- 机械能
- 共1183题
如图所示,在空间中存在竖直向上的匀强电场,质量为m、电荷量为+q的物块从A点由静止开始下落,加速度为g,下落高度H到B点后与一轻弹簧接触,又下落 h后到达最低点C,整个过程中不计空气阻力,且弹簧始终在弹性限度内,重力加速度为g,则带电物块在由A点运动到C点过程中,下列说法正确的是
正确答案
解析
略
知识点
如图所示,在固定倾斜光滑杆上套有一个质量为m的圆环,杆与水平方向的夹角α=30°,圆环与竖直放置的轻质弹簧上端相连,弹簧的另一端固定在地面上的A点,弹簧处于原长h。让圆环沿杆由静止滑下,滑到杆的底端时速度恰为零。则在圆环下滑过程中
正确答案
解析
略。
知识点
研究物体的运动时,常常用到光电计时器.如图所示,当有不透光的物体通过光电门时,光电计时器就可以显示出物体的挡光时间.光滑水平导轨MN上放置两个物块A和B,左端挡板处有一弹射装置P,右端N处与水平传送带平滑连接,将两个宽度为d=3。6×10-3m的遮光条分别安装在物块A和B上,且高出物块,并使遮光条在通过光电门时挡光.传送带水平部分的长度L=9.0m,沿逆时针方向以恒定速度v=6.0m/s匀速转动.物块B与传送带的动摩擦因数,物块A的质量(包括遮光条)为mA =2.0 kg.开始时在A和B之间压缩一轻弹簧,锁定其处于静止状态,现解除锁定,弹开物块A和B,迅速移去轻弹簧.两物块第一次通过光电门,物块A通过计时器显示的读数t1=9.0×10-4s,物块B通过计时器显示的读数t2=1.8×10-3s,重力加速度g取10m/s2,
试求:
(1)弹簧储存的弹性势能Ep;
(2)物块B在传送带上滑行的过程中产生的内能;
(3)若物体B返回水平面MN后与被弹射装置P弹回的A在水平面上相碰,碰撞中没有机械能损失,则弹射装置P必须对A做多少功才能让B碰后从Q端滑出.
正确答案
见解析。
解析
(1)解除锁定,弹开物块AB后,两物体的速度大小
vA=m/s,
vB=m/s;
由动量守恒有: mAvA=mBvB ①得mB=4.0 kg
弹簧储存的弹性势能J ②
(2)B滑上传送带先向右做匀减速运动,当速度减为零时,向右滑动的距离最远。
由牛顿第二定律得: ③
所以B的加速度:2.0m/s2
B向右运动的距离:1.0m <9.0米物块将返回④
向右运动的时间为:.0s ⑤
传送带向左运动的距离为:6.0m ⑥
B相对于传送带的位移为: ⑦
物块B沿传送带向左返回时,所用时间仍然为t1,位移为x1
B相对于传送带的位移为: ⑧
物块B在传送带上滑行的过程中产生的内能:
96J ⑩
或者:(物体B返回到N点时所用时间t==2s,所以传送带移动距离为x=vt=12m。)
(3) 设弹射装置给A做功为,
AB碰相碰,碰前B的速度向左为m/s ,碰后的速度设为
规定向右为正方向,根据动量守恒定律和机械能守恒定律得:
碰撞过程中,没有机械能损失:
B要滑出平台Q端,由能量关系有:.
所以,由得 84J
知识点
如图9,在倾斜角为的光滑斜面上放一轻质弹簧,其下端固定,静止时上端位置在B点,在A点放上一质量
的小物体,小物体自由释放,从开始的一段时间内的
图像如图10所示,小物体在
时运动到B点,在0.9s到达C点,BC的距离为1.2m(
),由图知
正确答案
解析
略
知识点
一同学利用手边的两个完全相同的质量为m的物块和两个完全相同、劲度系数未知的轻质弹簧,做了如下的探究活动。已知重力加速度为g,不计空气阻力。
(1)取一个轻质弹簧,弹簧的下端固定在地面上,弹簧的上端与物块A连接,物块B叠放在A上,A、B处于静止状态,如图所示。若A、B粘连在一起,用一竖直向上的拉力缓慢提升B,当拉力的大小为时,A物块上升的高度为L;若A、B不粘连,用一竖直向上的恒力
作用在B上,当A物块上升的高度也为L时,A、B恰好分离。求:
a.弹簧的劲度系数;b.恒力
的大小;
(2)如图所示,将弹簧1上端与物块A拴接,下端压在桌面上(不拴接),弹簧2两端分别与物块A、B拴接,整个系统处于平衡状态。现施力将物块B缓缓地竖直上提,直到弹簧1的下端刚好脱离桌面。求在此过程中该拉力所做的功?(已知弹簧具有的弹性势能为,k为弹簧的劲度系数,Δx为弹簧的形变量)
正确答案
见解析。
解析
(1)
a.设弹簧自然长度为,没有作用力
时,物块A、B压在弹簧上,弹簧的长度为
用力F1向上缓慢提起物块B,当力时,弹簧的长度为
物块上升的高度
解得
b. 在恒力F和弹簧的弹力作用下,A、B一起向上做加速运动,随弹簧压缩量减小,弹簧的弹力减小,一起向上的加速度逐渐减小。在此过程中A、B间的压力也减小,一直到 A、B刚分离时,A、B间相互作用的弹力恰为0。A物块受重力和弹簧的弹力,它的加速度为
此时B受重力和恒力F其加速度为
