- 动能定理的应用
- 共327题
如图,在光滑绝缘水平面上有两个带电量分别为+q、-2q的小球,由静止开始释放两球,
则两球相互靠近的过程中,对两球组成的系统( )
正确答案
解析
略
知识点
如图所示,质量为m1=lkg的小物块由静止轻轻放在水平匀速运动的传送带上,从A点随传送带运动到水平部分的最右端B点,经半圆轨道C点沿圆弧切线进入竖直光滑的半圆轨道,恰能做圆周运动。C点在B点的正上方,D点为轨道的最低点。小物块m1到达D点后与静止在D点的质量为m2=0.5kg小物块发生碰撞,碰撞后,两者均做平抛运动,m2恰好垂直于倾斜挡板打在挡板跟水平面相交的E点,m1落在F点,已知半圆轨道的半径R=0.5m,D点距水平面的高度h =0.45m,倾斜挡板与水平面之间的夹角θ=53°,不考虑空气阻力,试求:(1)摩擦力对小物块m1做的功;(2)水平面上EG间的距离;(3)小物块m1碰撞m2后经过D点时对轨道压力的大小。(题目中可能要用到的数据:g=10 m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
见解析。
解析
(1)设小物体m1经过C点时的速度大小为v1,因为经过C点恰能做圆周运动,
由牛顿第二定律得: (1分) 解得:v1=
=
m/s (1分)
小物体m1由A到B过程中,设摩擦力对小物体做的功为Wf,由动能定理得:
(1分) 解得:Wf=2.5J (1分)
(2)小物体m2离开D点后做平抛运动,设经过时间t打在E点,由
(1分) 得:t=0.3s (1分)
设小物体m2打在E点时速度的水平、竖直分量分别为、
,由几何关系可得,
速度跟竖直方向的夹角为θ,则:、
、
(2分)
解得:
(2分)
(3)设小物体m1经过D时的速度大小为v2,对C点运动到D点的过程,
由机械能守恒定律得: (2分)
小物体m1经过D点时,与m2发生碰撞,由动量守恒定律可得,
(2分)
设轨道对m1的支持力大小为FN,由牛顿第二定律得:
(2分)
代入数据,联立解得:FN=28N,(1分)由牛顿第三定律可知,
小物体m1对轨道的压力大小为: (1分)
知识点
10.如图所示,粗糙、绝缘的直轨道OB固定在水平桌面上,B端与桌面边缘对齐,A是轨道上一点,过A点并垂直于轨道的竖直面右侧有大小E=1.5×106N/C,方向水平向右的匀强电场。带负电的小物体P电荷量是2.0×10-6C,质量m=0.25kg,与轨道间动摩擦因数μ=0.4,P从O点由静止开始向右运动,经过0.55s到达A点,到达B点时速度是5m/s,到达空间D点时速度与竖直方向的夹角为α,且tanα=1.2。P在整个运动过程中始终受到水平向右的某外力F作用,F大小与P的速率v的关系如表所示。P视为质点,电荷量保持不变,忽略空气阻力,取g=10 m/s2,求:
(1)小物体P从开始运动至速率为2m/s所用的时间;
(2)小物体P从A运动至D的过程,电场力做的功。
正确答案
(1)小物体P在速率从0至2m/s时,所受外力F1=2N,设其做匀变速直线运动的加速度为a1,经过时间△t1速度为v1,则
F1-μmg= ma1 ①
v1=a1△t1 ②
由①②式并代入数据得 △t1= 0.5s ③
说明:①②③式各2分。
(2)小物体P从速率为2m/s运动至A点,受外力F2=6N,设其做匀变速直线运动的加速度为a2则
F2-μmg= ma2 ④
设小物体P从速度v1经过△t2时间,在A点的速度为 v2,则
△t2=0.55s-△t1 ⑤
v2= v1+ a2△t2 ⑥
P从A点至B点,受外力F2=6N、电场力和滑动摩擦力的作用,使其做匀变速直线运动加速度为a3,电荷量为q,在B点的速度为v3,从A点至B点的位移为x1,则
F2-μmg-qE=ma3 ⑦
-
=2a3x1 ⑧
P 以速度v3滑出轨道右端B点,设水平方向受外力为 F3,电场力大小为FE,有
FE=F3 ⑨
F3与FE 大小相等方向相反,P水平方向所受合力为零,所以,P从点B点开始做初速度为v3的平抛运动。设P从B点运动至D点用时为△t3,水平位移为x2,由题意知
=tanα ⑩
x2= v3△t3 ⑪
设小物体P从A点至D点电场力做功为W,则
W= -qE(x1+x2) ⑫
联立④⑧⑩~⑫式并代入数据得
W=-9.25J ⑬
解析
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知识点
如图所示,水平面上放有一长为l的绝缘材料做成的滑板,滑板的右端有一固定竖直挡板。一质量为m、电荷量为+q的小物块放在滑板的左端。已知滑板的质量为8m,小物块与板面、滑板与水平面间的摩擦均不计,滑板和小物块均处于静止状态。某时刻使整个装置处于场强为E、方向水平向右的匀强电场中,小物块与挡板第一次碰撞后的速率为碰前的。求:
(1)小物块与挡板第一次碰撞前瞬间的速率v1;
(2)小物块与挡板第二次碰撞前瞬间的速率v2;
(3)小物体从开始运动到第二次碰撞前,电场力做的功W。
正确答案
见解析。
解析
(1)对小物块,根据动能定理:
(2)小物块与挡板碰撞过程动量守恒,设小物块与挡板碰撞后的速度为,所以:
依题意:
若时,
该情况不符合实际应舍去。
若时,
在小物块第一次与挡板碰撞之后到第二次与挡板碰撞之前,小物块做匀减速直线运动,滑板做匀速直线运动,从第一次碰撞后到第二次碰撞前,小物块和滑板相对于地面的位移相同,固有: 解得:
(3)设第一次碰撞过程中能量损失为
根据动量守恒:
能量守恒定律:
运算得到:
第二次碰撞前瞬间:
滑板速度:
根据功能原理:
知识点
如图所示,等腰直角三角体OAB的斜边AB是由AP和PB两个不同材料的面拼接而成,P为两面交点,且BP>AP,将OB边水平放置,让小物块从A滑到B;然后将OA边水平放置,再让小物块从B滑到A,小物块两次滑动均由静止开始,且经过P点的时间相同,物体与AP面的摩擦因数为,与PB面的摩擦因数为
;滑到底部所用的总时间分别是
和
,下列说法正确的是……( )
正确答案
解析
略
知识点
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