- 机械能守恒定律
- 共29368题
质量m=3kg的物体,在水平力F=6N的作用下,在光滑水平面上从静止开始运动,运动时间t=3s,求:力F在3s内对物体所做功的功率和3s末的功率.
正确答案
解:根据牛顿第二定律得:
则3s内的位移为:x=
则拉力做功为:W=Fx=6×9=54J
力F的平均功率为:
3s末的速度为:v=at=2×3=6m/s
则在3s末力F对物体做功的瞬时功率为:P=Fv=6×6=36W
答:(1)力F在t=3s内对物体所做功的平均功率为18W.
(2)在3s末力F对物体做功的瞬时功率为36W.
解析
解:根据牛顿第二定律得:
则3s内的位移为:x=
则拉力做功为:W=Fx=6×9=54J
力F的平均功率为:
3s末的速度为:v=at=2×3=6m/s
则在3s末力F对物体做功的瞬时功率为:P=Fv=6×6=36W
答:(1)力F在t=3s内对物体所做功的平均功率为18W.
(2)在3s末力F对物体做功的瞬时功率为36W.
一传送带装置由电机带动,示意图如图所示,其中传送带AB区域是水平的,BC的倾角θ=37°,B处有一很小段圆弧形过渡(圆弧形长度不计,图中未画出),AB长度为L1=4m,BC长度为L2=25m.现将一个质量m=1.0kg的工件(可视为质点)无初速轻放在传送带A端,工件与传送带间动摩擦因素为μ=0.8.设传送带运行的速率v=8.4m/s始终保持不变,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.
求:
(1)工件到达B端时的速度大小;
(2)工件从A端运动到C端所经历的时间;
(3)工件从A端传送到C端的过程中,与不传送工件相比,电机要多做多少功?(传送带与轮子间无相对滑动,不计轮轴处的摩擦).
正确答案
解:(1)工件在水平做匀加速运动的加速度为a1==μg=8m/s2.
设工件在水平传送带一直做匀加速运动到B点,到达B点的速度为aB,
则有vB2=2a1L1
得到vB=8m/s
(2)因为vB=8m/s<8.4m/s,说明工件在水平传送带一直做匀加速运动,
运动时间为t1==1s
工件滑上BC区域过程,开始阶段工件受到沿斜面向上的滑动摩擦力,做匀加速运动,设经过时间t2工件速度与传送带速度相同.
此过程加速度大小为a2==g(μcos37°-sin37°)
代入解得a2=0.4m/s2
由v=vB+a2t2,得t2=
代入解得t2=1s
工件在BC区域匀加速运动通过的位移大小为x1==8.2m,此后工件随传送带一起匀速上升,
到达C端时的速度大小为v=8.4m/s,
匀速运动的时间为t3==
=2s.
所以工件从A端运动到C端所经历的时间为t=t1+t2+t3=4s;
(3)工件在AB区域运动时与传送带的相对位移大小为△x1=vt1-L1=8.4m-4m=4.4m,此过程摩擦生热为
Q1=μmg△x1=8×4.4J=35.2J
工件在BC区域运动时与传送带的相对位移大小为△x2=vt2-x1=8.4m-8.2m=0.2m,此过程摩擦生热为
Q2=μmgcos37°△x2=8×0.8×0.2J=1.28J
所以工件从A端传送到C端的过程中,工件与传送带间克服摩擦总共生热为Q=Q1+Q2=36.48J.
工件的动能EK==35.28J
工件到达C端的势能EJ=mgh=150J
所以电机做功W=Q+EK+EJ=36.48+35.28+150=221.76J
答:(1)工件到达B端时的速度大小是8m/s;
(2)工件从A端运动到C端所经历的时间是4s;
(3)工件从A端传送到C端的过程中,电机做功为221.76J
解析
解:(1)工件在水平做匀加速运动的加速度为a1==μg=8m/s2.
设工件在水平传送带一直做匀加速运动到B点,到达B点的速度为aB,
则有vB2=2a1L1
得到vB=8m/s
(2)因为vB=8m/s<8.4m/s,说明工件在水平传送带一直做匀加速运动,
运动时间为t1==1s
工件滑上BC区域过程,开始阶段工件受到沿斜面向上的滑动摩擦力,做匀加速运动,设经过时间t2工件速度与传送带速度相同.
此过程加速度大小为a2==g(μcos37°-sin37°)
代入解得a2=0.4m/s2
由v=vB+a2t2,得t2=
代入解得t2=1s
工件在BC区域匀加速运动通过的位移大小为x1==8.2m,此后工件随传送带一起匀速上升,
到达C端时的速度大小为v=8.4m/s,
匀速运动的时间为t3==
=2s.
