- 机械能
- 共1183题
如图所示,AB为倾角θ=37°的斜面轨道,轨道的AC部分光滑,CB部分粗糙,BP为圆心角等于143°、半径R=l m的竖直光滑圆弧形轨道,两轨道相切于B点,P、O两点在同一竖直线上,轻弹簧一端固定在A点,另一自由端在斜面上C点处,现有一质量m
=2 kg的小物块在外力作用下将弹簧缓慢压缩到D点后(不栓接)释放,物块经过C点后,从C点运动到B点过程中的位移与时间的关系为x= 12t - 4t2(式中x单位是m,t单位是s),假设物块第一次经过B点后恰能到达P点,sin 37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2.试求:
14.若CD =1 m,试求物块从D点运动到C点的过程中,弹簧对物块所做的功;
15.B、C两点间的距离x;
16.若在P处安装一个竖直弹性挡板,小物块与挡板碰撞后速度反向,速度大小不变,小物块与弹簧相互作用不损失机械能,试通过计算判断物块在第一次与挡板碰撞后的运动过程
中是否会脱离轨道?
正确答案
156 J
解析
由x=12t-4t2知,物块在C点速度为:v0=12 m/s,
设物块从D点运动到C点的过程中,弹簧对物块所做的功为W,由动能定理得:代入数据得:
考查方向
动能定理
解题思路
物块从C点运动到B点过程中的位移与时间的关系x=12t-5t2,根据待定系数法可以判断出初速度和加速度的值.对物体运用动能定理求弹簧对物块所做的功.
易错点
掌握动能定理的应用.
正确答案
6.125m
解析
由x=12t-4t2知,物块从C运动到B的加速度大小为:a=8 m/s2,物块在P点的速度满足:,物块从B运动到P的过程中机械能守恒,则有:
物块从C运动到B的过程中有:
由以上各式解得:x=6.125m
考查方向
机械能守恒定律; 匀变速直线运动的公式
解题思路
根据CB段匀减速直线运动的位移时间关系得出物体运动的加速度,从而根据牛顿第二定律求出动摩擦因数,因为物体恰好到达P点,根据牛顿第二定律得出P点的速度,通过机械能守恒定律得出B点的速度,然后通过匀变速直线运动的速度位移公式求出B、C两点间的距离xBC.
易错点
理解物块恰能到达P点的的临界条件.
正确答案
物块在以后的运动过程中不会脱离轨道.
解析
设物块与斜面间的动摩擦因数为μ,由牛顿第二定律得
mgsin θ+μmgcos θ=ma
代入数据解得μ=0.25
假设物块第一次从圆弧轨道返回并与弹簧相互作用后,能够回到与O点等高的位置Q点,且设其速度为vQ,由动能定理得
解得
可见物块返回后不能到达Q点,故物块在以后的运动过程中不会脱离轨道.
考查方向
牛顿第二定律;动能定理
解题思路
根据动能定理判断物体能否返回时回到与O点等高的位置,若不能回到等高的位置,则小球将不会脱离轨道.
易错点
关键分析出物体在运动过程中在哪点最容易脱离轨道.
图甲为一研究电磁感应的实验装置示意图,其中电流传感器(相当于一只理想的电流表)能将各时刻的电流数据实时通过数据采集器传输给计算机,经计算机处理后在屏幕上同步显示出I-t图像。足够长光滑金属轨道电阻不计,宽度为L=0.2m,倾角为 θ=300。轨道上端连接的定值电阻的阻值为R=0.9Ω,金属杆MN的电阻为r=0.1Ω,质量为m=1kg。在轨道区域加一垂直轨道平面向下、磁感强度为B=0.5T的匀强磁场,让金属杆在沿道平面向下、大小随时间变化的拉力F作用下由静止开始下滑,计算机显示出如图乙所示的I-t图像,(I0=0.2A,t0=1s)设杆在整个运动过程中与轨道垂直。试求:
14.金属杆的速度v随时间变化的关系式;
15.拉力F随时间变化的关系式;
16.金属杆从静止开始下滑t=2s时间,在定值电阻R上产生的焦耳热为Q=90J,则拉力做的功W是多少。
正确答案
(7分)
解析
由乙图可得电流为
对金属杆由法拉第电磁感应定律有
对闭合电路由欧姆定律有
解得:
考查方向
闭合电路欧姆定律;法拉第电磁感应定律
解题思路
由乙图得出电流I与t的关系式,由法拉第电磁感应定律表示出电动势,结合闭合电路欧姆定律求出金属杆的速度v随时间变化的关系式.
