- 机械能
- 共1183题
如图1所示,一长为l且不可伸长的绝缘细线,一端固定于O点,另一端拴一质量为m的带电小球。空间存在一场强为E、方向水平向右的匀强电场。当小球静止时,细线与竖直方向的夹角为θ=37°。已知重力加速度为g,sin37°=0.6,cos37°=0.8。
(1)判断小球所带电荷的性质,并求出小球所带的电荷量q;
(2)如图2所示,将小球拉至A点,使细线处于水平拉直状态。释放小球,小球由静止开始向下摆动,当小球摆到B点时速度恰好为零。
a.求小球摆动过程中最大速度vm的大小;
b.三位同学对小球摆动到B点时所受合力的大小F合进行了讨论:第一位同学认为;第二位同学认为F合<mg;第三位同学认为F合=mg。你认为谁的观点正确?请给出证明。
正确答案
见解析。
解析
(1)小球带正电。
因为
所以
(2)a.小球在场中静止时的位置是小球摆动过程中的平衡位置,故小球到达此位置时速度最大。根据动能定理有
所以
b.第三位同学的观点正确。
【方法一】根据对称性,小球摆到B点时所受的合力与小球在A点时所受合力的大小相等。小球到达A点时的受力如图所示,因为TA=qE,所以小球所受合力的大小F合=mg。
【方法二】设小球摆到B点时,细线与竖直方向的夹角为α,根据动能定理有
又因为
所以 ,
则
知识点
如图,在O点放置正点电荷Q,a、b两点连线过O点。将质子从a点由静止释放,仅在电场力作用下运动到b点时,质子的速度大小为v;若将粒子从a点由静止释放,仅在电场力作用下运动到b点时,
粒子的速度大小为( )
正确答案
解析
略
知识点
用单位长度的质量为0.5kg/m的直木板做成直轨道,轨道的左端A搁在一个水平台上,并与一个固定光滑曲面的底端平滑相接,轨道在B点处与一竖直支架固定在一起,B点到A端的距离为0.8m,支架的高也为0.8m,轨道恰好水平。支架的下端与垂直于纸面的固定轴O连接,因此轨道可绕轴O沿顺时针方向翻动。现将一个可看做质点的滑块从曲面上P点由静止释放,已知滑块质量为0.4kg,P到轨道的竖直距离为0.2m,滑块与轨道之间的动摩擦因数为0.125,重力加速度g取10m/s2。
(1)求滑块运动到A点时的速度大小;
(2)若轨道长为1.024m,请通过计算确定滑块是否能水平飞离轨道;
(3)用同样的直木板,做成不同长度的直轨道,保持B点到轨道左端A的距离为0.8m,仍将滑块从P点由静止释放,为确保滑块在轨道上滑行时支架不翻倒,求轨道长度的范围。
正确答案
见解析
解析
(1)滑块从P到A,由mvA2-0=WG,可解得vA=2m/s
(2)假设轨道固定且足够长,滑块从P运动到轨道上,设在水平轨道上能滑行的最大距离为s,
由Wf= WG,μmgs =mgh,可解得s = =
m=1.6m>1.024m
所以滑块能运动到轨道末端
滑块在轨道末端时,轨道的重力矩为MgLM=0.5×1.024×10×(0.8-)N·m=1.47 N·m
滑块的压力和摩擦力的力矩为:
mgLm+μmg Lf=0.4×10×(1.024-0.8)N·m+0.125×0.4×10×0.8 N·m=1.296 N·m
因为轨道的重力矩大于滑块的压力和摩擦力的力矩,所以轨道不会翻转。
所以滑块能水平飞离轨道。
(3)设轨道长度为xm,轨道质量为M=0.5xkg
恰好翻倒时,Mg(0.8-x)=mg(x-0.8)+μmg×0.8
可求出x=m (或1.058m)
所以轨道长度的范围为(0.8,)m
知识点
如图所示,AB为半径为R=0.45m的光滑圆弧,它固定在水平平台上,轨道的B端与平台相切。有一小车停在光滑水平面上紧靠平台且与平台等高,小车的质量为M=1.0kg,长L=1.0m。现有一质量为m=0.5kg的小物体从A点静止释放,滑到B点后顺利滑上小车,物体与小车间的动摩擦因数为μ=0.4,g=10m/s2。
(1)求小物体滑到轨道上的B点时对轨道的压力。
(2)求小物体刚滑到小车上时,小物体的加速度a1和小车的加速度a2各为多大?
