- 能量守恒定律与能源
- 共1856题
将两块0℃的冰互相摩擦,两者之间的摩擦力为9.8N ,两者的平均相对速度为3m/s,如果所做的功全部用来使冰融化,则摩擦5min可以熔化冰__g.( 冰的熔解热 L=3.4 ×105J/kg)
正确答案
26
如图所示,固定的光滑水平绝缘轨道与半径为R=0.2m、竖直放置的光滑绝缘的圆形轨道平滑连接,圆形轨道处于电场强度大小为,方向水平向右的匀强电场中。光滑水平绝缘轨道上有A、B、C、D四个可看作为质点的小球,已知mA=mD=0.1kg,mB=mC=0.2kg,A球带正电,电量为q,其余小球均不带电。小球C、D与处于原长的轻弹簧2连接,小球A、B中间压缩一轻且短的弹簧(弹簧弹力足够大),轻弹簧与A、B均不连接,在圆轨道的最低点由静止释放A、B后,A球在圆轨道运动时恰能做完整的圆周运动,B被弹开后与C小球碰撞且粘连在一起,设碰撞时间极短。g取10m/s2。试求:
(1)A球离开弹簧后的最小速度以及刚进入圆轨道时对轨道的压力的大小?
(2)弹簧2的最大弹性势能?
正确答案
解:(1)因带电小球A恰能做完整的圆周运动,则小球通过复合场中的最高点P的向心力由小球A的重力和电场力的合力提供,由圆周运动知识,此时速度为最小速度
设此时的速度大小为v,方向与重力的方向的夹角为θ
由牛顿第二定律:
解得:v=2m/s,tanθ=,θ=30°
小球A从圆周轨道的最低点运动到P的过程中,由动能定理有:
-mAg(R+Rsin30°)-EqRcos30°=
代入值得:vA=4m/s
在最低点位置,由牛顿第二定律:
解得:F=9N
由牛顿第三定律,A球离开弹簧后刚进入圆轨道时对轨道的压力的大小为9N
(2)在圆周轨道的最低点弹簧将B、A两球向左、右弹开,设弹开时A、B两球的速度大小分别为vA、vB由动量守恒有:mAvA=mBvB
代入值得:vB=vA/2= 2m/s
B与C碰撞动量守恒,设BC碰后速度为v1,则:mBvB=(mB+mC)v1
得:v1=1m/s
BC碰后,整体减速,D球加速,当两者速度相等(设为v2)时,弹簧最短,弹性势能最大
由动量守恒有:mBvB=(mB+mC+ mD)v2代入值得:v2=0.8m/s
由能量守恒得:J
装甲车和战舰采用多层钢板比采用同样质量的单层钢板更能抵御穿甲弹的射击。通过对一下简化模型的计算可以粗略说明其原因。质量为2m、厚度为2d的钢板静止在水平光滑桌面上。质量为m的子弹以某一速度垂直射向该钢板,刚好能将钢板射穿。现把钢板分成厚度均为d、质量均为m的相同两块,间隔一段距离水平放置,如图所示。若子弹以相同的速度垂直射向第一块钢板,穿出后再射向第二块钢板,求子弹射入第二块钢板的深度。设子弹在钢板中受到的阻力为恒力,且两块钢板不会发生碰撞不计重力影响。
正确答案
解:设子弹的初速为v0,穿过2d厚度的钢板时共同速度为v,受到阻力为f
对系统由动量和能量守恒得: ①
②
由①②得: ③
子弹穿过第一块厚度为d的钢板时,设其速度为v1,此时钢板的速度为u,穿第二块厚度为d的钢板时共同速度为v2,穿过深度为d'
对子弹和第一块钢板系统由动量和能量守恒得: ④
⑤
由③④⑤得: ⑥
对子弹和第二块钢板系统由动量和能量守恒得: ⑦
⑧
由③⑥⑦⑧得:
如图所示,ABCDE是由三部分光滑轨道平滑连接在一起组成的,AB为水平轨道,BCD是半径为R的半圆弧轨道,DE是半径为2R的圆弧轨道,BCD与DE连接在轨道最高点D,R=0.6m。质量为M=0.99 kg的小物块,静止在AB轨道上,一颗质量为m=0.01 kg子弹水平射入物块但未穿出,物块与子弹一起运动,恰能贴着BCDE轨道内侧通过最高点D。取重力加速度g=10 m/s2,求:
(1)物块与子弹一起刚滑上圆弧轨道B点的速度;
(2)子弹击中物块前的速度;
(3)系统损失的机械能。
正确答案
解:(1)由物块与子弹一起恰能通过轨道最高点D,得:
又由物块与子弹上滑过程中根据机械能守恒得:
代入数据得:
(2)由动量守恒:mv=(M+m)vB
v=600 m/s
(3)根据能的转化和守恒定律得:
代入数据得:
两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内,两导轨间的距离为L,导轨上面横放着两根导体棒ab和cd,构成矩形回路,如图所示,两根导体棒的质量皆为m,电阻皆为R,回路中其余部分的电阻可不计,在整个导轨平面内都有垂直于轨道面竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B,设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行,开始时,棒cd静止,棒ab有指向棒cd的初速度υ0。若两导体棒在运动中始终不接触,求:
(1)在运动中产生的焦耳热量是多少?
(2)当ab棒的速度变为初速度的时,cd棒的加速度是多少?
