- 机械能守恒定律
- 共29368题
质量为m=1.0kg的小滑块(可视为质点)放在质量为M=3.0kg的长木板的右端,木板上表面光滑,木板与地面之间的动摩擦因数为μ=0.2,木板长L=1.0m.开始时两者都处于静止状态,现对木板施加水平向右的恒力F=l2N,如图所示.为使小滑块不掉下木板,试求:(g取l0m/s2)
(1)用水平恒力F作用的最长时间;
(2)水平恒力F做功的最大值.
正确答案
解:(1)撤力前后木板先加速后减速,设加速过程的位移为x1,加速度为a1,加速运动的时间为t1;
减速过程的位移为x2,加速度为a2,减速运动的时间为t2.由牛顿第二定律得:
撤力前:F-μ(m+M)g=Ma1,解得:,
撤力后:μ(m+M)g=Ma2 ,
解得:
为使木块不从木板上掉下,应满足:x1+x2≤L,
又a1t1=a2t2,由以上各式可解得:t1≤1s,
即作用的最长时间为1s.
(2)木板在拉力F作用下的最大位移:,
所以F做功的最大值:;
答:(1)用水平恒力F作用的最长时间是1s;
(2)水平恒力F做功的最大值是8J.
解析
解:(1)撤力前后木板先加速后减速,设加速过程的位移为x1,加速度为a1,加速运动的时间为t1;
减速过程的位移为x2,加速度为a2,减速运动的时间为t2.由牛顿第二定律得:
撤力前:F-μ(m+M)g=Ma1,解得:,
撤力后:μ(m+M)g=Ma2 ,
解得:
为使木块不从木板上掉下,应满足:x1+x2≤L,
又a1t1=a2t2,由以上各式可解得:t1≤1s,
即作用的最长时间为1s.
(2)木板在拉力F作用下的最大位移:,
所以F做功的最大值:;
答:(1)用水平恒力F作用的最长时间是1s;
(2)水平恒力F做功的最大值是8J.
在机场汽车牵引飞机前进,设牵引力为4000N,牵引杆跟水平面成30°夹角,牵引的距离是0.2km,求牵引力做的功?
正确答案
解:牵引力的功W=FLcos30°=4000×0.2×103×=6.93×105J;
答:牵引力所做的功为6.93×105J;
解析
解:牵引力的功W=FLcos30°=4000×0.2×103×=6.93×105J;
答:牵引力所做的功为6.93×105J;
用水平恒力F作用在一个物体上,使该物体沿光滑水平面在力的方向移动距离s,恒力F做的功为W1,功率为P1;再用同样的水平力,作用在该物体上,使该物体在粗糙的水平面上在力的方向上移动距离s,恒力F做的功为W2,功率为P2,下面哪个选项是正确的( )
正确答案
解析
解:两次水平恒力相等,位移相等,根据W=Fs知,恒力F所做的功相等.在光滑水平面上运动的加速度大,根据位移时间公式知,在光滑水平面上的运动时间短,根据P=知,P1>P2.故C正确,A、B、D错误.
故选:C.
在冬季奥运中,一位质量m=50kg的滑雪运动员从高h=10m的斜坡自由下滑.如果运动员在下滑过程中受到的阻力Ff=50N,斜坡的倾角θ=30°,运动员滑至坡底的过程中,所受的几个力做功各是多少?这些力做的总功是多少?(取g=10m/s2)
正确答案
解:物体受重力、支持力及阻力的作用;
重力做功WG=mgh=50×10×10=5000J;
阻力做功Wf=-fL=-f=-50×20=-1000J;
支持力和运动方向相互垂直,故支持力不做功;
合外力做功W=WG+Wf=6000-800=4000J;
答:重力做功5000J,支持力做功为零,阻力做功为-1000J,合力做功4000J
解析
解:物体受重力、支持力及阻力的作用;
重力做功WG=mgh=50×10×10=5000J;
阻力做功Wf=-fL=-f=-50×20=-1000J;
支持力和运动方向相互垂直,故支持力不做功;
合外力做功W=WG+Wf=6000-800=4000J;
答:重力做功5000J,支持力做功为零,阻力做功为-1000J,合力做功4000J
一物体放在水平地面上,如图1所示,已知物体所受水平拉力F随时间t的变化情况如图2所示,物体相应的速度v随时间t的变化关系如图3所示.求:
(1)物体与地面间的动摩擦因数;
(2)0~10s时间内,物体克服摩擦力所做的功.