所以工件从A端运动到C端所经历的时间为t=t1+t2+t3=4s;
(3)工件在AB区域运动时与传送带的相对位移大小为△x1=vt1-L1=8.4m-4m=4.4m,此过程摩擦生热为
Q1=μmg△x1=8×4.4J=35.2J
工件在BC区域运动时与传送带的相对位移大小为△x2=vt2-x1=8.4m-8.2m=0.2m,此过程摩擦生热为
Q2=μmgcos37°△x2=8×0.8×0.2J=1.28J
所以工件从A端传送到C端的过程中,工件与传送带间克服摩擦总共生热为Q=Q1+Q2=36.48J.
工件的动能EK==35.28J
工件到达C端的势能EJ=mgh=150J
所以电机做功W=Q+EK+EJ=36.48+35.28+150=221.76J
答:(1)工件到达B端时的速度大小是8m/s;
(2)工件从A端运动到C端所经历的时间是4s;
(3)工件从A端传送到C端的过程中,电机做功为221.76J
用起重机把重量为2.0x104N的物体匀速地提高了5m,钢绳的拉力做了多少功?物体克服重力做了多少功?这些力做的总功是多少?
正确答案
解:物体匀速提升,由平衡条件:F=G=2.0×104N
钢绳的拉力做功:WF=Fh=2.0×104×5J=1.0×105J
重力做功:WG=-Gh=-2.0×104×5J=-1.0×105J
物体克服重力做功:W=-
这些力所做的总功是:W总=WF+WG=0
答:钢绳的拉力做了1.0×105J的功;重力做了1.0×105J的功;物体克服重力做功1.0×105J,
这些力所做的总功是0
解析
解:物体匀速提升,由平衡条件:F=G=2.0×104N
钢绳的拉力做功:WF=Fh=2.0×104×5J=1.0×105J
重力做功:WG=-Gh=-2.0×104×5J=-1.0×105J
物体克服重力做功:W=-
这些力所做的总功是:W总=WF+WG=0
答:钢绳的拉力做了1.0×105J的功;重力做了1.0×105J的功;物体克服重力做功1.0×105J,
这些力所做的总功是0
如图所示,质量为2kg的物体放在光滑水平地面上.物体从静止起受到与水平方向成30°角,大小为10N的拉力作用,开始沿地面向右作直线运动.当物体向右运动1m时,求拉力对物体所做的功及此时物体的动能.
正确答案
解:拉力F为恒力,做功为:
W=FSCOS30°=10×1×J=5
J
物体加速过程中,只有拉力做功,根据动能定理,有:
EK=FSCOS30°=10×1×J=5
J
答:拉力对物体所做的功为5J,此时物体的动能为5
J.
解析
解:拉力F为恒力,做功为:
W=FSCOS30°=10×1×J=5
J
物体加速过程中,只有拉力做功,根据动能定理,有:
EK=FSCOS30°=10×1×J=5
J
答:拉力对物体所做的功为5J,此时物体的动能为5
J.
质量为m的皮球,与地面碰撞机械能总是损失20%,现将该球从高为h处竖直向下抛出,要使它反弹到h高处,不计空气阻力,则人至少应对皮球做功( )
正确答案
解析
解:下落过程中有:
上升过程中有:
联立解得
故A正确、BDC错误.
故选:A.
11月28日阿联酋迪拜成功获得了2020年世博会的举办权,人们在世界最高建筑哈利法塔(原名迪拜塔,高828m)上庆祝申办成功.假设塔内有一部电梯某次运送乘客的速度-时间图象如图所示,下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、没有说明电梯是向下运动还是向上运动,故A错误;
B、在v-t图象中,与时间轴所围面积即为位移位移为x=,故B错误;
C、总位移为x=,故C错误;
D、根据动能定理可判断合外力对电梯做的功为零,故D正确;
故选:D
如图所示,一个人用与水平方向成60°角的力F=40N拉一木箱,在水平地面上沿直线匀速前进8m,则:
(1)拉力F对木箱所做的功为______
(2)外力对木箱所做的总功为______.
正确答案
160
0
解析
解:(1)拉力F对木箱所做的功W=Fxcosθ=40×8×=160J
(2)木箱匀速运动,合外力为零,则外力对木箱所做的总功为0.
故答案为:160;0
水平面上有一物体,受一水平方向的力的作用,由静止开始无摩擦地运动,经过路程S1,速度达到V,又经过路程S2,速度达到2V,则在S1和S2两段路程中该力所做功之比是( )
正确答案
解析
解:根据动能定理得,,
,可知W1:W2=1:3.故C正确,A、B、D错误.
故选:C.
弹簧所受压缩力F与缩短的距离l,按胡克定律F=kl,如果10N的力能使弹簧压缩1厘米,那么把弹簧从平衡位置压缩10厘米做功为______.
正确答案
5J
解析
解:做f-x图象,如图所示:
F-x图象与x轴包围的面积表示弹力做的功,故:
W=
故答案为:5J.