易错点
关键由计算机信息找到I与t的关系,结合法拉第电磁感应定律及闭合电路欧姆定律分析.
正确答案
F=0.5+0.2t (5分)
解析
金属杆的下滑运动是匀加速直线运动,其加速度为 a=2 m/s2,由安培力公式及牛顿第二定律有F + mgsinθ - BIL= ma,解得:F=0.5+0.2t
考查方向
牛顿第二定律
解题思路
以金属杆为研究对象,进行受力分析,根据牛顿第二定律列方程,找到F与t的关系.
易错点
关键对金属杆进行受力分析依牛顿第二定律列方程.
正确答案
700 J(6分)
解析
金属杆从静止开始下滑2s时间,下滑的距离为
此时的速度为 v=at= 4 m/s
这一过程中闭合电路消耗的电能(焦耳热)为
由能量守恒定律有
解得:W=700 J
考查方向
匀变速直线运动的公式;能量守恒定律
解题思路
由运动学公式求出从静止开始下滑2s时间的距离,由闭合电路欧姆定律结合能量守恒定律求出拉力做的功.
易错点
关键理解金属杆下滑过程中能量之间的转化.
如图所示,某生产线上相互垂直的甲、乙传送带等高,均以大小为4m/s的速度运行,其中甲传送带的长度为L=1m,乙传送带足够长,乙传送带的宽度为d=2m,图中虚线为传送带中线。一工件(视为质点)从甲左端由静止释放,经一段时间由甲右端滑上乙,最终必与乙保持相对静止。工件质量为1kg,g=10m/s2 ,沿甲传送带中线向右建立轴。
15.若,求工件从放上甲传送带到相对乙传送带静止经历的时间?皮带上的划痕各多长?
16.若,求工件在传送带上运动过程中甲、乙传送带对工件共做多少功?
17.当不同时,工件最终相对乙传送带静止的位置不同,求工件在乙传送带上相对乙沿
方向上的位移?
正确答案
1.8s ;4.4m
解析
工件在甲传送带上做匀加速时,加速度为
工件在甲传送带上运动:
位移为:
工件在乙传送带上运动:v相
故以乙传送带为参考,工件做加速度为的匀减速直线运动,当速度减为零时即工件和乙传送带相对静止。
共用时:
皮带上的划痕长度为:
考查方向
力的合成与分解的运用;匀变速直线运动规律的综合运用
解题思路
工件从放上甲传送带后先做匀加速运动,根据运动学公式求匀加速运动的位移和时间.工件滑上传送带乙后,以乙传送带为参考系,工件做加速度为μg的匀减速直线运动,当速度减为零时即工件和乙传送带相对静止.再由运动学公式求时间和皮带上的划痕长度.
易错点
关键在于分析物体的运动情况,确定其运动轨迹,当滑到传送带乙时,以传送带乙为参考系,分析其运动情况.
正确答案
8J
解析
全程对工件由动能定理得:
考查方向
动能定理的应用
解题思路
对全过程,运用动能定理求传送带对工件做的总功.
易错点
理解甲、乙传送带对工件做的功等于工件动能的增量.
正确答案
当,
当,
解析
若工件在甲传送带上先匀加速运动共速后做匀速直线运动,则有
即:当,
,
由几何知识得
当,工件在甲传送带上一直匀加速运动,故
,
由几何知识得
即当,
;当
,
考查方向
匀变速直线运动规律的综合运用
解题思路
若工件在甲传送带上先匀加速运动共速后做匀速直线运动,由运动学公式得到μ≥0.8.当μ<0.8,工件在甲传送带上一直匀加速运动,再由运动学公式和几何关系结合求解.
易错点
根据工件在甲传送带上不同的运动状态得出值加以讨论.
如图所示,在竖直平面内有半径为R=0.2 m的光滑1/4圆弧AB,圆弧B处的切线水平,O点在B点的正下方,B点高度为h=0.8 m。在B端接一长为L=1.0 m的木板MN。一质量为m=1.0 kg的滑块,与木板间的动摩擦因数为0.2,滑块以某一速度从N点滑到板上,恰好运动到A点。 (g取10 m/s2)求:
29.滑块从N点滑到板上时初速度的大小;
30. 从A点滑回到圆弧的B点时对圆弧的压力;
31.若将木板右端截去长为ΔL的一段,滑块从A端由静止释放后,将滑离木板落在水平面上P点处,要使落地点P距O点最远,ΔL应为多少?
