- 机械能
- 共1183题
10.今年是我省“五水共治”全面铺开之年,一场气势恢宏、声势浩大的全民治水攻坚战在浙江大地全面打响,某地在“治污水”过程中,须对一污染井水进行排污处理,如图所示为用于排污“龙头”的示意图,喷水口距离地面高度h=1.25m,抽水机的效率η=70%,从距地面深为H=5m的井里抽水,使水充满喷水口,并以恒定的速率从该“龙头”沿水平喷出,喷水口的截面积为S=2cm2,其喷灌半径R=10m,已知水的密度ρ=1.0×103kg/m3,不计空气阻力。求:
(1)污水从喷水口射出时的速率多大?
(2)在1s钟内抽水机至少对水所做的功?
(3)抽水机的电动机的最小输出功率为多少?
正确答案
(1)20m/s
(2)1050J
(3)1500W
解析
(1)由平抛运动得: 故,
速度
(2)由功能关系可得:
(3)
考查方向
解题思路
由平抛运动竖直分运动求出污水的落地时间,根据等时性,由水平方向的分运动求出污水从喷水口射出时的速率,根据能量守恒定律求解1s钟内抽水机对水做的功等于水增加机械能,根据抽水机的效率求解抽水机的电动机的最小输出功率。
易错点
从实际问题中抽象出平抛运动规律,水平射程数值的确定,在1s钟内抽水机抽出的水的质量的确定问题。
知识点
如图所示,将小物块(可视为质点)平放在水平桌面的一张薄纸上,对纸施加恒定水平 拉力将其从物块底下抽出,物块的位移很小,人眼几乎观察不到物块的移动。 已知物块的质量为 M,纸与桌面、物块与桌面间的动摩擦因数均为 μ1,纸与物块间的 动摩擦因数为 μ2,重力加速度为 g。
26.若薄纸的质量为 m,则从开始抽纸到纸被抽离物块底 部的过程中,
①求薄纸所受总的摩擦力为多大;
②从冲量和动量的定义,结合牛顿运动定律和运动学规律, 证明:水平拉力 F 和桌面对薄纸摩擦力的总冲量等于物块和纸的 总动量的变化量。(注意:解题过程中需要用到、但题目中没有 给出的物理量,要在解题中做必要的说明。)
27.若薄纸质量可忽略,纸的后边缘到物块的距离为 L,从开始抽纸到物块最终停下, 若物块相对桌面移动了很小的距离 s0(人眼观察不到物块的移动),求此过程中水平拉力所 做的功。
正确答案
(1) μ1(M+m)g+μ2Mg
解析
(1)
①从开始抽纸到纸被抽离物块底部的过程中,
物块对薄纸施加的摩擦力f物=μ2Mg
水平桌面对薄纸施加的摩擦力f桌=μ1(M+m)g
薄纸受到的总的摩擦阻力
f总=μ1(M+m)g+μ2Mg
②从开始抽纸到薄纸被抽离物块底部的过程,假设物块的加速度为aM、薄纸的加速度为am,所用时间为t,这一过程物块和纸张的速度变化量分别为ΔvM,Δvm。则有ΔvM=aMt,Δvm=amt,
对于薄纸,根据牛顿第二定律有 F-f桌-f物=mam
对于物块,根据牛顿第二定律有 f纸=MaM
由牛顿第三定律有 f物=f纸
由以上三式解得 F-f桌=mam+MaM
上式左右两边都乘以时间t,
有(F-f桌)t=mamt +MaMt=mΔvm +MΔvM
上式左边即为水平拉力F和桌面对薄纸摩擦力的总冲量,
右边即为物块和纸的总动量的变化量。命题得证。
考查方向
解题思路
(1)根据f=μN求摩擦力;
易错点
无
正确答案
(2)见解析
解析
(2)设物块在薄纸上加速和在桌面上减速的位移分别为x1,x2,
则物块对地位移 s0=x1+x2 因薄纸质量可忽略,故其动能可忽略,
所以水平拉力F所做的功有以下一些去向:
薄纸与桌面间的摩擦生热Q1=μ1Mg (x1+ L)
物块与薄纸间的摩擦生热Q2=μ2Mgs相=μ2MgL
