块所受摩擦力做的功Wf;
(2)滑块到达B点的速度大小.
正确答案
(1) -10J (2) 4m/s
试题分析:(1)摩擦力做功做负功,为
(2)根据动能定理可得:,解得
点评:动能定理在分析问题时可以给我们带来很大的方便,但是需要注意过程中始末状态量的变化
如图所示,两根长均为L、电阻均为R、质量分别为m和M的导体棒P、Q,用两根电阻和质量均不计的细软导线连接成闭合电路,跨挂于离地高为H的绝缘光滑水平杆OO′上,导体棒Q恰好在地面上,导体棒P离地高为h(h<H),整个装置处于一方向水平且垂直于导体棒的匀强磁场中,其磁感应强度随时间变化的关系为B=kt,则经过t=______时间导体棒Q将离地向上运动,当两导体棒运动到相同高度时的速度大小为v,则此过程中感应电流做的功为______.
正确答案
当导体棒Q将离地向上运动时,根据平衡条件得
对Q:T+BIL=Mg,
对P:T=mg+BIL
联立得:2BIL=Mg-mg①
根据法拉第电磁感应定律得:E==
L(H-h)=kL(H-h)②
感应电流为 I= ③
又B=kt ④
联立①~④得t=,
当两棒运动到相同高度时,Q上升和P下降的高度均为(H-h).
根据功能关系得
W=(M-m)(H-h)+
(M+m)v2
故答案为:,(M-m)
(H-h)+
(M+m)v2
电动机带动滚轮匀速转动,在滚轮的作用下,将金属杆从最底端A送往倾角θ=30°的足够长斜面上部.滚轮中心B与斜面底部A的距离为L=6.5m,当金属杆的下端运动到B处时,滚轮提起,与杆脱离接触.杆由于自身重力作用最终会返回斜面底部,与挡板相撞后,立即静止不动.此时滚轮再次压紧杆,又将金属杆从最底端送往斜面上部,如此周而复始.已知滚轮边缘线速度恒为v=4m/s,滚轮对杆的正压力FN=2×104N,滚轮与杆间的动摩擦因数为μ=0.35,杆的质量为m=1×103Kg,不计杆与斜面间的摩擦,取g=10m/s2。
求:(1)在滚轮的作用下,杆加速上升的加速度;
(2)杆加速上升至与滚轮速度相同时前进的距离;
(3)每个周期中电动机对金属杆所做的功;
(4)杆往复运动的周期.
正确答案
(1)f=μN=7×103N (1分)
a=f-mgsinθ/m=2m/s2………(2分)
( 2 )s==4m………(2分)
(3)∵s
W1-mgsinθs=mv2 W2- mgsinθs’=0………(2分)
W1=2.8×104J W2=1.25×104J………(2分)
∴W= W1+W2=4.05×104J ………(1分)
(4)t1="v/a=2s " t2="L-s/v=0.625s " 后做匀变速运动a’=gsinθ………(2分)
L=v0t+at2 6.5=-4t3+
×5t32 得t3=2.6s ………(2分)
∴T= t1+ t2+ t3=5.225s………(2分)
略
如图所示,质量为m的小球用长L的细线悬挂而静止在竖直位置。在下列两种情况下,分别用水平拉力F将小球拉到细线与竖直方向成θ角的位置。求此过程中,拉力F做的功:
(1)若用F缓慢地拉 ,则= 。
(2)若F为恒力时,则= 。
正确答案
mgL(1-cosθ)。 FLsinθ
试题分析:⑴若用F缓慢地拉,则显然F为变力,只能用动能定理求解。F做的功等于该过程克服重力做的功。mgh= mgL(1-cosθ)
⑵若F为恒力,则可以直接按定义求功,W="Fs=" Flsinθ
点评:难度较小,本题重点是明确运动过程中拉力F的变化,有时从能量转化分析问题会变得简单
(2011年慈溪中学模拟)一辆汽车质量为1×103 kg,最大功率为2×104 W,在水平路面上由静止开始做直线运动,最大速度为v2,运动中汽车所受阻力恒定.发动机的最大牵引力为3×103 N,其行驶过程中牵引力F与车速的倒数的关系如图所示.试求:
(1)根据图线ABC判断汽车做什么运动?
(2)v2的大小;
(3)整个运动过程中的最大加速度;
(4)匀加速运动过程的最大速度是多大?当汽车的速度为10 m/s时发动机的功率为多大?
正确答案
(1)见解析 (2)20 m/s (3)2 m/s2 (4)6.67 m/s 2×104 W
(1)题图中图线AB段牵引力F不变,阻力Ff不变,汽车做匀加速直线运动,图线BC的斜率表示汽车的功率P,P不变,则汽车做加速度减小的加速运动,直至达到最大速度v2,此后汽车做匀速直线运动.
(2)当汽车的速度为v2时,牵引力为F1=1×103 N,
v2==
m/s=20 m/s.
(3)汽车做匀加速直线运动时的加速度最大
阻力Ff==
N=1000 N
a==
m/s2=2 m/s2.
(4)与B点对应的速度为v1= m/s
≈6.67 m/s.
当汽车的速度为10 m/s时处于图线BC段,故此时的功率最大,为Pm=2×104 W.