正确答案
解析
由动能定理可知:
代入数据解得:.
考查方向
动能定理的应用
解题思路
对N到A过程运用动能定理,求出初速度的大小.
易错点
理清物块的运动规律,选择合适的规律进行求解.
正确答案
滑块滑至B点时对圆弧的压力为30 N,方向竖直向下
解析
根据动能定理有:
由向心力公式可知:
联立解得:
由牛顿第三定律知:滑块滑至B点时对圆弧的压力为30 N,方向竖直向下.
考查方向
动能定理的应用
解题思路
根据动能定律求出滑块在B点时的速度,结合牛顿第二定律求出支持力的大小,从而得出滑块对圆弧的压力大小.
易错点
理清物块的运动规律,选择合适的规律进行求解.
正确答案
当时,△L=0.16 m时,xOP最大.
解析
由牛顿第二定律可知:
根据平抛运动规律有:
解得:t=0.4s.
由运动学公式可知:
.
由平抛运动规律和几何关系:
解得当时,△L=0.16 m时,xOP最大.
考查方向
动能定理的应用
解题思路
根据牛顿第二定律和运动学公式求出离开木板的速度,结合高度求出平抛运动的时间,从而得出水平位移的表达式,通过数学知识求出△L为多少时,落地点距离O点最远.
易错点
理清物块的运动规律,选择合适的规律进行求解.
7.如图所示,斜面顶端A与另一点B在同一水平线上,甲、乙两小球质量相等.小物体甲沿光滑斜面以初速度从顶端A滑到底端,乙以同样的初速度
从B点抛出,不计空气阻力,则()(全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分.)
正确答案
解析
A、根据动能定理知,,由于A、B两球下降的高度相同,则重力做功相等,初动能相等,则末动能相等,可知两物体落地的速率相同,故AC正确;
B、B球仅受重力作用,做匀变速曲线运动,落地时速度方向与A球落地时速度方向不同,根据P=mgvcosα知,其中α为落地时速度方向与竖直方向的夹角,则可知重力的瞬时功率不同,故B错误;
D、由于两球在整个过程中重力做功相等,但是运动的时间不同,则重力的平均功率不同,故D错误.
考查方向
功率、平均功率和瞬时功率;功的计算
解题思路
根据动能定理比较落地的速率大小,结合落地的速度方向,根据瞬时功率的公式比较重力的瞬时功率.根据下降的高度比较重力做功,结合运动的时间比较重力做功的平均功率.
易错点
注意区分平均功率与瞬时功率的概念.
知识点
电阻不计的平行金属导轨相距L,与总电阻为2R的滑动变阻器、板间距为d的平行板电容器和开关S连成如图所示的电路。磁感应强度为B的匀强磁场垂直导轨所在的平面。电阻为R的金属棒ab与导轨垂直,接触良好,并紧贴导轨匀速移动。合上开关S,当滑动变阻器触头P在中点时,质量为m、电量为+q的带电微粒从平行板电容器中间位置水平射入,微粒在两板间做匀速直线运动;当P移至C时,相同的带电微粒以相同的速度从同一位置射入两板间,微粒穿过两板的过程中动能增加。重力加速度为g。求:
26.ab运动的方向及其速度大小;
27.当P移至C时,微粒穿过两板的过程中,电场力对微粒做的功W。
正确答案
(6分)
解析
微粒做匀速直线运动时,电场力与重力平衡,则电场力方向竖直向上,上极板带负电,ab中感应电流方向由a与b,由右手定则判断知ab向左运动.对微粒,由平衡条件有:
得电容器板间电压为:
由得ab产生的感应电动势为:
,由E=BLv得:
考查方向
导体切割磁感线时的感应电动势;带电粒子在匀强电场中的运动
解题思路
微粒做匀速直线运动时,电场力与重力平衡,分析电容器板间电场方向,确定金属棒产生的感应电流方向,由右手定则判断其运动方向.由平衡条件求电容器板间电压,得到金属棒产生的感应电动势,再由E=BLv求金属棒的速度.
易错点
关键分析带电粒子在匀强电场中的受力情况,由带电粒子做直线运动的条件求解.
正确答案
(5分)
解析
当P移至C时,板间电压为:
微粒穿过两板的过程中,由动能定理得:
(qE电-mg)h=△Ek.