正确答案
解:(1)在8-10s:根据图象知加速度大小a4==1.5m/s2
根据牛顿运动定律知f=μmg=ma4
(2)结合图2和图3可知:在0-2s物体不动,受到的静摩擦力不做功;
在2-10s受到的滑动摩擦力做负功,滑动摩擦力不变 f=2N
在0-10s:
W克f=fs=2×15=30J
(1)物体与地面间的动摩擦因数为0.15;
(2)0~10s时间内,物体克服摩擦力所做的功为30J
解析
解:(1)在8-10s:根据图象知加速度大小a4==1.5m/s2
根据牛顿运动定律知f=μmg=ma4
(2)结合图2和图3可知:在0-2s物体不动,受到的静摩擦力不做功;
在2-10s受到的滑动摩擦力做负功,滑动摩擦力不变 f=2N
在0-10s:
W克f=fs=2×15=30J
(1)物体与地面间的动摩擦因数为0.15;
(2)0~10s时间内,物体克服摩擦力所做的功为30J
如图所示,在倾角θ=37°的足够长的固定光滑斜面底端有一质量m=1.0kg的物体.现用轻细绳将物体由静止开始沿斜面向上拉动.拉力大小为F=10.0N,方向平行斜面向上.上滑距离 s=8.0m绳子突然断了,求(sinθ=0.6,g取10m/s2)
(1)全过程拉力做功多少.
(2)绳断时物体的速度大小.
(3)绳子断后到物体继续上滑的距离.
正确答案
解:(1)拉力做功为:W=Fs=10×8=80J,
(2)根据动能定理得:
解得:v==8m/s
(2)绳断后,物体做匀减速直线运动,直到静止,根据动能定理得:
0-
解得:h=
上升的距离为:x=
答:(1)全过程拉力做功为80J.
(2)绳断时物体的速度大小为8m/s.
(3)绳子断后到物体继续上滑的距离为5.33m.
解析
解:(1)拉力做功为:W=Fs=10×8=80J,
(2)根据动能定理得:
解得:v==8m/s
(2)绳断后,物体做匀减速直线运动,直到静止,根据动能定理得:
0-
解得:h=
上升的距离为:x=
答:(1)全过程拉力做功为80J.
(2)绳断时物体的速度大小为8m/s.
(3)绳子断后到物体继续上滑的距离为5.33m.
甲物体放在粗糙的水平面上,乙物体放在光滑的水平面,它们在相等的水平推力作用下移动相同的位移,试判断推力对物体做功W甲和W乙及功率P甲和P乙的大小关系为( )
正确答案
解析
解:根据W=Fs得,推力大小相等,位移相等,则推力做功相等.
设在粗糙水平面上的加速度为a1,则有:
在光滑水平面上的加速度为a2,则有:
则a2>a1,根据x=得:t1>t2.
根据P=知,P甲<P乙.故D正确,A、C、D错误.
故选:B
如图所示,用与水平方向成α角的力F拉一质量为m的物体,使它沿水平匀速移动距离s,若物体和地面间的摩擦因数为μ,则此力F对物体做的功是多少?
(提示:F为未知量,用已知量求解)
正确答案
解:对物体受力分析知,竖直方向受力平衡 mg=Fsinα+FN,
摩擦力的大小 f=μFN=μ(mg-Fsinα),
由于物体匀速运动,物体动能不变,
由动能定理得,Fscosα-fs=0,
解得F=
由功的定义式可得,F的功为 W=Fscosα=
答:此力F对物体做的功是
解析
解:对物体受力分析知,竖直方向受力平衡 mg=Fsinα+FN,
摩擦力的大小 f=μFN=μ(mg-Fsinα),
由于物体匀速运动,物体动能不变,
由动能定理得,Fscosα-fs=0,
解得F=
由功的定义式可得,F的功为 W=Fscosα=
答:此力F对物体做的功是
质量为5kg的物体静止在水平地面上,物体和地面之间的动摩擦因数μ=0.2,若用15N的水平推力推物体,经过4s,g取10m/s2,求:
(1)物体运动的加速度多大?
(2)这4s内物体的位移多大?
(3)这4s内合外力对物体做了多少功?
正确答案
解:(1)物体受重力、支持力、拉力和滑动摩擦力,根据牛顿第二定律,有:
F-μmg=ma
解得:a=
(2)4s内的位移为x=
(3)4s末的速度为v=at=4m/s
有动能定理可得W=
答:(1)物体运动的加速度1m/s2
(2)这4s内物体的位移8m
(3)这4s内合外力对物体做功为40J
解析
解:(1)物体受重力、支持力、拉力和滑动摩擦力,根据牛顿第二定律,有:
F-μmg=ma
解得:a=
(2)4s内的位移为x=
(3)4s末的速度为v=at=4m/s
有动能定理可得W=
答:(1)物体运动的加速度1m/s2
(2)这4s内物体的位移8m
(3)这4s内合外力对物体做功为40J
静止在粗糙水平面上的物体,在斜向上的恒力F作用下,沿水平面运动的时间为t,该恒力做功W1,平均功率P1;若该物体开始静止在光滑水平面上,在同样的恒力F作用下,沿水平面运动的时间为t,该恒力做功W2,平均功率P2.则可能是( )
正确答案
解析
解:两次水平恒力相等,但由于光滑地面上没有摩擦力;故物体在光滑地面上的加速度要大;故通过的位移大;因此,在光滑地面上运动时,拉力做功要多;W1<W2;因光滑面上做功多,而时间相等;根据P=知,P1<P2.
