- 能量转化与守恒定律
- 共241题
一置于桌面上质量为M的玩具炮,水平发射质量为m的炮弹,炮可在水平方向自由移动。当炮身上未放置其它重物时,炮弹可击中水平地面上的目标A;当炮身上固定一质量为M0的重物时,在原发射位置沿同一方向发射的炮弹可击中水平地面上的目标B。炮口离水平地面的高度为h。如果两次发射时“火药”提供的机械能相等,求B、A两目标与炮弹发射点之间的水平距离之比。
正确答案
解:由动量守恒定律和能量守恒定律得:
解得:
炮弹射出后做平抛,有:,
解得目标A距炮口的水平距离为:
同理,目标B距炮口的水平距离为:
解得:
固定在水平地面上光滑斜面倾角为θ,斜面底端固定一个与斜面垂直的挡板,一木板A被放在斜面上,其下端离地面高为H,上端放着一个小物块B,如图所示。木板和物块的质量均为m,相互间最大静摩擦力等于滑动摩擦力kmgsinθ(k>1),把它们由静止释放,木板与挡板发生碰撞时,时间极短,无动能损失,而物块不会与挡板发生碰撞。求:
(1)木板第一次与挡板碰撞弹回沿斜面上升过程中,物块的加速度;
(2)从释放木板到木板与挡板第二次碰撞的瞬间,木板运动的路程s;
(3)从释放木板到木板和物块都静止,木板和物块系统损失的机械能。
正确答案
解:(1)由静止释放木板和物块后,它们一起做加速运动,相互间无摩擦力,木板与挡板碰撞后,物块受沿斜面向上的滑动摩擦力,设木板第一次弹回上升过程中,物块的加速度为a1,根据牛顿第二定律有:kmgsinθ- mgsinθ=ma1
解得:a1=(k-1)gsinθ,方向沿斜面向上
(2)设以地面为零势能面,木板第一次与挡板碰撞时的速度大小为v1
由机械能守恒,解得
设木板弹回后的加速度大小为a2,根据牛顿第一定律有a2=(k+1)gsinθ,方向沿斜面向下
木板第一次弹回的最大位移,解得
木板运动的路程
(3)设物块相对木板滑动距离为L,根据能量守恒定律有:mgH+mg(H+Lsinθ)=kmgsinθL
木板和物块系统损失的机械能E损=kmgsinθL
解得:E损=
如图所示,用半径为0.4m的电动滚轮在长薄铁板上表面压轧一道浅槽。薄铁板的长为2.8m、质量为10kg。已知滚轮与铁板、铁板与工作台面间的动摩擦因数分别为0.3和0.1。铁板从一端放人工作台的滚轮下,工作时滚轮对铁板产生恒定的竖直向下的压力为100N,在滚轮的摩擦作用下铁板由静止向前运动并被压轧出一浅槽。已知滚轮转动的角速度恒为5rad/s,g取10m/s2。
(1)通过分析计算,说明铁板将如何运动?
(2)加工一块铁板需要多少时间?
(3)加工一块铁板电动机要消耗多少电能?
正确答案
解:(1)开始砂轮给铁板向前的滑动摩擦力F1=μ1F1N=0.3×100N=30N
工作台给平板的摩擦阻力F2=μ2F2N=0.1×(100+10×10)N=20N
铁板先向右做匀加速直线运动a=(F1-F2)/m=1m/s2 加速过程铁板达到的最大速度vm=ωR=5×0.4m/s=2m/s
这一过程铁板的位移S1=vm2/2a=2m<2.8m
此后砂轮给铁板的摩擦力将变为静摩擦力F1',F1'=F2,铁板将做匀速运动
即整个过程中铁板将先做加速度a=1m/s2的匀加速运动,然后做vm=2m/s的匀速运动
(2)在加速运动过程中,由vm=at1得t1=2s
匀速运动过程的位移为s2=L-s1=0.8m
由s2=vt2,得t2=0.4s
所以加工一块铁板所用的时间为T=t1+t2=2.4s
(3)E=ΔEk+Q1+Q2=136J
在如图所示的装置中,PQM和P'Q'M'是两根固定的平行、光滑金属轨道,其中PQ和P'Q'水平而QM和Q'M'竖直,它们之间的距离均为L。质量为m、电阻为R的光滑金属棒ab垂直于PQ放置在水平轨道上,在它的中点系着一根柔软轻绳,轻绳通过一个被固定的轻小的定滑轮在另一端系住一个质量为m的物块A,定滑轮跟水平轨道在同一个平面内,轻绳处于绷直状态。另一根质量为m、电阻为R的金属棒cd垂直于QM和Q'M'紧靠在竖直轨道上,它在运动过程中始终跟轨道接触良好。整个装置处在水平向右的、磁感应强度为B的匀强磁场中。已知重力加速度为g,轨道和轻绳足够长,不计其余各处摩擦和电阻。现同时由静止释放物块A和金属棒cd,当物块A的速度达到某个值时,cd棒恰好能做匀速运动。求:
(1)cd棒匀速运动的速度大小;
(2)运动过程中轻绳产生的张力的大小;
(3)若cd棒从静止释放到刚达到最大速度的过程中产生的焦耳热为W,求此过程中cd棒下落的距离。
正确答案
解:(1)棒匀速运动时,所受安培力跟重力相平衡,令此时回路中的电流为,棒的速度为v,有
由以上两式可解得:
(2)令细绳产生的张力大小为,物块的加速度大小为,由牛顿第二定律:
对物块有
对棒有
由以上两式可解得:
(3)由能量的转化和守恒定律有:
可解得
如图所示,在水平方向的匀强电场中有一表面光滑、与水平面成45°角的绝缘直杆AC,其下端(C端)距地面高度h=0.8 m。有一质量500 g的带电小环套在直杆上,正以某一速度沿杆匀速下滑,小环离开直杆后正好通过C端的正下方P点处,求:(g取10 m/s2)
(1)小环离开直杆后运动的加速度大小和方向;
(2)小环从C运动到P过程中的动能增量;
(3)小环在直杆上匀速运动时速度的大小v0。
正确答案
解:(1)根据题意知
所以,方向垂直于杆向下
(2)设小环从C运动到P过程中动能的增量为△Ek
△Ek=WG+W电因为WG=mgh=4J,W电=0
所以△Ek=4 J
(3)环离开杆后做类平抛运动,垂直于杆方向做匀加速运动,有
平行于杆方向匀速运动,有
所以
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