质量为m=0.5kg的物体从高处自由下落,在运动t=2s内重力对物体做的功是 ;2s末,重力对物体做功的瞬时功率是 。
正确答案
100J 100W
本题考查的是对功和功率的计算问题,t=2s内的位移,重力做功mgh=100J;
,瞬时功率mgv=100W;
如图所示,用恒力F 拉一个质量为m 的物体,由静止开始在水平地面沿直线运动的位移为s,力F 与物体运动方向的夹角为α,已知物体与地面的动摩擦因数为μ,当地的重力加速度为g。试求:
(1)拉力F对物体所做的功W
(2)地面对物体摩擦力f 的大小
(3)物体获得的动能Ek
正确答案
(1)W=Fs cosα(2)(3)
试题分析:(1)根据功的公式,拉力F 对物体所做的功W= Fs cosα(2 分)
(2)设地面对物体支持力的大小为FN,根据物体在竖直方向的平衡条件可知:
FN=mg- Fsinα(2 分),再根据滑动摩擦力公式
联立解得
(3)根据动能定律可得:,联立可得:
点评:因为拉力F为恒力,可根据功的定义式W=Flcosα直接求解拉力F对物体所做的功W.对物体进行受力分析,通过正交分解可求得物体与水平面的正压力,从而求得地面对物体摩擦力f的大小.运用动能定理可求得物体的末动能.
一辆质量为2.0×103
的汽车以额定功率为
6.0×104
在水平公路上行驶,汽车受到的阻力为一定值,在某时刻汽车的速度为
,加速度为
,求(g取
):
(1)汽车所能达到的最大速度是多大?
(2)若汽车从静止开始做匀加速直线运动(不是额定功率行驶),加速度的大小为,则这一过程能保持多长时间?
正确答案
(1) 在速度为的时刻,由
1
2
联立得 3
当牵引力与摩擦力平衡时,速度达到最大,此时 4
代入数据得
(2)随速度增加,牵引力的功率逐渐变大
,当功率达到额定功率时,机车达到匀加速直线运动所能达到的最大速度
,设此时机车的牵引力为
,则由牛
顿第二定律,有
5
又 6
联立解得
时间
略
如图所示,木板可绕固定的水平轴O转动,木板从水平位置OA缓慢转到OB位置的过程中,木板上重为5N的物块始终相对于木板静止,在这一过程中,物块的重力势能减少了4J。用N表示物块受到的支持力,用f表示物块受到的摩擦力,以下判断正确的是( )
正确答案
AC
由重力势能的表达式,重力势能减少了4J,而
="5" N,故h="0.8" m,A正确;物块下降过程中N对物块做负功,f对物块不做功,C正确。
均匀长木板放在水平桌面上如图,厚度不计,它的一端与桌边相齐.已知木板质量为2Kg,长度L=40cm,与桌面间动摩擦因数.今用水平推力将其推出桌子,问怎样施力可使水平推力做的功最少?最少的功为多大?你能写出几种方案?(g取10m/s2)
正确答案
0.8J
施力方案一:使木板作匀速运动,用最小的恒定推力F,推至左端距桌边处后,木板被翻倒,由平衡条件得:
施力方案二:用较大的恒力F推木板运动s()后 ,使其有一定的速度v,然后撤去此力,让其再滑过
后速度变为零.设a、
分别为施力和撤力后木板的加速度,则:
得:
施力方案三:对木板施加水平推力一直至其被翻倒,对木板从开始到推出的全过程使用动能定理,当木板的末速为零时,F做的功最少,
得:,不论水平推力是恒力还是变力均可以.
如图所示,两个互相垂直的力F1和F2作用在同一物体上,使物体运动,物体通过一段位移时,力F1对物体做功4 J,力F2对物体做功3 J,则力F1和F2的合力对物体做功为 J
正确答案
7J
试题分析:据题意,功是标量,合力做的功等于各个力做的功总和,即力F1和F2的合力对物体做的功,等于这两个力做的功的和,即:。
(20分)如图所示,在水平路段AB上有一质量为2×103kg的汽车,正以10m/s的速度向右匀速运动,汽车前方的水平路段BC较粗糙,汽车通过整个ABC路段的v-t图像如图所示(在t=15s处水平虚线与曲线相切),运动过程中汽车发动机的输出功率保持20kW不变,假设汽车在两个路段上受到的阻力(含地面摩擦力和空气阻力等)各自有恒定的大小。(解题时将汽车看成质点)
(1)求汽车在AB路段上运动时所受的阻力f1。
(2)求汽车刚好开过B点时的加速度a。
(3)求BC路段的长度。
正确答案
(1)2000N (2)1m/s2 (3)68.75m
试题分析:(1)汽车在AB路段做匀速直线运动,有
汽车发动机的输出功率,
汽车在AB路段上运动时所受的阻力,与运动方向相反。
(2)t=15s时汽车处于平衡态,有
汽车发动机的输出功率,
汽车在BC路段上运动时所受的阻力
t=5s时汽车时汽车开始减速,由牛顿第二定律,可得
解得,与运动方向相反。
(3)由动能定理,可得
解得
液压千斤顶是利用密闭容器内的液体能够把液体所受到的压强行各个方向传递的原理制成的。图为一小型千斤顶的结构示意图。大活塞的直径D1=20cm,小活塞B的直径D2=5cm,手柄的长度OC=50cm,小活塞与手柄的连接点到转轴O的距离OD=10cm。现用此千斤顶使质量m=4×103kg的重物升高了h=10cm。g取10m/s2,求
(i)若此千斤顶的效率为80%,在这一过程中人做的功为多少?
(ii)若此千斤顶的效率为100%,当重物上升时,人对手柄的作用力F至少要多大?
正确答案
(i)(ii)F=500N
(i)将重物托起h需要做的功
①
设人对手柄做的功为,则千斤顶的效率为
②
代入数据可得
③
(i i)设大活塞的面积为, 小活塞的面积为
,作用在小活塞上的压力为
,当于斤顶的效率为100%时,有
④
⑤
当和F都与杠杆垂直时,手对杠杆的压力最小。利用杠杆原理,有
⑥
由④⑤⑥式得
F=500N ⑦
扫码查看完整答案与解析