(完整word版)高中物理机械能及其守恒定律专题及解析

1、机械能守恒定律专题及解析1 .如图5-1-8所示，滑轮和绳的质量及摩擦不计，用力 F开始提升原来静止的质量为m=10kg的物体，以大小为 a = 2m/s2的加速度匀加速上升，求头 3s内力F做的功.(取g=10m/s2)0.1 倍,2 .汽车质量5t,额定功率为 60kW,当汽车在水平路面上行驶时，受到的阻力是车重的 问：(1)汽车在此路面上行驶所能达到的最大速度是多少？(2)若汽车从静止开始，保持以 0.5m/s2的加速度作匀加速直线运动，这一过程能维持多长时间？3 .质量是2kg的物体，受到24N竖直向上的拉力，由静止开始运动，经过 5s；求:5s内拉力的平均功率5s末拉力的瞬时功率(g

2、取10m/s2)4 .一个物体从斜面上高h处由静止滑下并紧接着在水平面上滑行一段距离后停止，测得停止处对开始运动处的水平距离为S,如图5-3-1,不考虑物体滑至斜面底端的碰撞作用，并设斜面与水平面对物体的动摩擦因数相同.求动摩擦因数出5 .如图5-3-2所示，AB为1/4圆弧轨道，半径为 R=0.8m , BC是水平轨道，长 S=3m, BC处的摩擦系数为 心=1/15,今有质量m=1kg的物体，自A点从静止起下滑到 C点刚好停止.求物体在轨道AB段所受的阻力对物体做的功图 5-4-8第2页共8页hi图 5-4-4图 5-4-2.圆轨道半径R=0.4m , 一小球停放在光6 .如图5-4-4所

3、示，两个底面积都是S的圆桶，用一根带阀门的很细的管子相连接，放在水平地面上，两桶内装有密度为 p的同种液体，阀门关闭时两桶液面的高度分别为和h2,现将连接两桶的阀门打开，在两桶液面变为相同高度的过 程中重力做了多少功？7 .如图5-4-2使一小球沿半径为R的圆形轨道从最低点么需给它最小速度为多大时，才能使它达到轨道的最高点8 .如图5-4-8所示，光滑的水平轨道与光滑半圆弧轨道相切滑水平轨道上，现给小球一个vo=5m/s的初速度，求：小球从 C点抛出时的速度（g取10m/s2）.9 .如图5-5-1所示，光滑的倾斜轨道与半径为R的圆形轨道相连接，质量为 m的小球在倾斜轨道上由静止释放，要使小球

4、恰能通过圆形轨道的最高点，小球释放点离圆形轨道最低点多高？通过轨道点最低点时球对轨道压力多大?第10页共8页10 .如图5-5-2长l=80cm的细绳上端固定，下端系一个质量 m = 100g的小球.将小球拉起至细绳与 竖立方向成60。角的位置，然后无初速释放.不计各处阻力，求小球通过最低点时，细绳对小球拉 力多大？取 g=10m/s2.11 .质量为m的小球，沿光滑环形轨道由静止滑下（如图 5-5-11所示），滑下时的高度足够大.则 小球在最低点时对环的压力跟小球在最高点时对环的压力之差是小球重力的多少倍？图 5-5-11图 5-5-1212 .如图5-5-12所示，两质量相同的小球 A、B

5、,分别用线悬线在等高的。1、O2点，A球的悬线比B比球的悬线长，把两球的悬线均拉到水平后将小球无初速释放，则经过最低点时（悬点为零势 能（）A. A球的速度大于 B球的速度B. A球的动能大于 B球的动能C. A球的机械能大于B球的机械能D. A球的机械能等于B球的机械能13.如图5-5-13所示，小球自高为 H的A点由静止开始沿光滑曲面下滑，到曲面底B点飞离曲面，B点处曲面的切线沿水平方向.若其他条件不变，只改变 h,则小球的水平射程 s的变化情况是()14.人站在h高处的平台上，水平抛出一个质量为m的物体，物体落地时的速度为 v,以地面为A. h增大，s可能增大 B. h增大，s可能减小

6、C. h减小，s可能增大 D. h减小，s可能减小重力势能的零点，不计空气阻力，则有()A.人对小球做的功是1mv22B.人对小球做的功是2mv22 mghC.小球落地时的机械能是1 2 一 mv2D.小球落地时的机械能是1 mv2 mghCD15 .验证机械能守恒定律 下落的方法.O A B”的实验采用重物自由0 7.8 17.631.449.0 (mm)(1)用公式 mv2/2=mgh时，对纸带上起点的要求是,为此目的, 纸带一、二两点间距应接近.所选择的22 v(2)若实验中所用的重锤质量M点纸带如图5-8-8所示，打点时间间隔为 则记录B点时，重锤的速度 vb = 的重力势能减少量是

7、=1kg,打0.02s,重锤动能Ekb =.从开始下落起至 B点，重锤,因此可得结论是(3)根据纸带算出相关各点速度V,量出下落距离 h,则以v2为纵轴，以h为横轴画出的2图线应是图 5-8-9中的.参考答案1、【解析】利用w = Facosa求力F的功时，要注意其中的s必须是力F作用的质点的位移.可以利 用等效方法求功，要分析清楚哪些力所做的功具有等效关系.物体受到两个力的作用：拉力 F /和重力mg,由牛顿第二定律得mgma所以Fmg ma iox 10+iox 2=120N则力FF1 ,2 12=60N 物体从静止开始运动，3s内的位移为 S - at =X2>2=9m222解法一