物块与桌面间的摩擦生热Q3=μ1Mg x2
由功能关系有WF=Q1+Q2+Q3
解得WF= μ1Mg(s0+ L) +μ2MgL
所以,水平拉力F所做的功W=μ1Mg(s0+ L) +μ2MgL
考查方向
解题思路
(2)见解析;
易错点
问中的能关系WF=Q1+Q2+Q3
7. 如图所示,一质量为m的小球套在光滑竖直杆上,轻质弹簧一端固定于O点,另一端与该小球相连。现将小球从A点由静止释放,沿竖直杆运动到B点,已知OA长度小于OB长度,弹簧处于OA、OB两位置时弹力大小相等。在小球由A到B的过程中()
正确答案
解析
A选项,当弹簧与直杆垂直时,小球合外力等于重力,加速度等于g,当小球继续下落时直到,弹簧变为原长时,小球合外力等于重力,加速度g,故A选项正确。
B选项,弹簧的功率P=Fv,当P=0时,即F=0或者v=0。从小球下落开始到B点弹簧仅有一次变为原长F=0,此时P=0。第一阶段:小球从A点到弹簧与直杆垂直时,弹簧弹力做负功,但重力大于弹力在竖直方向生的分力,小球向下加速运动;第二阶段:小球从弹簧与直杆垂直到弹簧变为原长时,弹力重力均做正功,速度增大;第三阶段:小球从弹簧变为原长再到B点弹力做负功,重力做正功,但弹力在竖直方向的的分力任小于重力,故小球做加速运动;即小球从A点到B点速度一直增加,不可能为零。故弹簧的功率P=Fv为零的位置仅有一个,故错误。
C选项,由于在A、B两点弹簧弹力大小相等,因此弹簧的变化量相等,即弹簧的弹性势能不变,弹力对小球不做功,所以弹簧弹力对小球所做的正功等于小球克服弹簧弹力所做的功,故正确。
D选项,由B选项可知弹力在第二阶段做正功,在第一、第三阶段做负功,如图所示,AC=CD,即只需判断DE和EB段的大小关系,弹簧从D到E,E到B,弹簧的变化量相同设为x,所以有x=DEcosθ1,x=EBcosθ2,即DEcosθ1=EBcosθ2,因为θ1>θ2,DE>EB,故不相等,错误。
考查方向
1、考查物体所受合外力及其受力分析。
2、考查弹簧弹力:F=kx
3、考查弹性势能的转化,及动能定理。
4、考查瞬时功率的公式P=Fv。
解题思路
1、首先分析小球在运动过程中所受合外力,判断合外力等于重力的位置个数。
2、根据瞬时功率公式P=Fv判断功率为零的位置个数。
3、根据动能定理判断弹簧弹力做功与小球克服弹力做功的大小关系。
易错点
1、对小球合外力的分析不到位。
2、对弹性势能的转化,及能量守恒定律分析不到位。
知识点
7.一质量为m的物体被人用手由静止竖直向上以加速度匀加速提升高度h,重力加速度为g。关于此过程,下列说法中正确的是()
正确答案
解析
质量为m的物体被人用手由静止竖直向上以加速度a匀加速提升,由牛顿第二定律可得:F-mg=ma,所以:F=mg+maA、物体匀加速提升h,手对物体做功:W1=Fh=(mg+ma)h.故A正确;
B、D、物体上升h,物体克服重力做功:W=mgh.故BD错误.;
C、提升过程中物体的动能增加量等于物体克服重力做功:W=mgh.故C错误。
考查方向
解题思路
恒力做功,根据W=FS计算
易错点
属于简单题,不应该出错
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
4.质量为m=20 kg的物体,在大小恒定的水平外力F的作用下,沿水平面做直线运动。0~2 s内F与运动方向相反,2~4 s内F与运动方向相同,物体的v-t图象如图所示。g取10 m/s2,则 ( )
正确答案
解析