又
得:
故电场力对微粒做的功为:W=qE电h=4△Ek
考查方向
带电粒子在匀强电场中的运动
解题思路
当P移至C时,由电路知识求出电容器板间电压.此时微粒在电场中做类平抛运动,由动能定理求出偏转距离,再求电场力做功.
易错点
粒子在电场中做类平抛,关键应用动能定理列式求解.
如图,一对表面粗糙的平行金属轨道竖直固定在水平地面上,轨道与地面绝缘,轨道顶端连接有一定值电阻R,在A1A2、A3A4区域内有垂直于轨道平面向里的匀强磁场.一水平金属杆CD通过两金属环套在轨道上,现使金属杆CD以某一初速度竖直向上运动,穿过磁场区域后继续上升到最高位置A5A6,然后落回地面,此后不再运动.已知金属杆CD与轨道间的摩擦力大小恒为其重力的倍,金属杆CD向上运动经过A1A2和A3A4位置时的速度之比为2 :1,A3A4与A5A6间的距离是A1A2与A3A4间的距离的n倍,金属杆CD向下运动刚进入磁场区域就做匀速运动,重力加速度为g,金属轨道与金属杆CD的电阻都忽略不计,
求:
29.金属杆CD向上、向下两次经过A3A4位置时的速度之比;
30.金属杆CD向上运动经过A1A2刚进入磁场时的加速度大小;
31.金属杆CD向上、向下两次经过磁场区域的过程中定值电阻R上产生的焦耳热之比.
正确答案
解析
(1)设杆的质量为m,A3A4与A5A6间的距离为h,上升过程中的加速度大小为:
又
则
下降过程中的加速度大小为:
又
则
即:
考查方向
电磁感应中的力学
解题思路
对金属杆受力分析,由牛顿第二定理求出加速度,然后由运动学公式计算出速度v,即可求出比值。
易错点
金属杆CD向上、向下两次经过A3A4位置时没有安培力。
正确答案
解析
设杆的长度为,杆向上运动经过A1A2时的速度为
,切割产生的电动势
回路中的电流
杆受到的安培力大小,方向竖直向下。
杆向上经过A1A2刚进入磁场时,由牛顿第二定理得:
得
由题意知,杆下落进人磁场做匀速直线运动的速度v2,
切割产生的电动势为:
回路中的电流为:
杆受到的安培力:
这一过程杆受力平衡:
可得:
代入数据得:
考查方向
电磁感应中的力学
解题思路
对金属杆CD向上运动经过A1A2刚进入磁场时受力分析,结合欧姆定律和牛顿第二定理就可求出加速度a。
易错点
此题过程复杂,运动状态复杂,要仔细分析清楚各不同阶段的运动情况和受力情况。
正确答案
解析
设A3A2与A3A4的距离为d,杆向上穿过磁场的过程中,由动能定理经过A3A4继续上升nd,这一过程由动能定理得:
则:
杆下落 过程中,
由功能关系得:
即
考查方向
电磁感应中的能量
解题思路
根据功能关系,定值电阻R上产生的焦耳热数值上等于安培力做的功。
易错点
不会应用常见的功能关系。
如图所示,倾角的斜面AB与水平面平滑连接于B点,A、B两点之间的距离s0=3 m,质量m=3 kg的小物块与斜面及水平面间的动摩擦因数均为
。当小物块从A点由静止开始沿斜面下滑的同时,对小物块施加一个水平向左的恒力F。取g=10 m/s2。
14.若F=10 N,小物块从A点由静止开始沿斜面运动到B点时撤去恒力F,求小物块在水平面上滑行的距离s。(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)
15.为确保小物块不离开斜面,该恒力的最大值为多大?
正确答案
4.7m
解析
小物块从A点开始沿ABC路径运动到C停止的过程中,由动能定理可得:Fs0cosθ+mgs0sinθ-fs0-μmgs=0
又 f=μFN
FN+Fsinθ=mgcosθ
代入数据解得 s=4.7m
考查方向
动能定理
解题思路
对整个过程,运用动能定理列式,可求得小物块在水平面上滑行的距离s.
易错点
关键对物体进行受力分析,求出物体受到的合外力做的功.
正确答案
40N
解析
若小物块不离开斜面,根据题意有
Fsin37°≤mgcos37°
代入数据解得 F≤40N,即恒力的最大值为40N.
考查方向
力的合成与分解的运用
解题思路
当恒力垂直于斜面的分力小于等于重力垂直斜面的分力时小物块不离开斜面.
易错点
关键理解物体不离开斜面的条件.
