- 机械能
- 共1183题
17.如图所示,从地面上的A点以速度v竖直向上抛出一小球,上升至最高点B后返回,O为A、B的中点,小球在运动过程中受到的空气阻力大小不变。下列说法正确的是
正确答案
解析
A、B、上升过程,阻力向下,根据牛顿第二定律,有:;
根据运动学公式,
解得,故 AB错误
C、下降过程,阻力向上,根据牛顿第二定律,有:;
故;
根据可知,
;
重力的冲量,故C正确;
D、由于运动的整个过程,重力做功为零,阻力做负功,故末动能小于初动能,故△E上>△E下,故D错误;
故选:C
考查方向
牛顿第二定理,动量定理
解题思路
上升过程阻力向下,下降过程阻力向上,根据牛顿第二定律求加速度大小,然后根据运动学公式列式比较,重力的冲量,根据动能定理求动能的变化
易错点
本题关键是取阻力的平均效果,然后分上升和下降过程列式求解,若用微元法求解,会使问题复杂化
教师点评
本题关键是取阻力的平均效果,然后分上升和下降过程列式求解,若用微元法求解,会使问题复杂化
知识点
31.低空跳伞是一种极限运动,人在空中降落过程中所受空气阻力随下落速度的增大而增大,而且速度越大空气阻力增大得越快。一名质量为70kg的跳伞运动员背有质量为10kg的伞包从某高层建筑顶层跳下,且一直沿竖直方向下落,其整个运动过程的v-t图象如图所示。已知2.0s末的速度为18m/s,10s末拉开绳索开启降落伞,在触地前人已经做匀速运动,16.2s时双脚已稳稳地站立在地面上。g取10m/s2,请根据此图象估算:
(1)起跳后2s内运动员(包括其随身携带的全部装备)所受平均阻力的大小;
(2)运动员从脚触地到最后速度减为零的过程中,若不计伞的质量及此过程中的空气阻力,则运动员所需承受地面的平均冲击力多大;
(3)开伞前空气阻力对跳伞运动员(包括其随身携带的全部装备)所做的功。
正确答案
(1)80N
(2)2450N
(3)-1.73×105J
解析
(1)由v-t图可知,起跳后前2s内运动员的运动近似是匀加速直线运动,其加速度为
=9.0m/s2
设运动员所受平均阻力为f,根据牛顿第二定律有
m总g – f = m总a
解得 f=m总(g–a)=80N
(2)由v-t图可知,运动员脚触地时的速度v2 = 5.0m/s,经时间t2 = 0.2s速度减为零,
设此过程中运动员所受平均冲击力大小为F,根据牛顿第二定律可知:
解得 F=2450N
(3)由v-t图可知,10s末开伞时的速度v=40m/s,开伞前10s内运动员下落的高度由图形面积可得约为296 m
设前10s内空气阻力对运动员所做功为W,根据动能定理有
解得 W=-1.73×105J
考查方向
解题思路
见解析
易错点
应用动量定理时漏掉重力。
知识点
如图所示,一质量m=0.4 kg的滑块(可视为质点)静止于动摩擦因数μ=0.1的水平轨道上的A点.现对滑块施加一水平外力,使其向右运动,外力的功率恒为P=10.0 W.经过一段时间后撤去外力,滑块继续滑行至B点后水平飞出,恰好在C点以5m/s的速度沿切线方向进入固定在竖直平面内的光滑圆弧形轨道,轨道的最低点D处装有压力传感器.已知轨道AB的长度L=2.0 m,半径OC和竖直方向的夹角α=37°,圆形轨道的半径R=0.5 m.(空气阻力可忽略,重力加速度g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8),求:
28.滑块运动到D点时压力传感器的示数;
29.水平外力作用在滑块上的时间t.
正确答案
25.6 N
解析
(1)滑块由C点运动到D点的过程,由机械能守恒定律得:滑块运动到D点时,由牛顿第二定律得:
代入数据,联立解得:FN = 25.6 N
考查方向
解题思路
(1)根据机械能守恒定律求出滑块运动到D点的速度
易错点
物体运动过程的分析,圆周运动最低点向心力的确定,平抛运动规律的应用,A到B合外力做功的计算。
正确答案
0.4s
解析
滑块运动到B点的速度为:滑块由A点运动B点的过程,由动能定理得:
代入数据解得:
考查方向
解题思路
根据牛顿第二定律求滑块运动到D点时压力传感器的示数;将C点的速度分解为水平方向和竖直方向,结合平行四边形定则求出水平分速度,即得B点的速度。对A到B的过程运用动能定理求出外力作用的时间。
易错点
物体运动过程的分析,圆周运动最低点向心力的确定,平抛运动规律的应用,A到B合外力做功的计算。
有一半径为R=0.4m的光滑半圆轨道,直径BC竖直,与粗糙水平面相切于B点,如图所示。在距B点s=2.1m的A点有一质量为m=0.2kg的小滑块,小滑块与水平面间的动摩擦因数μ = 0.5,在与水平方向成α=53º的恒力F的作用下由静止开始向B点运动,运动到B点时撤去F,小滑块运动到最高点C处时,对轨道的压力大小等于其重力大小的
。试求:(g =10m/s2,sin53º= 0.8,cos53º= 0.6)
24.小滑块运动到C点时速度的大小?