故选:B
质量m=2kg的物块自斜面底端A以初速度v0=10m/s沿足够长的固定斜面向上滑行,经时间t=1s速度减为零.已知斜面的倾角θ=37°,物体和斜面间的动摩擦因数为0.5,重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.试求:
(1)物块上滑过程中克服重力做的功;
(2)物块上滑过程中克服摩擦力做的功;
(3)物块回到底端A时的动能.
正确答案
解:(1)物块上滑过程中的最大位移为:
克服重力做功为:WG=mgxsin37°=2×10×5×0.6J=60J
(2)物体的加速度:a=;
由牛顿第二定律得:mgsinθ+μmgcosθ=ma,
解得摩擦力:Ff=μmgcosθ=ma-mgsinθ=8N,
物块克服摩擦力做的功:Wf=Ffx=40J;
(3)设物块回到底端A时的动能为Ek
由动能定理得:,
解得动能:Ek=;
答:(1)物块上滑过程中克服重力做的功为60J;
(2)物块上滑过程中克服摩擦力做的功为40J;
(3)物块回到底端A时的动能为20J.
解析
解:(1)物块上滑过程中的最大位移为:
克服重力做功为:WG=mgxsin37°=2×10×5×0.6J=60J
(2)物体的加速度:a=;
由牛顿第二定律得:mgsinθ+μmgcosθ=ma,
解得摩擦力:Ff=μmgcosθ=ma-mgsinθ=8N,
物块克服摩擦力做的功:Wf=Ffx=40J;
(3)设物块回到底端A时的动能为Ek
由动能定理得:,
解得动能:Ek=;
答:(1)物块上滑过程中克服重力做的功为60J;
(2)物块上滑过程中克服摩擦力做的功为40J;
(3)物块回到底端A时的动能为20J.
某人在距地面0.8m高处,将质量为2kg的小球以一定的水平速度抛出,小球落地时速度方向与水平方向的夹角为53°求:(取 g=10m/s2,sin53°=0.8)
(1)若不计阻力,人抛球时对球做的功;
(2)以相同的初速度抛球,若小球落地时速度的大小是4m/s,则小球在空中克服阻力做了多少功?
正确答案
解:(1)在竖直方向做自由落体运动,获得的速度为:
水平方向速度为:
由动能定理可知人做功为:
W=
(2)在整个过程中由动能定理可知:
mgh-Wf=
=
=9J
答:(1)若不计阻力,人抛球时对球做的功为9J;
(2)以相同的初速度抛球,若小球落地时速度的大小是4m/s,则小球在空中克服阻力做9J
解析
解:(1)在竖直方向做自由落体运动,获得的速度为:
水平方向速度为:
由动能定理可知人做功为:
W=
(2)在整个过程中由动能定理可知:
mgh-Wf=
=
=9J
答:(1)若不计阻力,人抛球时对球做的功为9J;
(2)以相同的初速度抛球,若小球落地时速度的大小是4m/s,则小球在空中克服阻力做9J
如图所示,图线表示作用在做直线运动的物体上的合外力与物体运动距离的对应关系,物体质量1kg,开始时处于静止状态,则当物体在外力的作用下,运动30m的过程中,合外力对物体做的功为______ J,物体末速度为______m/s.
正确答案
200
20
解析
解:在20m内,合力做功W1=Fx1=8×20J=160J,在20m到30m内,合力做功W2=F′x2=4×10J=40J
所以整个过程合外力做功W=160+40J=200J.
由动能定理可知,,
解得:v=20m/s
故答案为:200;20.
一质量为m的滑块以初速度v0自固定在地面上的粗糙斜面的底端开始冲上斜面,到达某一高度后又自动返回至斜面底端,图中分别给出了在整个运动过程中滑块的速度v、加速度a、动能EK及重力势能EP随时间t的变化关系图线,则其中可能正确的是( )(规定斜面底端所在水平面为参考平面)
正确答案
解析
解:A、上滑时的加速度,下滑时的加速度
.知a1>a2.速度时间图线的斜率表示加速度,故A错误、B正确.
C、动能是标量,不存在负值.故C错误.
D、物块向上做匀减速直线运动,向下做匀加速直线运动,位移与时间成二次函数关系,重力做功等于重力势能的减小量,所以重力势能先增大后减小,随时间成二次函数关系变化.故D正确.
故选BD.
一人用力把质量为1kg的物体由静止向上提高4m,使物体获得8m/s的速度,则下列说法中正确的是( )(g=10m/s2)
正确答案
解析
解:A、动能增加量为:,故A错误;
B、物体重力做功为:WG=-mgh=-1×10×4=-40J,故B错误;
C、根据动能定理,合外力对物体做的功等于动能的增加量,为32J,故C正确;
D、人对物体做功等于物体的机械能增加量,故:W人=mgh+△EK=40+32=72J,故D错误;
故选:C.
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