- 能量转化与守恒定律
- 共241题
斜面的高是0.6m,倾角是30°,质量为1kg的物体由顶端滑到底端.已知动摩擦因数是0.5,取g= 10 m/s2 ,在这个过程中产生____J 热量.
正确答案
如图所示为某种弹射装置的示意图,光滑的水平导轨MN右端N处与水平传送带理想连接,传送带长度L=4.0m,皮带轮沿顺时针方向转动,带动皮带以恒定速率v=3.0m/s匀速传动。三个质量均为m=1.0kg的滑块A、B、C置于水平导轨上,开始时滑块B、C之间用细绳相连,其间有一压缩的轻弹簧,处于静止状态。滑块A以初速度v0=2.0m/s沿B、C连线方向向B运动,A与B碰撞后粘合在一起,碰撞时间极短,因碰撞使连接B、C的细绳受扰动而突然断开,弹簧伸展,从而使C与A、B分离。滑块C脱离弹簧后以速度vC=2.0m/s滑上传送带,并从右端滑出落至地面上的P点。已知滑块C与传送带之问的动摩擦因数μ=0.20,重力加速度g取10m/s2。求:
(1)滑块C从传送带右端滑出时的速度大小;
(2)滑块B、C用细绳相连时弹簧的弹性势能Ep;
(3)若每次实验开始时弹簧的压缩情况相同,要使滑块C总能落至P点,则滑块A与滑块B碰撞前速度的最大值Vm是多少?
正确答案
解:(1)滑块C滑上传送带后做匀加速运动,设滑块C从滑上传送带到速度达到传送带的速度v所用的时间为t,加速度大小为a,在时间t内滑块C的位移为x
根据牛顿第二定律和运动学公式:μmg=ma,v=vC+at,
解得:x=1.25m<L,即滑块C在传送带上先加速,达到传送带的速度v后随传送带匀速运动,并从右端滑出,则滑块C从传道带右端滑出时的速度为v=3.0m/s
(2)设A、B碰撞后的速度为v1,A、B与C分离时的速度为v2,由动量守恒定律
mv0=2mv1
2mv1=2mv2+mvC
由能量守恒规律
解得EP=1.0J
(3)在题设条件下,若滑块A在碰撞前速度有最大值,则碰撞后滑块C的速度有最大值,它减速运动到传送带右端时,速度应当恰好等于传递带的速度v
设A与B碰撞后的速度为,分离后A与B的速度为
,滑块C的速度为
,由动量守恒定律
mvm=2mv1′
2mv1′=mvC′+2mv2′
由能量守恒规律
由运动学公式
解得:vm=7.1m/s
将质量为M=30kg、长为L=2.0m的平板车放在光滑水平地面上,车的左端放一质量m=5kg的物体,m与M之间的动摩擦因数μ=0.3,今用力F=20N的水平拉力试图将m拉离车的右端,车的右端距固定墙0.25m,车与墙发生碰撞时没有能量损失。求:
(1)车与墙碰撞过程中的动量变化量;
(2)m离开车的右端力F的瞬时功率;
(3)m离开车的右端,所需要的时间;
(4)车与墙发生碰撞后到m在离开车的右端过程中,系统由于摩擦产生的热量。
正确答案
(1)30kg·m/s
(2)40w
(3)2s
(4)40J
如图所示,以A、B和C、D为端点的两半圆形光滑轨道固定于竖直平面内,一滑板静止在光滑水平面上,左端紧靠B点,上表面所在平面与两半圆分别相切于B、C。一物块被轻放在水平匀速运动的传送带上E点,运动到A时刚好与传送带速度相同,然后经A沿半圆轨道滑下,再经B滑上滑板.滑板运动到C时被牢固粘连。物块可视为质点,质量为m,滑板质量M=2m,两半圆半径均为R,板长ι=6.5R,板右端到C的距离L在R
(1) 求物块滑到B点的速度大小;
(2) 试讨论物块从滑上滑板到离开滑板右端的过程中,克服摩擦力做的功Wf与L的关系,并判断物块能否滑到CD轨道的中点。
正确答案
解:(1)物块从E 点运动到B 点的过程中,只有皮带对物块的摩擦力和重力两个力做功,对该过程应用动能定理得:
(2)物块m和木板M在相互作用的过程中动量守恒,设两者可以达到共同速度,设为V1,该过程中木板运动的位移为X1,两者的相对位移为x。
由动量守恒定律得:
所以
由能量守恒定律得:
对木板应用动能定理得:
当时,到达C点的整个过程中始终存在滑动摩擦力,所以克服摩擦力做功为:
当时,物块和木板可以达到相同的速度,此后直到木板碰到C点这一过程中,物块和木板之间是没有摩擦力的,该阶段摩擦力不做功。故这种情况下克服摩擦力做功为:
,与L无关。
综合两种情况可知,当L=R时,物块克服摩擦力做功最小,这个过程中物块到达C点的速度最大,对这个过程有:滑上CD轨道后,
设上升的最大高度为h,由机械能守恒定律得:
可见物块滑不到CD轨道的中点。
在光滑的地面上,质量为m1的物体以速度v0与原来静止的质量为m2的物体发生弹性正碰,碰撞后它们的速度分别为v1和v2,
(1)推导出用m1、m2、v0表示的v1和v2的表达式;
(2)若要m1球发生反弹,推导出m1、m2的大小关系式。
正确答案
解:(1)两物体发生弹性正碰过程系统动量守恒,则有m1v0=m1v1+m2v2
两物体发生弹性正碰过程系统初末动能相等,则有
由上述两式得:
(2)m1球发生反弹,即v1与v0反向,则由得:m1
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