8、： 力F作用的质点为绳的端点，而在物体发生9m的位移的过程中，绳的端点的位移为s/=2s= 18m,所以，力F做的功为W Fs F2s 60 X 18=1080J解法二：本题还可用等效法求力F的功.由于滑轮和绳的质量及摩擦均不计，所以拉力F做的功和拉力 F'对物体做的功相等.即 Wf WfF s 120X 9=1080J2、【解析】(1)当汽车达到最大速度时，加速度 a=0,此时mgFVm由、解得vm12m/smgF牵-心m=ma,解得F率=7.5 x 3Nv,贝I P = F牵 v,得 v=8m/s贝 U v=at(2)汽车作匀加速运动，故 I 设汽车刚达到额定功率时的速度为 设汽车

9、作匀加速运动的时间为t,得 t=16s 3、【解析】物体受力情况如图5-2-5所示，其中F为拉力，mg为重力由牛顿第二定律有F mg=ma解得 a 2m/s2 5s内物体的位移.127s -at =2.5m 2所以5s内拉力对物体做的功W=FS=24 义 25=600J5s内拉力的平均功率为P W 600=120W t 55s末拉力的瞬时功率P=Fv=Fat=24X 2X 5=240W4、【解析】 设该斜面倾角为a,斜坡长为l,则物体沿斜面下滑时，重力和摩擦力在斜面上的功分别为：WGmgl sin mghWf1 mgl cos物体在平面上滑行时仅有摩擦力做功，设平面上滑行距离为则Wf2mgS2

10、对物体在全过程中应用动能定理：欢二AEk.所以 mglsin a mgCosa |jmgS2=0得 h 心1 心2=0.式中Si为斜面底端与物体初位置间的水平距离.故【点拨】本题中物体的滑行明显地可分为斜面与平面两个阶段，而且运动性质也显然分别为匀加速运动和匀减速运动.依据各阶段中动力学和运动学关系也可求解本题.比较上述两种研究问题的方法，不难显现动能定理解题的优越性.5、【解析】 物体在从A滑到C的过程中，有重力、AB段的阻力、BC段的摩擦力共三个力做功，WG=mgR , fBc = umg,由于物体在 AB段受的阻力是变力，做的功不能直接求.根据动能定理可知： W 外=0,所以 mgR-u

11、mgS-WAB =0即 WAB=mgR-umgS=1 X10 >0.8-1 10 X3/15=6J【点拨】如果我们所研究的问题中有多个力做功，其中只有一个力是变力，其余的都是恒力，而且这些恒力所做的功比较容易计算，研究对象本身的动能增量也比较容易计算时，用动能定理就可以求出这个变力所做的功 .6、【解析】取水平地面为零势能的参考平面，阀门关闭时两桶内液体的重力势能为:h1h2EP1(sh)； (队吗gs(h； h；) 2阀门打开，两边液面相平时，两桶内液体的重力势能总和为Ep2s(h1 h2)g 1 h-h222由于重力做功等于重力势能的减少，所以在此过程中重力对液体做功12WGE P1

12、 E P2 gs(h1 h2 )47、以小球为研究对象.小球在轨道最高点时，受重力和轨道给的弹力小球在圆形轨道最高点A时满足方程2mg N a m (1)根据机械能守恒，小球在圆形轨道最低点 B时的速度满足方程12 mvB 212-mvA mg2R解(1), (2)方程组得RVb5gR Nam当 Na=0 时,VB 为最小，VB= .6gR .所以在B点应使小球至少具有 Vb=、5gR的速度，才能使小球到达圆形轨道的最高点A.8、【解析】 由于轨道光滑，只有重力做功，小球运动时机械能守恒即1mv(2 mgh2R 1mvC22解得 vC 3m/s9、【解析】小球在运动过程中，受到重力和轨道支持力

13、，轨道支持力对小球不做功，只有重力做功，小球机械能守恒.取轨道最低点为零重力势能面.轨道对小球作用力为零,只有重力提供向心因小球恰能通过圆轨道的最高点C,说明此时,力，根据牛顿第二定律可列mgg2m也得R根据机械能守恒定律EcEa列等式:mgh2mgR mg2R 解得 hiR同理，小球在最低点机械能12EB2 mvBEb Ec vb5gR小球在B点受到轨道支持力F和重力根据牛顿第二定律，以向上为正，可列2 一1 vc m一 m gR2 R 2在圆轨道最高点小球机械能1Ec - mgR 2mgREamgh在释放点，小球机械能为2vbF mg m F 6mg据牛顿第三定律，小球对轨道压力为6mg .方向竖直向下.10、【解析】小球运动过程中，重力势能的变化量Epmghmgl(1 cos600),此过程中动能的变化量E 1 mv2 .机械能守恒定律还可以表达为k 2EpEk12 一一0 一即-mv mgl (1 cos60 ) 0整理得2m2mg(1 cos600)又在最低点时，有mg2 v m 一l在最低点时绳对小球的拉力大小总结应用机械能守恒定律解决问题T mg m mg 2mg(1 cos600)通过以上各例题,2mg 2 0.1 10N 2N的基本方法.11、【解析】 以小球和地球为研究对象，系统机械能守恒，即 12mgH - mv