8.如图所示,平行板电容器两极板水平放置,一电容为C。电容器与一直流电源相连,初始时开关闭合,极板间电压为U,两极板间距为d,电容器储存的能量。一电荷量为q的带电油滴以初动能Ek从平行板电容器的轴线水平射入(极板足够长),恰能沿图中所示水平虚线匀速通过电容器,则()(全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有错选的得0分)
正确答案
解析
A、保持开关闭合,电压不变,仅将上极板下移
的过程中,极板距离减小,根据场强公式可知电场强度增大,电场力增大,带电油滴做曲线运动,故A错误;
B、保持开关闭合,仅将上极板下移,两极板间距离变为
,电场强度
,电场力做功
开始油滴沿直线运动,则,根据动能定理
解得:
,故B正确;
CD、开始时电容器储存的能量为断开开关,电容器所带的电荷量Q不变,将上极板上移
则由
可知电容器的电容变为
,根据
可知,两板电势差变为
,此时电容器储存的能量
根据能量守恒定律,若不考虑电容器极板重力势能变化,外力对极板做功至少为
,故C错误,D正确;
考查方向
带电粒子在匀强电场中的运动
解题思路
带电油滴受到重力和电场力处于平衡,当电场强度增大时,液滴将会向上运动.电容器始终与电源相连,两端的电压不变,电容器与电源断开,所带的电量不变,根据动态分析判断电场强度的变化.
易错点
掌握电容器始终与电源相连,两端的电压不变,电容器与电源断开,所带的电量不变.
知识点
【物理—选修3-5】
37.下列说法正确的是:
38.如图所示,光滑的水平面上有mA=2kg,mB=mC=1kg的三个物体,BC紧靠在一起但不粘连,AB之间用轻弹簧相连,整个系统处于静止状态.现在A、C两边用力使三个物体缓慢靠近压缩弹簧,此过程外力做功72 J,然后静止释放,求:
①从释放到物体B与C分离的过程中,B对C做了多少功?
②当弹簧再次恢复到原长时,A、B的速度各是多大?
正确答案
解析
A、原子核发生衰变时遵从质量数守恒、电荷数守恒,故A错误;
B、α射线为氦核流,β射线为电子流,γ射线是电磁波,故B错误;
C、能级间跃迁时,由于能级差是一些特定的值,则辐射的光子频率也为一些特定的值,故C正确;
D、根据光电效应方程知,,光电子的最大初动能与入射光的频率以及金属材料有关,故D正确;
E、查德威克发现了原子核内有中子,故E正确.
考查方向
原子核衰变及半衰期、衰变速度;爱因斯坦光电效应方程;X射线、α射线、β射线、γ射线及其特性
解题思路
衰变的过程中电荷数守恒、质量数守恒,有质量亏损;α射线为氦核流,β射线为电子流,γ射线是电磁波;通过能级差△E=hv,分析辐射频率是否是特定的值;结合光电效应方程分析光电子的最大初动能与什么因素有关.
易错点
理解光电效应方程,光电子的最大初动能与入射光的频率以及金属材料有关.
正确答案
v′A=-2m/s,v′B=10m/s.负号表示速度方向与正方向相反,即向左.
解析
(1)释放后,在弹簧恢复原长的过程中B和C和一起向左运动,当弹簧恢复原长后B和C的分离,选取A、B、C为一个系统,在弹簧恢复原长的过程中动量守恒(取向右为正向):
mAvA-(mB+mC)vC=0 ①
根据系统能量守恒: 又 EP=72J ②
则B对C做的功:③
联立并代入数据得:vA=vC=6m/s,W′=18J.
(2)取A、B为研究系统,根据动量守恒(取向右为正向)得:
mAvA-mB vC=mAv′A+mB v′C
根据系统能量守恒得:
当弹簧恢复到原长时A、B的速度分别为:
v′A=6m/s,v′B=-6m/s或v′A=-2m/s,v′B=10m/s.负号表示速度方向与正方向相反,即向左.
v′A=6m/s,v′B=-6m/s是物体B与C分离时的情况,故舍去.
考查方向
动量守恒定律; 功能关系
解题思路
选取A、B、C为一个系统,在弹簧恢复原长的过程中运用动量守恒和系统能量守恒列式求解.当弹簧再次恢复到原长时,A、B为研究系统,根据系统动量守恒和系统能量守恒列式求解,注意正方向的选取.
易错点
关键利用动量守恒定律解题,在B和C分离后,应选取A、B为一个系统研究.
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