25.小滑块运动到圆轨道的B点,撤去F时受到轨道的支持力为多大?
26.恒力F的大小?
正确答案
解析
(1)在C点:
考查方向
考查物体做圆周运动向心力的分析,及其与速度的关系公式:
解题思路
分析物体在C点的受力,得出合外力,根据合外力提供向心力 ,求得C点的速度。
易错点
对向心力由什么力提供容易模糊不清。
正确答案
(2)12.5N
解析
(2)在从B到C的过程中,由机械能守恒定律可知
在B点:
考查方向
考查根据动能动能定理求速度:
解题思路
根据B到C过程中动能定理的公式解得物体在B点的速度,根据速度与向心力、合外力
易错点
对向心力由什么力提供容易模糊不清。
正确答案
(3)2N
解析
在从A到B的过程中
(也可以用动能定理求解
考查方向
考查牛顿第二运动定律:F合力=ma。考查运动学的基本公式:
解题思路
对A到B的过程中使用动能定理解得恒力F的大小,或者根据运动学公式求出加速度a,再根据匀速运动的条件(受力平衡) 求解恒力F的大小。
易错点
对向心力由什么力提供容易模糊不清。
30.据报道,最近实验室已研制出一种电磁轨道炮,其实验装置俯视如图。炮弹(图中阴影部分)置于两固定的平行导轨之间,并与轨道壁密接.开始时炮弹在导轨的一端,通以电流后炮弹会被磁场力加速,最后从位于导轨另一端的出口高速射出.设两导轨之间的距离d=0.10m,导轨长L=5.0m,炮弹质量m=10g。导轨上电流I的方向如图中箭头所示.可以认为,炮弹在轨道内运动时,它所在处磁场的磁感应强度始终为B=50.0T,若炮弹出口速度为v=2.0×103m/s,求:
(1)磁场的方向;
(2)通过导轨的电流I。(忽略摩擦力与重力的影响)
正确答案
(1)垂直纸面向里;
(2)I=800A
解析
(1)垂直纸面向里;
(2)在导轨通有电流I时,炮弹作为导体受到磁场施加的安培力为:F=BId ①
设炮弹的加速度的大小为a,则:F=ma ②
炮弹在两导轨间做匀加速运动,因而:v2=2aL ③
联立①②③代入题给数据得:I=800A
考查方向
解题思路
见解析。
易错点
信息给予题,要按照题目要求作答。
知识点
4.如图是某种电磁泵模型,泵体是一个长方体,ab边长为L1,左右两侧面是边长为L2的正方形,泵体处在垂直向外、磁感应强度为B的匀强磁场中,泵体上下表面接电动势为U的电源(内阻不计)。若泵工作时理想电流表示数为I,泵和水面高度差为h,液体的电阻率为ρ,t时间内抽取液体的质量为m,不计液体在流动中和管壁之间的阻力,重力加速度为g.则( )
正确答案
解析
本题是电磁感应现象中,通电导体在电场中受安培力运动的问题,较为基础,但模型理解起来有些不易
A选项,由电磁驱动可知,通电直导线在磁场中受安培力作用,并可以在其作用下运动。根据左手定则可知,安培力向左则需要电流向下,上表面为电源正极。错误
B选项,磁场作用下的电流的有效长度为L2。错误
C选项,电源提供的电功率为,
错误
D选项,电流做功过程中重力做负功,电流产热消耗能量,其余为液体动能。正确
考查方向
解题思路
根据题意可知本题是电磁驱动的基本内容,通电直导线在磁场中受安培力作用,并可以在其作用下运动。根据左手定则可知,安培力向左则需要电流向下,上表面为电源正极,且磁场作用下的电流的有效长度为L2。电源提供的电功率为,
。过程中重力做负功,电流产热消耗能量。
易错点
不能准确把握本题的考察模型,导电液体在安培力的作用下运动,以及在运动过程中损失的能量。
知识点
9.如图,水平转台上有一质量为m的物块,用长为L的细绳将物块连接在转轴上,细
线与竖直转轴夹角为θ角,此时绳中张力为零,物块与转台间动摩擦因数为μ(μ
正确答案
解析
A选项,对物体受力分析可知物体离开元盘前,
故A错误B正确
C选项,由转台对物体无支持力可知,仅有重力拉力提供圆周运动向心力
=
D选项,根据物体转动角速度可知,物体已脱离水平盘,此时
机械能增加量为动能增加量加上势能增加量和为
考查方向
解题思路
对物体受力分析可知,物理离开圆盘前,摩擦力和绳子的拉力提供圆周运动向心力,竖直方向受轻绳分力,支持力和重力作用。由几何关系可得圆周运动半径,由功能关系可知转台对物体做功,转台对物块支持力为零时,摩擦力为零则重力和拉力的合力提供圆周运动向心力,可得圆周运动速度进而知道动能。可求得转台对摩擦力做功。由角速度可知物体运动已经脱离圆盘,根据其圆周运动向心力的特点求解半径变化以及高度变化,进而求解变化的机械能
易错点
不能准确分析圆周运动过程的临界条件