且刚分离时应有
由以上方程解得
(2)如图所示,开始时物块B受重力和弹簧2的弹力处于平衡状态,设为弹簧2此状态下的压缩量,有
可得
可将物块A、B(包括轻弹簧2)看成一个整体,受重力和弹簧1的弹力处于平衡状态,设弹簧1此时压缩量为,有
可得
施力将物块B缓慢上提,弹簧2的长度增大,物块A也向上移动,弹簧1的长度也增大,直到弹簧1的下端刚好脱离桌面,弹簧1与桌面间的作用力为0,弹簧1处于自然长度。此时两物体仍都处于平衡状态。设为弹簧2此状态下的伸长量,对于物块A此时受重力mg和弹簧2对物块A向上的拉力
,有
可得
在此过程中物块A向上移动的总距离为:。
物块B与物块A间的弹簧2长度由压缩状态变为伸长状态
,L0为弹簧2的自然长度。由此可见物块A与物块B间的距离增加了
,但物块A向上移动了
的距离,故物块B向上移动的总距离为
物块A的重力势能增加量为
物块B的重力势能增加量为
弹簧1由压缩状态到自然长度,弹性势能减小量为
弹簧2由压缩Δx2变为伸长Δx2’弹性势能改变量为
在此过程中该拉力所做的功等于整个系统的重力势能和弹性势能的增加量的代数和
知识点
如图甲所示,倾角为θ的光滑斜面体固定在水平面内,经度系数为k的轻弹簧,一端固定在斜面底端,另一端与质量为m的小滑块接触但不栓接,现用沿斜面向下的力F推滑块至离地高度h0处,弹簧与斜面平行,撤去力F,滑块沿斜面向上运动,其动能Ek和离地高度h的变化关系如图乙所示,图中h2对应图线的最高点,h3到h4范围内图线为直线,其余部分为曲线,重力加速度为g,则( )
正确答案
解析
略
知识点
如图8所示,在竖直面内有一个光滑弧形轨道,其末端水平,且与处于同一竖直面内光滑圆形轨道的最低端相切,并平滑连接。A、B两滑块(可视为质点)用轻细绳拴接在一起,在它们中间夹住一个被压缩的微小轻质弹簧。两滑块从弧形轨道上的某一高度由静止滑下,当两滑块刚滑入圆形轨道最低点时拴接两滑块的绳突然断开,弹簧迅速将两滑块弹开,其中前面的滑块A沿圆形轨道运动恰能通过轨道最高点。已知圆形轨道的半径R=0.50m,滑块A的质量mA=0.16kg,滑块B的质量mB=0.04kg,两滑块开始下滑时距圆形轨道底端的高度h=0.80m,重力加速度g取10m/s2,空气阻力可忽略不计。求:
(1)A、B两滑块一起运动到圆形轨道最低点时速度的大小;
(2)滑块A被弹簧弹开时的速度大小;
(3)弹簧在将两滑块弹开的过程中释放的弹性势能。
正确答案
见解析。
解析
(1)设滑块A和B运动到圆形轨道最低点速度为v0,对滑块A和B下滑到圆形轨道最低点的过程,根据动能定理,有(mA+mB)gh=(mA+mB)v02
解得:v0=4.0m/s
(2)设滑块A恰能通过圆形轨道最高点时的速度大小为v,根据牛顿第二定律有
mAg=mAv2/R
设滑块A在圆形轨道最低点被弹出时的速度为vA,对于滑块A从圆形轨道最低点运动到最高点的过程,根据机械能守恒定律,有 mAvA2=mAg•2R+
mAv2
代入数据联立解得:vA=5.0 m/s
(3)对于弹簧将两滑块弹开的过程,A、B两滑块所组成的系统水平方向动量守恒,设滑块B被弹出时的速度为vB,根据动量守恒定律,有
(mA+mB)v0=mA vA+mB vB
解得: vB=0
设弹簧将两滑块弹开的过程中释放的弹性势能为Ep,对于弹开两滑块的过程,根据机械能守恒定律,有 (mA+mB)v02 + Ep=
mAvA2
解得:Ep=0.40J
知识点
如图所示,平行于光滑固定斜面的轻弹簧劲度系数为k,一端固定在倾角为的斜面底端,另一端与物块A相连,物块B在斜面上紧靠着物块A但不粘连,物块A、B质量均为m。初始时两物块均静止。现用平行于斜面向上的拉力F拉动物块B,使B做加速度为a的匀加速运动,两物块的v-t图象如图乙所示(t1刻A、B两图线相切),己知重力加速度为g,则
正确答案
解析
略。
知识点
如下图所示,一个小球套在固定的倾斜光滑杆上,一根轻质弹簧的一端悬挂于O点,另一端与小球相连,弹簧与杆在同一竖直平面内,将小球沿杆拉到与O点等高的位置由静止释放,小球沿杆下滑,当弹簧处于竖直时,小球速度恰好为零,若弹簧始终处于伸长且在弹性限度内, 在小球下滑过程中,下列说法正确的是
正确答案
解析
略
知识点
如图所示,质量不计的弹簧竖直固定在水平面上,t=0时刻,将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放,小球接触弹簧并将弹簧压缩至最低点(形变在弹性限度内),然后又被弹起离开弹簧,上升到一定高度后又下落,如此反复。通过安装在弹簧下端的压力传感器,测出该过程中弹簧弹力F随时间t变化的图像如图所示,则
正确答案
解析
略
知识点
扫码查看完整答案与解析