- 能量守恒的探究
- 共86题
如图所示,质量为M="20" kg的平板车静止在光滑的水平面上;车上最左端停放着质量为m=5kg的电动车,电动车与平板车上的挡板相距L="5" m.电动车由静止开始向右做匀加速运动,经时间t=2s电动车与挡板相碰,问:
(1) 碰撞前瞬间两车的速度大小各为多少?
(2) 若碰撞过程中无机械能损失,且碰后电动机关闭并刹车,使电动车只能在平板车上滑动,要使电动车不脱离平板车,它们之间的动摩擦因数至少多大?
正确答案
(1)4m/s; 1m/s (2)µ≥0.2
(1)设两车从静止到碰撞前瞬间,平板车相对地发生的位移为x,则电动车相对地发生的位移为L-x.
由动量守恒定律,有:m-M=0
解得x="1" m
设碰前电动车、平板车的速度分别为V1、V2,因两车在碰前均做初速度为零的匀加速直线运动,由平均速度公式:V——==
V1=2×=…=4m/s
V2=2×=…=1m/s
(2) 因碰撞过程中系统动量守恒且无机械能损失,说明两车碰后分别以原速度大小沿相反方向运动
欲使电动车不脱离平板车,由能量守恒定律可知:
mV12+MV22≤µmgL
代入已知数据,可得:µ≥0.2
(16分)如图所示,航空母舰上的起飞跑道由长度为l1="160" m的水平跑道和长度为l2 =" 20" m的倾斜跑道两部分组成。水平跑道与倾斜跑道末端的高度差h =" 4.0" m。一架质量为m = 2.0×104 kg的飞机,其喷气发动机的推力大小恒为F = 1.2×105 N,方向与速度方向相同,在运动过程中飞机受到的平均阻力大小为飞机重力的0.1倍。假设航母处于静止状态,飞机质量视为不变并可看成质点,取g =" 10" m/s2。
(1)求飞机在水平跑道运动的时间及到达倾斜跑道末端时的速度大小;
(2)为了使飞机在倾斜跑道的末端达到起飞速度100 m/s,外界还需要在整个水平轨道对飞机施加助推力,求助推力F推的大小。
正确答案
(1)(2)
试题分析:(1)飞机在水平跑道上运动时,水平方向受到推力与阻力作用,设加速度大小为a1、末速度大小为v1,运动时间为t1,有
①
②
③
注意到v0 =" 0," ,代入已知数据可得
a1 =" 5.0" m/s2,v1 =" 40" m/s,t1 =" 8.0" s ④
飞机在倾斜跑道上运动时,沿倾斜跑道受到推力、阻力与重力沿斜面分力作用,设沿斜面方向的加速度大小为a2、末速度大小为v2,沿斜面方向有
⑤
⑥
⑦
注意到v1 =" 40" m/s ,代入已知数据可得
a2 =" 3.0" m/s2,
⑧
(2)飞机在水平跑道上运动时,水平方向受到推力、助推力与阻力作用,设加速度大小为a´1、末速度大小为v´1,有
⑨
⑩
飞机在倾斜跑道上运动时,沿倾斜跑道受到推力、阻力与重力沿斜面分力作用没有变化,加速度大小仍有a´2=" 3.0" m/s2
11
根据题意,v´2 =" 100" m/s,代入数据解得
本题要求考生准确进行受力分析、熟练应用牛顿第二定律、灵活应用匀变速直线运动规律。本题还可以运用动能定理来求解,动力学问题的解题思路是:首先考虑动能定理,其次是牛顿运动定律。
)如图所示,一质量为m的氢气球用细绳拴在地面上,地面上空风速水平且恒为v0,球静止时绳与水平方向夹角为α.某时刻绳突然断裂,氢气球飞走.已知氢气球在空气中运动时所受到的阻力f正比于其相对空气的速度v,可以表示为f=kv(k为已知的常数).则
(1)氢气球受到的浮力为多大?
(2)绳断裂瞬间,氢气球加速度为多大?
(3)一段时间后氢气球在空中做匀速直线运动,其水平方向上的速度与风速v0相等,求此时气球速度大小(设空气密度不发生变化,重力加速度为g).
正确答案
(1)(2)
(3)
(1)气球静止时受力如图,设细绳的拉力为T,由平衡条件得
(2分)
(2分)
解得 (1分)
(1分)
(2)细绳断裂瞬间,气球所受合力大小为T,则加速度大小为
(1分)
解得 (2分)
(3)设气球匀速运动时,相对空气竖直向上速度vy,则有
(2分)
解得 (1分)
气球相对地面速度大小 (2分)
解得 (1分)
如图所示,光滑水平面上静止放着长L=1.6m,质量为M=3kg的木块(厚度不计),一个质量为m=1kg的小物体放在木板的最右端,m和M之间的动摩擦因数μ=0.1,今对木板施加一水平向右的拉力F,(g取10m/s2)
小题1:为使小物体不掉下去,F不能超过多少?
小题2:如果拉力F=10N恒定不变,求小物体所能获得的最大动能?
小题3:如果拉力F=10N,要使小物体从木板上掉下去,拉力F作用的时间至少为多少?
正确答案
小题1:4N
小题2:
小题3:
(1)F=(M+m)a
μmg="ma "
F=μ(M+m)g="0.1×(3+1)×10N=4N"
(2)小物体的加速度
木板的加速度
解得物体滑过木板所用时间
物体离开木板时的速度
(3)若要F作用时间最短,则物体离开木板时与木板速度相同。设F作用的最短时间为t1,物体在木板上滑行的时间为t,物体离开木板时与木板的速度为V
如图4所示,M为固定在桌面上的木块,M上有一个圆弧的光滑轨道abcd,a为最高点,bd为其水平直径,de面水平且有足够的长度,将质量为m的小球在d点的正上方高h处从静止释放,让它自由下落到d点切入轨道内运动,则( )
正确答案
ACD
本题综合考查机械能守恒定律和圆周运动、平抛运动等知识,要求具有较强的分析解决物理问题的能力。
由,可得
,小球的运动情况与其质量的大小无关。由
,可得
,由此求得最小水平射程大于R,故无论怎样改变h的大小,都不能使小球通过a点后又落回到轨道内。h越大,va越大,水平射程越大,故增大h,可使小球通过a点后飞出de面之外。
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