(3)试通过计算说明小物体能否从小车上滑下?求出小车最终的速度大小。
正确答案
(1)FB=15N
(2)a1= 4m/s2;a2=2m/s2
(3)1.0m/s
解析
(1)小物体在圆弧上滑动,由动能定理得
圆弧最低点,由牛顿第二定律得
由牛顿第三定律得小物体对轨道的压力FB′=FB=15N
(2)小物体:
小车:
a1=4m/s2
a2=2m/s2
(3)设小物体没有从小车上滑下去,则最终两者速度相等
相对位移
物体没有从小车上滑下去,最终和小车以相同的速度运动
=1.0m/s
知识点
如图所示,小滑块A和B(可视为质点)套在固定的水平光滑杆上。一轻弹簧上端固定在P点,下端与滑块B相连接。现使滑块B静止在P点正下方的O点,O、P间的距离为h。某时刻,滑块A以初速度v0沿杆向右运动,与B碰撞后,粘在一起以O为中心位置做往复运动。光滑杆上的M点与O点间的距离为。已知滑块A的质量为2m,滑块B的质量为m,弹簧的原长为
,劲度系数
。弹簧弹性势能的表达式为
(式中k为弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量)。
求:
(1)滑块A与滑块B碰后瞬间共同速度v的大小;
(2)当滑块A、B运动到M点时,加速度a的大小;
(3)滑块A、B在往复运动过程中,最大速度vm的大小。
正确答案
见解析。
解析
(1)取A、B滑块为系统,由动量守恒定律有
所以
(2)当滑块运动到M点时,弹簧的长度
此时弹簧的弹力
根据牛顿第二定律
(3)当弹簧处于原长时,滑块的速度最大。取滑块A、B和弹簧为系统,由机械能守恒定律有
所以
知识点
风洞实验室能产生大小和方向均可改变的风力。如图所示,在风洞实验室中有足够大的光滑水平面,在水平面上建立直角坐标系.质量
的小球以初速度
从
点沿
轴正方向运动,在
内受到一个沿
轴正方向、大小
的风力作用;小球运动
后风力变为
(大小求知),方向为
轴负方向,又经过
小球回到
轴。
(1)末小球在y方向的速度;
(2)风力作用多长时间后,小球的速度变为与初速度相同;
(3)小球回到轴上时的动能。
正确答案
见解析。
解析
(1)小球在轴方向的加速度为
,
末速度大小为
(2)在作用下,经过
,小球沿
轴运动的距离为
则
在作用下,小球加速度为
,经过
小球回到
轴。
解得:
在作用下,经过时间
小球在
轴方向速度为零时,小球速度与初速度相同
解得:
(3)当小球回到轴上时,沿
轴的速度为
小球动能为:
知识点
质量为m的物体放在水平面上,它与水平面间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g。用水平力拉物体,运动一段时间后撤去此力,最终物体停止运动。物体运动的v-t图象如图所示。下列说法正确的是
正确答案
解析
略。
知识点
如图9所示,轨道ABC中 的AB段为一半径R=0.2m的光滑1/4圆形轨道,BC段为足够长的粗糙水平面。一质量为0.1kg的小滑块P由A点从静止开始下滑,滑到B点时与静止在B点另一质量为0.1 kg的小滑块Q碰撞后粘在一起,两滑块在BC水平面上滑行0.5m后停下。(g取10m/s2),
求:
(1)小滑块P刚到达圆形轨道B 点时,轨道对它的支持力FN的大小;
(2)小滑块P与小滑块Q碰撞后共同运动的速度v共大小;
(3)滑块与水平面间的动摩擦因数μ的大小。
正确答案
见解析。
解析
(1)小滑块P沿光滑圆形轨道下滑到达圆形轨道底端B的过程中,机械能守恒,有
解得FN=3N
解得vB=2m/s
(2)小滑块P与小滑块Q在B点碰撞后共速,由动量守恒定律得,
mvB=2mv共
解得v共=1m/s
(3)滑块在水平面上滑行的过程中,受到滑动摩擦力的作用,由动能定理得
解得=0.1
知识点
研究性学习小组的同学观察和研究滑板运动的规律时,为使研究问题方便,将滑板和人整体视为一滑块,其质量为m。如图10所示,从光滑斜面上的A点由静止开始自由滑下,到达B点时的速度为vB=4m/s。已知斜面AB与水平面BC在B点处通过一小圆弧光滑连接。长为x0=1.75m的水平面BC与滑块之间的动摩擦因数μ=0.2,C点右侧有4级台阶(台阶编号如图10所示),D点右侧是足够长的水平面。每级台阶的高度均为h=0.2m,宽均为L=0.4m。(设滑块从C点滑出后与地面或台阶碰撞后不再弹起)。(g取10m/s2)
求:
(1)斜面上A点到B点的竖直高度h0;
(2)滑块从B点运动到C点所经历的时间t;
(3)其中一个同学是这样求解滑块离开C点后,第一次落地点P与C点在水平方向距离xPC的:滑块离开C点后做平抛运动,下落高度H=4h=0.8m,在求出滑块经过C点速度的基础上,根据平抛运动知识求出了水平位移xPC。
你认为该同学解法是否正确?如果正确,请解出结果。如果不正确,请说明理由,并用正确的方法求出结果。
正确答案
见解析。
解析
(1)斜面AB上下滑,机械能守恒:
=0.8m
(2)动能定理:
解得: vC=3m/s
牛顿定律:,
解得:m/s2
所以:=0.5s
(3)不正确,因为滑块可能落到某一个台阶上。
正确解法:
假设没有台阶,滑块直接落在地上,s=0.4s,
水平位移,恰好等于3L(也就是恰好落在图中的D点),
因此滑块会撞到台阶上。
当滑块下落高度为2h时,s=0.283s,
水平位移,大于2L,
所以也不会撞到第①、②台阶上,而只能落在第③级台阶上。
则有,
,
xPC
知识点
如图4甲所示,静置于光滑水平面上坐标原点O处的小物块,在水平拉力F的作用下沿x轴方向运动,拉力F随物块所在位置坐标x的变化关系如图4乙所示,图线为半圆,则小物块运动到x0处时的动能为
正确答案
解析
略
知识点
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