- 机械能
- 共1183题
如图所示,在高出水平地面h=1.8m的光滑平台上放置一质量M=2kg、由两种不同材料连接成一体的薄板A,其右段长度l1=0.2m且表面光滑,左段表面粗糙。在A最右端放有可视为质点的物块B,其质量m=1kg。B与A左段间动摩擦因数μ=0.4。开始时二者均静止,现对A施加F=20N水平向右的恒力,待B脱离A(A尚未露出平台)后,将A取走。B离开平台后的落地点与平台右边缘的水平距离x=1.2m。(取g=10m/s2)求:
(1)B离开平台时的速度vB。
(2)B从开始运动到刚脱离A时,B运动的时间tB和位移xB。
(3)A左端的长度l2。
正确答案
见解析。
解析
(1)B离开平台做平抛运动。
竖直方向有①
水平方向有②
由①②式解得代入数据求得
③
(2)设B的加速度为aB,由牛顿第二定律和运动学知识得④
⑤
⑥
联立③④⑤⑥式,代入数据解得⑦
⑧
(3)设B刚开始运动时A的速度为,由动能定理得
⑨
设B运动时A的加速度为
由牛顿第二定律和运动学知识有⑩
⑪
联立⑦⑧⑨⑩⑪式,代入数据解得⑫
知识点
在如图所示的竖直平面内,物体A和带正电的物体B用跨过定滑轮的绝缘轻绳连接,分别静止于倾角θ=370的光滑斜面上的M点和粗糙绝缘水平面上,轻绳与对应平面平行。劲度系数k=5N/m的轻弹簧一端固定在O点,一端用另一轻绳穿过固定的光滑小环D与A相连,弹簧处于原长,轻绳恰好拉直,DM垂直于斜面。水平面处于场强E=5×104N/C、方向水平向右的匀强电场中。已知A、B的质量分别为mA=0.1kg,mB=0.2kg,B所带电荷量q=+4×10-6C。设两物体均视为质点,不计滑轮质量和摩擦,绳不可伸长,弹簧始终在弹性限度内,B电量不变。取g=10m/s2,sin370=0.6,cos370=0.8.
(1) 求B所受摩擦力的大小;
(2) 现对A施加沿斜面向下的拉力F使A以加速度a=0.6m/s2开始作匀加速直线运动。A从M到N的过程中,B的电势能增加了。已知DN沿竖直方向,B与水平面间的动摩擦因数为μ=0.4.求A到达N点时拉力F的瞬时功率?
正确答案
见解析
解析
(1)F作用之前,AB处于静止状态,设B所受的静摩擦力大小为
,AB间的绳子的张力为
,有
对A:
对B:
联立两式,代入数据得 方向向左
(2)物体A从M点到N点的过程中,AB两物体的位移均为s,AB间绳子的张力为T,有
设A在N点时速度为v,受弹簧拉力为,弹簧的伸长量为
,有
由几何关系知
设拉力F的瞬时功率为P,有
联立解得:
知识点
质量为m的带正电小球由空中A点无初速度自由下落,在t秒末加上竖直向上、范围足够大的匀强电场,再经过t秒小球又回到A点,不计空气阻力且小球从末落地。则
正确答案
解析
整个过程中小球的位移为0, 得a=3g,根据牛顿第二定律电场力是重力的4倍为4mg,根据动量定理△P=mgt-3mgt=-2mgt,B正确;电势能变化量为4mg×gt2=2mg2t2,A错误;小球减速到最低点和最初加速时的动能变化量大小相等为
,C错误;从A点到最低点重力势能变化了
,D正确。
动时经历时间是半个周期的奇数倍。在这段时间坐标为x=0.4m处质元运动到对称点即位移为,运动方向与原来相反,C正确。答案为BD。
知识点
地球表面附近某区域存在大小为150N/C、方向竖直向下的电场。一质量为、带电量为
的小球从静止释放,在电场区域内下落10.0m。对此过程,该小球的电势能和动能的改变量分别为(重力加速度大小取
,忽略空气阻力)
正确答案
解析
略
知识点
一物块沿倾角为的斜坡向上滑动。当物块的初速度为
时,上升的最大高度为
,如图所示;当物块的初速度为
时,上升的最大高度记为h。重力加速度大小为g。物块与斜坡间的动摩擦因数和h分别为
正确答案
解析
略
知识点
在奥运比赛项目中,高台跳水是我国运动员的强项,质量为m的跳水运动员入水后受到水的阻力而竖直向下做减速运动,设水对他的阻力大小恒为F.那么在他减速下降深度为h的过程中,下列说法正确的是(g为当地的重力加速度)( )
正确答案
解析
跳水运动员入水减速下降h的过程中,他的重力势能减少了mgh,则B选项正确;由动能定理知,动能减少了(F-mg)h,则C选项正确;重力以外的力做的功等于机械能的变化,则D选项正确。
知识点
如图甲所示,abcd是位于竖直平面内的正方形闭合金属线框,金属线框的质量为m,电阻为R0,在金属线框的下方有一匀强磁场区域,MN和PQ是匀强磁场区域的水平边界,并与线框的bc边平行,磁场方向垂直于线框平面向里。现使金属线框从MN上方某一髙度处由静止开始下落,如图乙是金属线框由开始下落到完全穿过匀强磁场区域瞬间的v-t图象,图象中内数据均为已知量。重力加速度为g,不计空气阻力。下列说法正确的是( )