正确答案
解:(1)由动量守恒定律得:
∴ , 由能量守恒可知:
∴
(2)由动量守恒得:
∴
∴回路中的电动势为:
安培力: ,且
,
∴
水滴从10m高空由静止开始下落,在下落过程中,水滴重力势能的40% 转化为内能使水的温度升高,则水滴落地后温度升高___ ℃.[ 水的比热容c=4.2×103J/( kg. ℃),g=10 m/s2]
正确答案
9.5×10-3
如图所示,质量为1 kg的小物块以5 m/s的初速度滑上一块原来静止在水平面上的木板,木板质量为4 kg,木板与水平面间的动摩擦因数为0.02,经时间2 s后,小物块从木板另一端以1 m/s 相对于地的速度滑出,=10 m/s2,求:
(1)小物块与木板间的动摩擦因数.
(2)这一过程中木板的位移.
(3)此过程中因摩擦增加的内能.
正确答案
解:(1)对小物块取0为正方向,由动量定理得:-μ1=1-0 ①
代入数据得:μ1=0.2
(2)对木板由动量定理得:[μ1-μ2(+)]=②
代入数据解得:=0.5 m/s ③
此过程木板做匀加速运动,则=④
联立③④解得:=0.5 m
(3)由能量守恒得:=02-
12-
2代入数据解得:=11.5 J
如图所示,在光滑的水平面上有一块质量为2m的长木板A,木板左端放着一个质量为m的小木块B,A与B之间的动摩擦因数为μ,开始时,A和B一起以v0向右运动,木板与墙发生碰撞的时间极短,碰后木板以原速率弹回,求:
(1)木板与小木块的共同速度大小并判断方向;
(2)由A开始反弹到A、B共同运动的过程中,B在A上滑行的距离L;
(3)由B开始相对于A运动起,B相对于地面向右运动的最大距离s。
正确答案
解:(1)撞后无机械能损失A将以原速率返回
由动量守恒:
解得:,方向向左
(2)由能的转化与守恒定律得:
解得:
(3)B相对于地面速度为0时有最远的向右位移
由牛顿第二定律和匀变速直线运动规律得:
得
由
得
质量为M的滑块由水平轨道和竖直平面内的四分之一光滑圆弧轨道组成,放在光滑的水平面上。质量为m的物块从圆弧轨道的最高点由静止开始滑下,以速度v从滑块的水平轨道的左端滑出,如图所示。已知M:m=3:1,物块与水平轨道之间的动摩擦因数为μ,圆弧轨道的半径为R。
(1)求物块从轨道左端滑出时,滑块M的速度的大小和方向;
(2)求水平轨道的长度;
(3)若滑块静止在水平面上,物块从左端冲上滑块,要使物块m不会越过滑块,求物块冲上滑块的初速度应满足的条件。
正确答案
解:(1)对于滑块M和物块m组成的系统,物块沿轨道滑下的过程中,水平方向动量守恒,物块滑出时,有
滑块M的速度,方向向右
(2)物块滑下的过程中,物块的重力势能,转化为系统的动能和内能,有
解得
(3)物块以速度v0冲上轨道,初速度越大,冲上圆弧轨道的高度越大。若物块刚能达到最高点,两者有相同的速度V1,此为物块不会越过滑块的最大初速度。对于M和m组成的系统,水平方向动量守恒,有
相互作用过程中,系统的总动能减小,转化为内能和重力势能,有
解得
要使物块m不会越过滑块,其初速度
如图所示,质量M=1.0kg的木块随传送带一起以v=2.0m/s的速度向左匀速运动,木块与传送带间的动摩擦因数μ=0.50。当木块运动至最左端A点时,一颗质量为m=20g的子弹以v0=3.0×102m/s水平向右的速度击穿木块,穿出时子弹速度v1=50m/s。设传送带的速度恒定,子弹击穿木块的时间极短,且不计木块质量变化,g=10m/s2。求:
(1)在被子弹击穿后,木块向右运动距A点的最大距离;
(2)子弹击穿木块过程中产生的内能;
(3)从子弹击穿木块到最终木块相对传送带静止的过程中,木块与传送带间由于摩擦产生的内能。
正确答案
解:(1)设木块被子弹击穿时的速度为u,子弹击穿木块过程动量守恒
mv0-Mv=mv1+Mu,解得u=3.0m/s
设子弹穿出木块后,木块向右做匀减速运动的加速度为a,根据牛顿第二定律
μmg=ma,解得a=5.0m/s2
木块向右运动到离A点最远时,速度为零,设木块向右移动最大距离为s1
u2=2as1,解得s1=0.90m
(2)根据能量守恒定律可知子弹射穿木块过程中产生的内能为
E=
解得E=872.5J
(3)设木块向右运动至速度减为零所用时间为t1,然后再向左做加速运动,经时间t2与传送带达到相对静止,木块向左移动的距离为s2。根据运动学公式
v2=2as2,解得s2=0.40m
t1==0.60s,t2=
=0.40s
木块向右减速运动的过程中相对传送带的位移为=2.1m
产生的内能Q1=μMg=10.5J
木块向左加速运动的过程中相对传送带的位移为=vt2-s2=0.40m
产生的内能Q2=μMg=2.0J
所以整个过程中木块与传送带摩擦产生的内能Q=Q1+Q2=12.5J
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