A选项,0~2 s内F与运动方向相反,合外力ma1=F+f,2~4 s内F与运动方向相同,合外力ma2=F-f,联立可得F= ( ma1+ma2),由图可知a1=5m/s2,a2=1m/s2,得F=60N,f=40N故错误。
B选项,物体在4 s时拉力的瞬时功率P=Fv,带入数据得P=120W,故选项B正确。
C选项,0~2 s内F与运动方向相反,拉力做负功WF1=-FS1=-60N×10m=-600J,2~4 s内F与运动方向相同,拉力做正功WF2=FS2=60N×2m=120J,故4s内拉力所做的功为WF= WF1+WF2=-480 J,故错误。
D选项,4s内物体克服摩擦力做的功Wf=f(S1+S2)=40N×12m=480J,故错误。
考查方向
解题思路
1、首先根据图像斜率求出物体运动的加速度。2、分析物体在两个阶段的受力情况,再根据牛顿第二运动定律,求出拉力F大小。3、根据瞬时功率公式P=Fv求拉力做功功率。4、根据力做功的基本公式W=Fx求解拉力和摩擦力做功的大小。
易错点
1、在计算拉力在4s内做功时容易忽略拉力做功的正负问题。2、对“克服摩擦力做的功”的含义理解不到位。
知识点
12.如图所示,质量为m的小球A沿高度为h倾角为θ的光滑斜面以初速v0滑下,另一质量与A相同的小球B自相同高度同时由静止落下,结果两球同时落地。下列说法正确的是:( )
正确答案
解析
根据W=mgh知,重力对两球做功相同.故A错;对A球,根据动能定理得,mgh=,对B球,根据动能定理得,mgh=,知vA>vB.故B错;两球都做匀变速直线运动,运动时间相等,vA=v0+gsinθt,vB=gt,A球重力做功的瞬时功率P=mg(v0+gsinθt)sinθ,B球重力做功的瞬时功率P′=mgvB=mg2t.知A球的重力瞬时功率小于B球重力的瞬时功率.故C错误.两球重力做功相等,时间相等,根据知,重力的平均功率相等.故D正确.
考查方向
解题思路
重力做功跟路径无关,只与首末位置的高度差有关;根据动能定理,比较两球落地的速度大小;根据P=mgvcosα及比较重力的瞬时功率和平均功率.
易错点
关键掌握重力做功的特点,以及掌握瞬时功率和平均功率的表达式
知识点
如图,一长为的轻杆一端固定在光滑铰链上,另一端固定一质量为的小球。一水平向右的拉力作用于杆的中点,使杆以角速度匀速转动,当杆与水平方向成60°时,拉力的功率为
正确答案
解析
拉力作用于杆上,杆与此同时给小球弹力作用,小球在重力和杆的弹力作用下做匀速圆周运动,将重力分解到沿半径方向和切线方向,沿半径方向提供小球做圆周运动的向心力,沿切线方向与杆给小球的弹力平衡即为:mgsin30○,故此时杆给小球弹力的功率为:mgsin30○Lw=即为拉力的功率。C正确。
知识点
如图所示,细线的一端固定于O点,另一端系一小球,在水平拉力作用下,小球以恒定速率在竖直平面内由A点运动到B点,在此过程中拉力的瞬时功率变化情况是( )
正确答案
解析
由于小球做匀速圆周运动,小球上升的过程中竖直方向分速度逐渐增大,则 PG=mgv竖逐渐增大,小球上升过程中只有重力和拉力做功,而动能保持不变,根据动能定理可知任意极短时间内两力做功代数和总为零,可推出两力功率大小关系PF=PG=mgv竖,即拉力的功率逐渐增大,A项正确。
知识点
某车以相同功率在两种不同的水平路面上行驶,受到的阻力分别为车重的k1和k2倍,最大速率分别为υ1和υ2,则
正确答案
解析
略
知识点
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