正确答案
解析
由楞次定律可知金属线框刚进入磁场时感应电流方向沿abcda方向,A错误。由图乙可知,金属框进入磁场过程中是做匀速直线运动,速度为v1,运动时间为t2-t1,所以金属框的边长:l=v1(t2-t1),B正确。在金属框进入磁场的过程中,金属框所受安培力等于重力:mg=Bil,I=Bl v1/R,解得:B=,C正确。金属框在进入磁场过程中金属框产生的热量为Q1,重力对其做正功,安培力对其做负功,由能量守恒定律得:Q1=mgl=mgv1(t2-t1),金属框在离开磁场过程中金属框产生的热为Q2,重力对其做正功,安培力对其做负功,由能量守恒定律得:Q2=mgl+
m(
),Q总= Q1+Q2=2mgv1(t2-t1)+
m(
),D错误。
知识点
9.如图所示,轻质弹簧一端固定,另一端与一质量为m、套在粗糙竖直固定杆A处的圆环相连,弹簧水平且处于原长。圆环从A处由静止开始下滑,经过B处的速度最大,到达C处的速度为零,AC=h.圆环在C处获得一竖直向上的速度v,恰好能回到A. 弹簧始终在弹性限度内,重力加速度为g,则圆环
A.下滑过程中,加速度一直减小
B.下滑过程中,克服摩擦力做的功为
C.在C处,弹簧的弹性势能为
D.上滑经过B的速度大于下滑经过B的速度
正确答案
BD
解析
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知识点
22. 如图,绝缘粗糙的竖直平面MN左侧同时存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,电场方向水平向右,电场强度大小为E,磁场方向垂直纸面向外,磁感应强度大小为B。一质量为m、电荷量为q的带正电的小滑块从A点由静止开始沿MN下滑,到达C点时离开MN做曲线运动。A、C两点间距离为h,重力加速度为g。
(1)求小滑块运动到C点时的速度大小vc;
(2)求小滑块从A点运动到C点过程中克服摩擦力做的功Wf;
(3)若D点为小滑块在电场力、洛伦兹力及重力作用下运动过程中速度最大的位置,当小滑块运动到D点时撤去磁场,此后小滑块继续运动到水平地面上的P点。已知小滑块在D点时的速度大小为vD,从D点运动到P点的时间为t,求小滑块运动到P点时速度的大小vp。
正确答案
(1)E/B (2)
(3)
(1)由题意知,根据左手定则可判断,滑块在下滑的过程中受水平向左的洛伦兹力,当洛伦兹力等于电场力qE时滑块离开MN开始做曲线运动,即Bqv=qE
解得:v=E/B
(2)从A到C根据动能定理:
解得:
(3)设重力与电场力的合力为F,由图意知,在D点速度vD的方向与F地方向垂直,从D到P做类平抛运动,在F方向做匀加速运动a=F/m,t时间内在F方向的位移为
从D到P,根据动能定理:,其中
联立解得:
解析
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知识点
21.如图,质量为M的小车静止在光滑的水平面上,小车AB段是半径为R的四分之一圆弧光滑轨道,BC段是长为L的水平粗糙轨道,两段轨道相切于B点,一质量为m的滑块在小车上从A点静止开始沿轨道滑下,重力加速度为g。
(1)若固定小车,求滑块运动过程中对小车的最大压力;
(2)若不固定小车,滑块仍从A点由静止下滑,然后滑入BC轨道,最后从C点滑出小车,已知滑块质量,在任一时刻滑块相对地面速度的水平分量是小车速度大小的2倍,滑块与轨道BC间的动摩擦因数为μ,求:
① 滑块运动过程中,小车的最大速度vm;
② 滑块从B到C运动过程中,小车的位移大小s。
正确答案
(1)3mg (2)①②s=L/3。
(1)由图知,滑块运动到B点时对小车的压力最大
从A到B,根据动能定理:
在B点:
联立解得:
FN=3mg,根据牛顿第三定律得,滑块对小车的最大压力为3mg
(2)①若不固定小车, 滑块到达B点时,小车的速度最大
根据动量守恒可得:
从A到B,根据能量守恒:
联立解得:
②设滑块到C处时小车的速度为v,则滑块的速度为2v,根据能量守恒:
解得:
小车的加速度:
根据
解得:s=L/3
解析
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知识点
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