- 机械能守恒定律
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小象霍顿来到瑞士阿尔卑斯山进行滑雪体验,小象从高h=10m的斜坡坡顶由静止滑下,如果小象在下滑过程中受到的阻力F=500N,斜坡的倾角θ=30°,已知小象质量m=500kg,求:
(1)小象滑至坡底的过程中,小象所受合力做的功;
(2)小象滑至坡底时,小象的速度大小及重力的瞬时功率.
正确答案
解:合外力做功为
W=mgh-F=500×10×10-500×
J=4×104J;
(2)下滑的加速度为mgsin30°-F=ma
a=gsin30°-=10×
=4m/s2
斜面的长度为L=
2aL=v2
v=
重力功率为P=mgvcos60°=500×10×4×0.5W=
答:(1)小象滑至坡底的过程中,小象所受合力做的功4×104J
(2)小象滑至坡底时,小象的速度大小及重力的瞬时功率.
解析
解:合外力做功为
W=mgh-F=500×10×10-500×
J=4×104J;
(2)下滑的加速度为mgsin30°-F=ma
a=gsin30°-=10×
=4m/s2
斜面的长度为L=
2aL=v2
v=
重力功率为P=mgvcos60°=500×10×4×0.5W=
答:(1)小象滑至坡底的过程中,小象所受合力做的功4×104J
(2)小象滑至坡底时,小象的速度大小及重力的瞬时功率.
一辆汽车的质量是5×103kg,发动机的额定功率为60kw,汽车所受阻力恒为5000N,如果汽车从静止开始以0.5m/s2的加速度做匀加速直线运动,功率达到最大后又以额定功率运动了一段距离后汽车达到了最大速度,在整个过程中,汽车运动了125m.问在这个过程中,汽车发动机的牵引力做功是多少?
下面是甲、乙两位同学的解法:
甲同学:(s)W=Pt=6×104×22.36=1.34×106(J)
乙同学:F=ma+f=5×103×0.5+5000=7500(N)W=Fs=7500×125=9.375×105(J)
请对上述两位同学的解法做出评价,若都不同意请给出你的解法.
正确答案
解:甲同学:(s)
W=Pt=6×104×22.36=1.34×106(J)
乙同学:F=ma+f=5×103×0.5+5000=7500(N)
W=Fs=7500×125=9.375×105(J)
请对上述两位同学的解法做出评价,若都不同意请给出你的解法.
答案:甲乙两位同学的解法都不正确.
甲同学把125m全当做匀加速直线运动的位移,求出运动时间t,这一步就错了,然后又用公式W=Pt来求牵引力做功,而汽车在做匀加速运动的过程中功率是逐渐变大的,这一步骤又错了.
而乙同学的做法中,第一步是正确的,但F是汽车做匀加速运动时的牵引力,当汽车以额定功率行驶时,牵引力是变力,做功不能用W=Fs来计算.
正确的解法是:
汽车行驶的最大速度:(m/s)
根据动能定理可写出:
可求出:(J)
答:该同学的解法不对.正确的解法如上所述,汽车的牵引力做的功应为:9.85×105J.
解析
解:甲同学:(s)
W=Pt=6×104×22.36=1.34×106(J)
乙同学:F=ma+f=5×103×0.5+5000=7500(N)
W=Fs=7500×125=9.375×105(J)
请对上述两位同学的解法做出评价,若都不同意请给出你的解法.
答案:甲乙两位同学的解法都不正确.
甲同学把125m全当做匀加速直线运动的位移,求出运动时间t,这一步就错了,然后又用公式W=Pt来求牵引力做功,而汽车在做匀加速运动的过程中功率是逐渐变大的,这一步骤又错了.
而乙同学的做法中,第一步是正确的,但F是汽车做匀加速运动时的牵引力,当汽车以额定功率行驶时,牵引力是变力,做功不能用W=Fs来计算.
正确的解法是:
汽车行驶的最大速度:(m/s)
根据动能定理可写出:
可求出:(J)
答:该同学的解法不对.正确的解法如上所述,汽车的牵引力做的功应为:9.85×105J.
汽车的额定功率为90KW,路面的阻力为f,汽车行驶的最大速度为v.则( )
正确答案
解析
解:A、当牵引力和阻力的大小相等时即F=f时,汽车的速度到达最大值,所以P=Fv=fv,
当f′=2f时,即F′=2f时速度最大,由P=F′v′可知,v′=,故A正确;
B、由P=Fv可知,牵引力为原来的二倍时,速度为原来的;故B错误;
C、汽车的额定功率与汽车的牵引力无关,汽车的额定功率仍为为90KW,故C错误;
D、如果汽车以最大速度v做匀速直线运动,输出功率一定等于90kW,故D正确.