一辆质量为m的汽车在发动机牵引力F的作用下,沿水平方向运动.在t0时刻关闭发动机,其运动的v-t图象如图所示.已知汽车行驶过程中所受的阻力是汽车重量的k倍,则( )
正确答案
解析
解:AB、图线与时间轴围成的面积表示位移,知加速阶段和减速阶段经历的位移之比x1:x2=1:2.所以的时间之比为1:2,因为平均速度=
,则平均速度之比为1:1.故A错误,B正确.
C、根据动能定理得,Fx1-f(x1+x2)=0,则牵引力做功和整个过程克服阻力做功相等,则=
.故C正确.
D、由C可知牵引力F=3f=3kmg,t时间内的位移等于面积s=,故做功W=Fs=
,故D正确.
故选:BCD.
如图,m=2kg的物体从高为3m的斜面顶端由静止开始下滑,斜面的倾角为30°,物体下滑的加速度为3m/s2,求:
①物体在斜面中点的重力势能和动能各为多大?
②物体在下落过程中克服摩擦力做了多少功?
正确答案
解:①斜面的长度为x=
物体下滑过程中,下滑到斜面中点的速度为v,则
解得v=3m/s
选地面为零势能面,故下落到斜面中的距地面的高度为
重力势能为EP=mgh′=30J
动能为
②在下滑过程中根据牛顿第二定律可知mgsin30°-f=ma
解得f=4N
故克服摩擦力做功为Wf=fx=24J
答:①物体在斜面中点的重力势能和动能各为30J和9J
②物体在下落过程中克服摩擦力做功为24J
解析
解:①斜面的长度为x=
物体下滑过程中,下滑到斜面中点的速度为v,则
解得v=3m/s
选地面为零势能面,故下落到斜面中的距地面的高度为
重力势能为EP=mgh′=30J
动能为
②在下滑过程中根据牛顿第二定律可知mgsin30°-f=ma
解得f=4N
故克服摩擦力做功为Wf=fx=24J
答:①物体在斜面中点的重力势能和动能各为30J和9J
②物体在下落过程中克服摩擦力做功为24J
一质点位于x=-2m处,t=0时刻沿x轴正方向做直线运动,其运动的v-t图象如图所示.下列说法正确是( )
正确答案
解析
解:A、0-4s内质点的位移等于0-2s的位移,为△x=×(1+2)×2m=3m,t=0时质点位于x=-2m处,则t=4s时,质点在x=1m处,故A错误.
B、图线的斜率表示加速度,直线的斜率一定,则知第3s内和第4s内,质点加速度相同,其方向相同,故B错误.
C、根据图象与坐标轴围成的面积表示位移,在时间轴上方的位移为正,下方的面积表示位移为负,则知O~2s内和0~4s内,质点的位移相同,但所用时间不同,则平均速度不同,故C错误.
D、根据图象可知,2s末的速度与4s末的速度大小相等,则动能相等,而初动能都为零,所以动能的变化量相等,根据动能定理可知,外力对质点做的功相同,故D正确.
故选:D
质量为m的汽车发动机的功率大小恒为P,阻力大小恒为Ff,牵引力用F表示,汽车由静止开始,经过时间t沿直线行驶位移大小为s时,速度恰好达到最大值vm,则此过程中汽车发动机所做的功正确的是( )
正确答案
解析
解;A、根据功与功率的关系,则有W发=Pt,故A正确;
B、汽车启动达到最大速度时汽车的牵引力与阻力相等,
根据功率的表达式P=Fv得:
W发=F牵vmt=Ffvmt,故B正确.
C、根据动能定理研究汽车由静止开始到最大速度的过程
W发+Wf=mvm2
Wf=-Ffs
W发=mvm2+Ffs,故C正确.
D、整个F是变化的,所以牵引力的功不能用Fs表示,故D错误.
故选ABC
一人用力将质量为1kg的皮球由静止踢出,球飞出的速度为10m/s,假定人踢球过程对球的平均作用是200N,球在水平方向运动了20m后停下来,那么人对球所做的功为( )
正确答案
解析
解:对皮球,从静止到离开脚飞出过程,由动能定理得:
可求得人对皮球做功:50J
故选:C.
某高中学生清晨骑自行车上学,他从家门出,若以4m/s的速度匀速行驶,约15分钟到校门口下车,设运中所受阻力只有他体重的十分之一,请你估算,他清晨骑车到校所做的功.
正确答案
解:高中学生的质量约为50kg;
由题意可知,人的位移x=vt=4×60×15=3600m;
人输出的牵引力大约为F=f==50N;
则人所做的功W=Fx=50×3600=1.8×105J;
答:该学生骑车所做的功为1.8×105J
解析
解:高中学生的质量约为50kg;
由题意可知,人的位移x=vt=4×60×15=3600m;
人输出的牵引力大约为F=f==50N;
则人所做的功W=Fx=50×3600=1.8×105J;
答:该学生骑车所做的功为1.8×105J
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