知识点
4.北京时间2015 年12 月22 日9 时29 分,美国太空探索公司(SpaceX)成功发射新型火箭Falcon 9 FT,并在发射10 分钟后非常完美地回收了一级火箭,并成功将Orbcomm 公司的11 颗通讯卫星送入预定轨道。一级火箭的回收将大幅降低火箭发射费用,人类前往太空不再昂贵,廉价太空时代即将到来。如图为火箭通过尾部喷气正竖直向着降落平台减速降落的情景。火箭质量为m,喷出气体的质量相对于火箭质量很小,在离平台高h 时速度为v,降落过程中受空气的浮力和阻力大小之和为Ff,刚要落在平台上时的速度可忽略,降落过程中各力均可视为恒定。下列关于上述过程的描述正确的是( )
正确答案
解析
取火箭为研究对象,从高度为h的位置落回地面的过程,速度由v减为0,由动能定理有:
mgh-Ffh-Fh=0-,解得火箭的推力为:F=
=2(mg-Ff)+
,B选项错误。火箭的重力势能减少mgh,D选项正确,火箭的机械能减少量为除去重力之外的力所做的功,即mgh+
,C选项错误,火箭落回地面的过程中加速度方向向上,处于超重状态,A选项错误。
考查方向
解题思路
对火箭受力分析,分别写出牛顿第二定律和动能定理的方程求解。
易错点
① 机械能仅包括重力势能、弹性势能和动能;
② 加速度向上,物体处于超重状态,反之失重。
知识点
19.如图所示,斜面体B静置于水平桌面上,斜面上各处粗糙程度相同.一质量为M的木块A从斜面底端开始以初速度v0上滑,然后又返回出发点,此时速度为v,且v<v0,在上述过程中斜面体一直静止不动,以下说法正确的是
正确答案
解析
由于,所以物体A在滑动过程中受到滑动摩擦力作用;物体A受到的滑动摩擦力
,物体A受到的摩擦力与A对B的摩擦力是作用力与反作用力,故
,对斜面体B进行受力分析,当物体A向上滑动时,B受力如图甲所示,当物体A向下滑动时,斜面体受力如图乙所示;
A、当物体上滑时设斜面倾角为,上升的最大高度为h,由题意思可知,无论物体上滑还是下滑,受到斜面对物体的摩擦力大小相等设为f,由动能定理得:
,当物体下滑时由动能定理得:
,两式联立解得
,故A正确;
B.当物体上滑时,物体B处于平衡状态,由平衡条件得: ,由于A对B的压力与A对B的摩擦力在水平方向的分量都向右,所以桌面对B的摩擦力方向水平向左,当物体下滑时,物体A的加速度方向平行斜面向下,对物体A得
对物体B有
,所以此时桌面上对B的摩擦力方向仍然水平向左,故B正确;
C.由能理守恒定律可知,整个过程产生的热量为,故C错误;
D.由受力分析图可知物体上滑时,,物体下滑时:
,所以
,即下滑的支持力大于上滑的支持力,故D错误; 故本题答案为AB
考查方向
解题思路
对A进行受力分析,由滑动摩擦力公式判断A受到的滑动摩擦力如何变化;
对物体B受力分析,然后根据平衡条件分析答题。
易错点
受力分析是关键,对物体正确受力分析、熟练应用平衡条件列方程,解题时要注意受力分析的顺序,先对A受力分析,然后再对B受力分析。
知识点
16.如图,电梯质量为M,地板上放置一个质量为m的物体,轻质钢索拉电梯由静止开始向上加速运动,当上升高度为H时,速度达到v,不计空气阻力,则
正确答案
解析
A选项,对电梯与物体整体使用动能定理有:W拉力-(M+m)gH=(M+m)v2,得钢索的拉力做功W拉力=
(M+m)v2+(M+m)gH,故A、B选项错误。C选项,单独对物体使用动能定理有:W支持力-mgH=
mv2,得地板对物体的支持力做功
W支持力=mv2+mgH,故C选项正确。D选项,根据公式P=Fv,v是瞬时值计算的功率也是瞬时值,由于在运动过程中速度一直变化,故P=Fv=mgv是瞬时值,故D选项错误。
考查方向
1、考查动能定理的基本公式。
2、整体法与隔离法分析物体运动。
3、功率的公式P=Fv。
解题思路
1、对电梯与物体进行整体分析,受重力和绳子拉力,拉力做正功,重力做负功,写出动能定理的表达式:W拉力-(M+m)gH=(M+m)v2。
2、单独分析物体受重力和地板对物体的支持力,支持力做正功,重力做负功,写出动能定理的表达式:
W支持力-mgH=mv2。
3、根据功率公式P=Fv分析平均功率。
易错点
1、误认为绳子拉力做功等于物体动能变化量。
2、运用动能定理时对物体受力分析不完全。
3、不理解克服重力做功的含义:即重力做负功。
知识点
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