故选:AD
一辆电动自行车的铭牌L给出的技术参数如下:
车型:26”电动自行车 电瓶:电动势36V,内阻0.25Ω
整车质量:30kg 最大载重:100kg
后轮驱动直流永磁电机:额定电压:35V,额定电流:4A,直流电阻:1.25Ω
质量为70kg的人骑此电动自行车沿平直公路行驶,所受阻力f恒为车和人总重的k=0.02倍,取g=10m/s2.求:
(1)此车永磁电机在额定电压下正常工作的额定输出功率;
(2)仅在永磁电机以额定功率提供动力的情况下,人骑自行车的最大速度多大?当人骑自行车以此最大速度沿平直公路行驶1200m,电瓶消耗化学能多少焦耳.
正确答案
解:(1)此车永磁电机在额定电压下正常工作的额定输出功率为:
P出=U额×I额-I额2R=35×4-42×1.25W=120W
(2)此车所受的阻力为:f=k(m+M)g=0.02×(30+70)×10N=20N
最大速度时牵引力与阻力平衡,即为:F=f
由P出=Fvmax=fvmax
得:vmax==
m/s=6m/s
以最大速度沿平直公路行使1200m所用时间为:t==
s=200s
蓄电池耗能:W=EIt=3 6×4×200J=28800J
答:(1)此车永磁电机在额定电压下正常工作的额定输出功率为120W;
(2)仅在永磁电机以额定功率提供动力的情况下,人骑自行车的最大速度为6m/s,当人骑自行车以此最大速度沿平直公路行驶1200m,电瓶消耗化学能为28800J.
解析
解:(1)此车永磁电机在额定电压下正常工作的额定输出功率为:
P出=U额×I额-I额2R=35×4-42×1.25W=120W
(2)此车所受的阻力为:f=k(m+M)g=0.02×(30+70)×10N=20N
最大速度时牵引力与阻力平衡,即为:F=f
由P出=Fvmax=fvmax
得:vmax==
m/s=6m/s
以最大速度沿平直公路行使1200m所用时间为:t==
s=200s
蓄电池耗能:W=EIt=3 6×4×200J=28800J
答:(1)此车永磁电机在额定电压下正常工作的额定输出功率为120W;
(2)仅在永磁电机以额定功率提供动力的情况下,人骑自行车的最大速度为6m/s,当人骑自行车以此最大速度沿平直公路行驶1200m,电瓶消耗化学能为28800J.
关于功率,以下说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、功率大小与做功多少和所用时间都有关系,做功多,时间不确定,功率大小不能确定.故A错误;
B、因为功率等于牵引力与运动速度的乘积,汽车牵引力越大,功率不一定大,但功率一定时,速度越小牵引力越大;速度越大,牵引力越小.所以牵引力与速度成反比.故B错误,D正确;
C、公式P=求的是这段时间内的平均功率,不能求瞬时功率,故C错误.
故选D
如图所示,两物体质量m1=m2,都置于水平地面上,它们与地面间的动摩擦因数相同.大小相等的两个恒力F1和F2分别作用在m1和m2上,但F1与水平方向成θ角斜向上,F2与水平方向成θ角斜向下,两物体由静止同时开始运动,则( )
正确答案
解析
解:根据牛顿第二定律得,,
,可知a2<a1,
A、根据v=at知,同一时刻v1>v2,根据瞬时功率公式P=Fvcosθ知,F1和F2在同一时刻的瞬时功率不同,故A错误.
B、根据x=知,相同位移通过的时间不同,两个力在相同位移内做功相同,根据P=
知,平均功率不同,故B错误.
C、根据动能定理知,Fx-fx=△Ek,由于两个物体所受的阻力相等,通过相同位移动能的变化量不同,故C错误.
D、根据W=Fxcosθ知,经过相同位移,两个力做功相同,故D正确.
故选:D.
一辆电动自行车的铭牌上给出了如下的技术参数表:
质量为M=50kg的人骑此电动自行车沿平直公路行驶,所受阻力恒为车和人总重的0.1倍.若取g=10m/s2,那么在此人行驶的过程中:
(1)假设电动机正常工作时,损失的功率全部由电动机绕线电阻生热而产生,则电动机的绕线电阻为多大?
(2)在电动机以额定功率提供动力的情况下,当车速为v=1.2m/s时,此人骑车的加速度多大?
