- 能量转化与守恒定律
- 共241题
为了节能,某货场设计了如图所示的送货装置,长为L的水平传送带右端B与一光滑弧面相连,弧面顶端为储货平台,将货物无初速度轻放在传送带左端A,通过传送带到达B端时具有一定动能,货物可以利用此动能滑上储货平台,平台离传送带高h,在安装调试时传送带以某一速度匀速运动,工人发现货物只能上滑到处,为了进一步研究货物不能滑上平台的原因,工人在传送带上用粉笔画了一条直线,当货物放上去后发现有一段长为的粉笔线被货物擦过,则
(1)货物与传送带间的动摩擦因数多大?
(2)为了将货物送上储货平台,工人进行了适当调整,使货物滑上平台后刚好停止,分析说明工人采取了什么措施及装置应满足的条件。
(3)在满足(2)的条件下,货物获得的机械能与系统增加的内能之比多大?
正确答案
解:(1)货物放上传送带后,最初做匀加速运动,设位移为,相同时间内传送带的位移为
,
传送带的速度为,由动能定理得
货物滑上弧面后机械能守恒
所以
(2)因为,货物与传送带间动摩擦因数一定,因此可用增大加速距离的方法来提高货物离开传送带时的速度,提高传送带的速度即可增大加速距离,从而提高货物离开传送带时的速度,使
即能满足要求。
此时传送带的长度应不小于货物加速的距离有
所以有
(3)在满足(2)的条件下,货物获得的机械能等于增加的重力势能
由功能关系知系统增加的内能等于克服摩擦力做的功,即
由(1)知货物相对传送带的位移为
所以在满足(2)的条件下,货物获得的机械能与系统增加的内能之比值为1。
如图所示,斜面倾角为θ,质量为m的滑块距挡板P为s,以初速度v沿斜面上滑,滑块与斜面间的动摩擦因数为μ,滑块所受摩擦力小于滑块重力沿斜面的分力,若滑块每次与挡板相碰均无机械能损失,求滑块经过的路程有多大?
正确答案
解:由于滑块重力沿斜面向下的分力大于滑块所受摩擦力,所以可断定滑块最终将停靠在挡板处。从以v向上滑动至最终停下,设滑块经过的路程为l,则重力做正功,摩擦力做负功
解法一:此过程重力对滑块做功WG=mgssinθ
摩擦力做功Wf=-μmglcosθ
对滑块由动能定理,有:mgssinθ-μmglcosθ=0-mv2
解得l=
解法二:由能量转化与守恒求解,此过程滑块机械能的减少ΔE1=mgssinθ+mv2,克服摩擦力做功转化的内能ΔE2=μmgcosθ·l,由能量守恒定律有ΔE1=ΔE2
即mgssinθ+mv2=μmglcosθ
同样可解出l
如图所示,倾斜滑道上有一质量为m1的滑块,滑块通过一轻质细绳吊起一质量为m2的小桶。已知滑道的倾角为θ=37°,AB段、CD段光滑,BC段粗糙,滑块m1与BC段的动摩擦因数为μ=0.8,长度AB=BC=3m、CD=6m,m1=m2=lkg。开始时将滑块放在轨道上的A点,此时小桶离地高度h=6m。不计滑轮的摩擦并忽略滑块、小桶的大小,且小桶落地后脱离挂钩。现将系统由静止释放,g=10m/s2,求:
(1)m1由A向B运动过程中的加速度;
(2)m1经过C点时的动能;
(3)m1向上运动的最大距离。
正确答案
解:(1)对m1进行受力分析,根椐牛顿第二定律
对沙桶进行受力分析,根椐牛顿第二定律
解得a=2m/s2
(2)设运动到C点的速度为,根据能量守恒定律,系统减少的重力势能转化为系统的动能和内能,故:
解得:
(3)设m1经过c点后还能运动x米,根据机械能守恒定律有:
解得:x=0.4m
m1向上运动的最大距离d=6.4m
如图所示,质量为3m的足够长木板C静止在光滑水平面上,质量均为m的两个小物体A、B放在C的左端,A、B间相距s0,现同时对A、B施加水平向右的瞬时冲量而使之分别获得初速度v0和2v0,若A、B与C之间的动摩擦因数分别为μ和2μ,则:
(1)最终A、B、C的共同速度为多大?
(2)求运动过程中A的最小速度?
(3)A与B最终相距多远?
(4)整个过程中A、B与木板C因摩擦所产生的热量之比为多大?
正确答案
(1)0.6v0
(2)0.5v0
(3)s0+0.425
(4)
如图所示,竖直放置的圆弧轨道和水平轨道两部分相连。水平轨道的右侧有一质量为2m的滑块C与轻质弹簧的一端相连,弹簧的另一端固定在竖直的墙M上,弹簧处于原长时,滑块C静止在P点处;在水平轨道上方O处,用长为L的细线悬挂一质量为m的小球B,B球恰好与水平轨道相切,并可绕O点在竖直平面内摆动。质量为m的滑块A由圆弧轨道上静止释放,进入水平轨道与小球B发生碰撞,A、B碰撞前后速度发生交换。P点左方的轨道光滑、右方粗糙,滑块A、C与PM段的动摩擦因数均为μ=0.5,A、B、C均可视为质点,重力加速度为g。
(1)求滑块A从2L高度处由静止开始下滑,与B碰后瞬间B的速度;
(2)若滑块A能以与球B碰前瞬间相同的速度与滑块C相碰,A至少要从距水平轨道多高的地方开始释放?
(3)在(2)中算出的最小值高度处由静止释放A,经一段时间A与C相碰,设碰撞时间极短,碰后一起压缩弹簧,弹簧最大压缩量为L,求弹簧的最大弹性势能。
正确答案
解:(1)对A,由机械能守恒得:mg2L=
vA=2
与B碰后速度交换,vB1=vA=2
(2)要使滑块A能以与B碰前瞬间相同的速度与C碰撞,必须使小球B受A撞击后在竖直平面内完成一个完整的圆周运动后从左方撞击A,使A继续向右运动
设A从距水平面高为H的地方释放,与B碰前的速度为v0对A,由机械能守恒得:
设小球B通过最高点的速度为vB,则它通过最高点的条件是:
小球B从最低点到最高点的过程机械能守恒:
解得:H
(3)从这个高度下滑的A与C碰撞前瞬间速度:
设A与C碰后瞬间的共同速度为v,由动量守恒:
A、C一起压缩弹簧,由能量守恒定律。有:
解得:
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