- 能量转化与守恒定律
- 共241题
如图所示,光滑绝缘的水平面上,相隔2L的A、B两点固定有两个电荷量均为Q的正点电荷,aOb是AB连线上的三点,且O为中点,Oa=Ob=L/2,一质量为m、电荷量为q的点电荷以初速度v0从a点出发沿AB连线向B运动,在运动过程中电荷受到大小恒定的阻力作用,当速度为零时,阻力也为零,当它运动到O点时,动能为初动能的n倍,运动到b点时刚好速度为零,然后返回往复运动,直至最后静止。已知静电力 恒量为k,设O处电势为零。求:
(1)a点的场强大小;
(2)阻力的大小;
(3)a点电势;
(4)电荷在电场中运动的总路程。
正确答案
解:(1)
(2)由于对称,φa=φb,所以电荷从a点出发到b点过程中电场力做功为零,设从a到b点阻力做功为Wf,Wf=fL,则由动能定理
(3)设电荷从a到O点电场力做功为WF,阻力做功为1/2Wf,由动能定理
又WF=q(φa-φO)
因为φO=0,所以φaq=WF
(4)最后点电荷必定停在O处,由能量守恒定律
如图所示,有一个可视为质点的质量为m=1kg的小物块,从光滑平台上的A点以v0=2m/s的初速度水平抛出,到达C点时,恰好沿C点的切线方向进入固定在水平地面上的光滑圆弧轨道,最后小物块滑上紧靠轨道末端D点的质量为M=3kg的长木板,已知木板上表面与圆弧轨道末端切线相平,木板下表面与水平地面之间光滑,小物块与长木板间的动摩擦因数μ=0.3,圆弧轨道的半径为R=0.4m,C点和圆弧的圆心连线与竖直方向的夹角θ=60°,不计空气阻力,g 取10m/s2。求:
(1)小物块刚要到达圆弧轨道末端D点时对轨道的压力;
(2)要使小物块不滑出长木板,木板的长度L至少多大?
正确答案
解:(1)小物块在C点时的速度为
小物块由C到D的过程中,由动能定理得
代入数据解得:
小球在D点时由牛顿第二定律得,代入数据解得FN=60N
由牛顿第三定律得F'N=FN=60N
方向竖直向下。
(2)设小物块刚滑到木板左端时达到共同速度,大小为v,小物块在木板上滑行的过程中,
小物块与长木板的加速度大小分别为
速度分别为v=vD -a1t
v=a2t
对物块和木板系统,由能量守恒定律得。
解得L=2.5m,即木板的长度至少是2.5m。
如图所示,一质量为mA=1kg的小车A以vA=1m/s的速度沿光滑水平地面向左匀速行驶,某时刻有一质量为mB=2kg的物块B以vB=2m/s的速度从左向右滑上小车后,使小车A恰好没有碰到前方的障碍物,已知小车A上表面水平且足够长,物块B最终刚好没能滑下小车,物块B与小车A间的动摩擦因数0.2,重力加速度g=10m/s2。求:
(1)物块B冲上小车A时,小车A离障碍物的距离;
(2)小车A的长度距离。
正确答案
解:(1)设物块B冲上小车A时,小车A距离障碍物的距离为L',
对于小车A,由动能定理可得:
代入数据解得
(2)设物块和小车相对静止时的速度为v,对于物块和小车组成的系统,动量守恒,设物块运动的方向为正方向,则有
设物块B在小车A上滑行的距离为L,由系统能量守恒得
代入数据解得
如图所示,一物体在平行于斜面向上的恒力F作用下,由静止从底端沿光滑的斜面向上做匀加速直线运动,经时间t力F做功为60J,此后撤去恒力F,物体又经时间t回到出发点,若以地面为零势能点,则当物体回到出发点时的动能为______J,在撤去恒力F之前,当物体的动能为7J时,物体的机械能为______J.
正确答案
设物体回到出发点时的动能为EK1,根据动能定理,WF=△Ek=EK1,EK1=WF=60J
设有拉力与没拉力时物体的加速度大小分别为a1、a2,
根据物体在拉力作用向上运动的位移与撤去拉力后回到出发点的位移大小相等,方向相反
得 a1t2+(a1t)t-
a2t2=0
得到a2=3a1
又由牛顿第二定律得
F-mgsinθ=ma1,mgsinθ=ma2,
得到F=mgsinθ
设当物体的动能为EK2=7J时,物体重力势能为EP,
(F-mgsinθ)x=EK2
EP=mgsinθx
得到 EP=3EK2,故物体的机械能E=EK2+EP=4EK2=28J
故本题答案是:60;28
如图所示,x轴与水平传送带重合,坐标原点O在传送带的左端,传送带长L=8 m,匀速运动的速度v0=5 m/s。一质量m=1 kg的小物块轻轻放在传送带上xP=2 m的P点,小物块随传送带运动到Q点后冲上光滑斜面且刚好到达N点。(小物块到达N点后被收集,不再滑下)若小物块经过Q处无机械能损失,小物块与传送带间的动摩擦因数μ=0.5,重力加速度g=10 m/s2。求:
(1)N点的纵坐标;
(2)小物块在传送带上运动产生的热量;
(3)若将小物块轻轻放在传送带上的某些位置,最终均能沿光滑斜面越过纵坐标yM=0.5 m的M点,求这些位置的横坐标范围。
正确答案
解:(1)小物块在传送带上匀加速运动的加速度a=μg=5 m/s2 ①
小物块与传送带共速时,所用的时间t==1 s ②
运动的位移Δx==2.5 m<(L-xP)=6 m ③
故小物块与传送带达到相同速度后以v0=5 m/s的速度匀速运动到Q,然后冲上光滑斜面到达N点,由机械能守恒定律得=mgyN ④
解得yN=1.25 m ⑤
(2)小物块在传送带上相对传送带滑动的位移s=v0t-Δx=2.5 m ⑥
产生的热量Q=μmgs=12.5 J ⑦
(3)设在坐标为x1处轻轻将小物块放在传送带上,最终刚能到达M点,由能量守恒得μmg(L-x1)=mgyM ⑧
代入数据解得x1=7 m ⑨
故小物块放在传送带上的位置坐标范围0≤x<7 m ⑩
扫码查看完整答案与解析