正确答案
解:(1)电动机正常工作时输入功率为:P入=UI=36×3.5W=126W
由能量守恒I2r=P入-P出
得r=Ω≈0.49Ω
(2)车行驶时所受阻力为f=k(M+m)g=0.1×(30+50)×10N=80N
当达到速度v时,有P出=Fv得
F==100N
由牛顿第二定律F-f=(M+m)a
得a==.25m/s2
答:(1)则电动机的绕线电阻为0.49Ω
(2)在电动机以额定功率提供动力的情况下,当车速为v=1.2m/s时,此人骑车的加速度为0.25m/s2
解析
解:(1)电动机正常工作时输入功率为:P入=UI=36×3.5W=126W
由能量守恒I2r=P入-P出
得r=Ω≈0.49Ω
(2)车行驶时所受阻力为f=k(M+m)g=0.1×(30+50)×10N=80N
当达到速度v时,有P出=Fv得
F==100N
由牛顿第二定律F-f=(M+m)a
得a==.25m/s2
答:(1)则电动机的绕线电阻为0.49Ω
(2)在电动机以额定功率提供动力的情况下,当车速为v=1.2m/s时,此人骑车的加速度为0.25m/s2
质量为m的小车从静止开始沿平直的路面加速行驶,经过时间t前进的距离为t,且速度达到最大值vm,假设该过程中电动机的功率恒为P,小车所受阻力恒为f,那么这段时间内,小车( )
正确答案
解析
解:A、小车电动机的功率恒定,速度不断变大,根据功率与速度关系公式P=Fv可知,牵引力不断减小,根据牛顿第二定律,有 -F=ma,故小车的运动是加速度不断减小的加速运动,故AB错误;
C、对小车启动过程,根据动能定理,有:W合=mv
=Pt-fl,则牵引力做功Pt=fl+
mv
,故C错误,D正确.
故选:D.
一辆质量为5×103kg的汽车,额定功率为60kW,现让汽车保持60kW的功率的水平路面上从静止开始运动,运动中汽车所受阻力恒为车重的0.1倍,求:
(1)汽车行驶能达到的最大速度(g=10m/s2)
(2)汽车的加速度为1m/s2时汽车的速度;
(3)汽车行驶达到最大速度时所用时间为10s,在这段时间内汽车的位移为多大?
正确答案
解:(1)当汽车速度最大时,牵引力等于阻力,F=f
此时:vm==12m/s
(2)根据牛顿第二定律得:F-f=ma ①
汽车功率恒定,由P=Fv得:v=②
联立①②带入数据得v=6m/s.
(3)这段时间内,根据动能定理得:
Pt-fx=
解得:x=480m
答:(1)汽车行驶能达到的最大速度为12m/s;
(2)汽车的加速度为1m/s2时汽车的速度为6m/s;
(3)在这段时间内汽车的位移为480m
解析
解:(1)当汽车速度最大时,牵引力等于阻力,F=f
此时:vm==12m/s
(2)根据牛顿第二定律得:F-f=ma ①
汽车功率恒定,由P=Fv得:v=②
联立①②带入数据得v=6m/s.
(3)这段时间内,根据动能定理得:
Pt-fx=
解得:x=480m
答:(1)汽车行驶能达到的最大速度为12m/s;
(2)汽车的加速度为1m/s2时汽车的速度为6m/s;
(3)在这段时间内汽车的位移为480m
测定运动员体能的一种装置如右图所示,运动员的质量为M,绳拴在腰间沿水平方向跨过滑轮(不计滑轮摩擦和质量),绳的另一端悬吊的重物质量为m,人用力向后蹬传送带而人的重心不动,传送带以速度v向后匀速运动(速度大小可调).最后可用
v的值作为被测运动员的体能参数,则( )
正确答案
解析
解:A、人对传送带的摩擦力方向向右,传送带在力的方向上有位移,所以人对传送带做正功.故A错误.
B、人的重心不动,绳对人的拉力和人与传送带间的摩擦力平衡,而拉力又等于mg.所以人对传送带做功的功率为mgv.故B正确,
C、因人没有位移,则传送带对人不做功.故C错误
D、体能参数为人做功率与体重之比即:=
v比值越大说明运动员越有力,体能越好.故D正确
故选:BD
当汽车的发动机功率一定时,则( )
正确答案
解析
解:汽车的功率P一定,由P=Fv可知:v=,要增大汽车的牵引力F,则汽车的速度v要减小,要增大汽车的速度v,牵引力F要减小,故ACD错误,B正确;
故选:B.
某同学的质量为50kg,在跳绳比赛中,他一分钟跳120次,每次起跳中有时间腾空,g取10m/s2,则在跳绳过程中
(1)他每次的腾空时的上升时间是多少
(2)他每次克服重力做的功是多少
(3)他的平均功率为多少.
正确答案
解:(1)运动员腾空过程可视为竖直上抛运动,故上升时间占腾空时间的一半,故该同学每次腾空时上升的时间
t=
(2)运动员腾空上升的时间内运动员上升的高度h=
所以该同学一次腾空过程中克服重力做的功W=mgh=50×10×0.2J=100J
(3)该同学1分钟内跳了120次
所以1分钟内该同学克服重力做的总功W总=120W=12000J
所以该同学的平均功率
答:(1)他每次的腾空时的上升时间是0.2s;
(2)他每次克服重力做的功是100J;
(3)他的平均功率为200W.
解析
解:(1)运动员腾空过程可视为竖直上抛运动,故上升时间占腾空时间的一半,故该同学每次腾空时上升的时间
t=
(2)运动员腾空上升的时间内运动员上升的高度h=
所以该同学一次腾空过程中克服重力做的功W=mgh=50×10×0.2J=100J
(3)该同学1分钟内跳了120次
所以1分钟内该同学克服重力做的总功W总=120W=12000J
所以该同学的平均功率
答:(1)他每次的腾空时的上升时间是0.2s;
(2)他每次克服重力做的功是100J;
(3)他的平均功率为200W.
如图所示,倾角θ=37°的光滑斜面固定在地面上,斜面的长度L=3.0m.质量m=0.10kg的滑块(可视为质点)从斜面顶端由静止滑下.已知sin37°=0.60,cos37°=0.80,空气阻力可忽略不计,重力加速度g取10m/s2.求:
(1)滑块滑到斜面底端时速度的大小;
(2)滑块滑到斜面底端时重力的瞬时功率大小.
正确答案
解:(1)根据动能定理,有:mgh=
解得:v==
=6m/s
(2)物体滑到斜面底端时重力的瞬时功率为:P=mgvsinθ=0.1×10×6×0.6W=3.6W
答:(1)滑块滑到斜面底端时速度的大小为6m/s;
(2)滑块滑到斜面底端时重力的瞬时功率大小为3.6W.
解析
解:(1)根据动能定理,有:mgh=
解得:v==
=6m/s
(2)物体滑到斜面底端时重力的瞬时功率为:P=mgvsinθ=0.1×10×6×0.6W=3.6W
答:(1)滑块滑到斜面底端时速度的大小为6m/s;
(2)滑块滑到斜面底端时重力的瞬时功率大小为3.6W.
去年我国青海省玉树地区遭遇了地震灾害,在抗震救灾中,运输救灾物资的某汽车发动机的额定功率为80kW,它以额定功率在平直公路上行驶的最大速度为20m/s,则汽车在以最大速度匀速行驶时所受的阻力大小是______N.
正确答案
解:汽车匀速运动,说明汽车处于受力平衡状态,此时汽车受到的阻力的大小和汽车的牵引力大小相等,由P=FV=fV可以求得:
f=.
故答案为:4000
解析
解:汽车匀速运动,说明汽车处于受力平衡状态,此时汽车受到的阻力的大小和汽车的牵引力大小相等,由P=FV=fV可以求得:
f=.
故答案为:4000
质量为m的汽车以恒定功率P沿倾角为θ的倾斜路面向上行驶,最终以速度vm匀速运动.若保持汽车的功率P不变,使汽车沿这个倾斜路面向下运动,最终以速度vP匀速行驶.假设汽车受到的摩擦阻力大小不变.则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、汽车在达到匀速之前,若做匀加速运动,则牵引力保持不变,根据P=Fv可知,若牵引力不变、功率又不变,速度必然不变,所以不可能做匀加速运动,故A错误;
B、当汽车匀速运动时,受力平衡,由于汽车是沿倾斜的路面向上行驶的,对汽车受力分析可知,汽车的牵引力F=f+mgsinθ,由功率P=Fv,所以上坡时的速度vm=,
当汽车向下匀速运动时,受力平衡,对汽车受力分析可知,F′+mgsingθ=f,所以此时的牵引力F′=f-mgsingθ,由功率P=F′vP知,vP=,所以vP大于vm,所以B正确.
C、当汽车沿这个倾斜路面向下运动时,汽车的牵引力F′=f-mgsingθ,所以f>mgsingθ,所以C错误.
D、在匀速通过相等距离的情况下,上坡时用的时间比下坡时用的时间长,根据W=Pt可知,上坡时汽车做的功多,D正确.
故选BD
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