高中物理机械能及其守恒定律专题及解析

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)

F

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0.1倍，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：

①5s内拉力的平均功率

②5s末拉力的瞬时功率（g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μ．

图5-3-1

h

h

图5-4-4

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μ=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.

6. 如图5-4-4所示，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ρ的同种液体，阀门关闭时两桶液面的高度分别为h 1和h 2，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B 上升，那么需给它最小速度为多大时，才能使它达到轨道的最高点A ？

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.圆轨道半径R =0.4m ，一小球停放在光滑水平轨道上，现给小球一个v 0=5m/s 的初速度，求：小球从C 点抛出时的速度（g 取10m/s 2）.

图5-4-2

A

B

R

V 0 图5-4-8

图5-3-2

H

A B

R

图5-5-11

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？

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/s 2.

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？

12.如图5-5-12所示，两质量相同的小球A 、B ，分别用线悬线在等高的O 1、O 2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

图5-5-1

B

A

O A B C D

0 7.8 17.6 31.4 49.0 (mm)

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( )

A ．h 增大，s 可能增大

B ．h 增大，s 可能减小

C ．h 减小，s 可能增大

D ．h 减小，s 可能减小

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

重力势能的零点，不计空气阻力，则有（ ） A ．人对小球做的功是22

1mv

B ．人对小球做的功是mgh mv -22

1

C ．小球落地时的机械能是22

1mv

D ．小球落地时的机械能是mgh mv -221

15．“验证机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法.

（1）用公式mv 2

/2=mgh 时，对纸带上起点的要求是 ，为此目的，所选择的纸带一、二两点间距应接近 .

（2）若实验中所用的重锤质量M = 1kg ，打点纸带如图5-8-8所示，打点时间间隔为0.02s ，

则记录B 点时，重锤的速度v B = ，重锤动能E KB = .从开始下落起至B 点，重锤的重力势能减少量是 ，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2

v 2

为纵轴，以h 为横轴画出的

图线应是图5-8-9中的 .

2

2

h

h

A

B

2

2

h

h

C

D

2

v 2

2

v 2

参考答案

1、【解析】利用w ＝Fs cos a 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

ma mg F =-'

所以=+='ma mg F 10×10+10×2=120N 则力2F F

'=

=60N 物体从静止开始运动，3s 内的位移为22

1at s ==21

×2×32=9m 解法一： 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

=='=s F s F W 260×18=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='=='s F W W F F 120×9=1080J

2、【解析】(1) 当汽车达到最大速度时，加速度a=0，此时

mg f F μ== ① m Fv P = ②

由①、②解得s m mg

P

v m /12==

μ (2) 汽车作匀加速运动，故F 牵-μmg =ma ，解得F 牵=7.5×103N 设汽车刚达到额定功率时的速度为v ，则P = F 牵·v ，得v =8m/s 设汽车作匀加速运动的时间为t ，则v =at 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/s 2 5s 内物体的位移

22

1

at s ==2.5m

所以5s 内拉力对物体做的功 W =FS =24×25=600J 5s 内拉力的平均功率为

5

600==

t W P =120W 5s 末拉力的瞬时功率 P =Fv =Fat =24×2×5=240W

4、【解析】 设该斜面倾角为α，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：mgh mgl W G ==αsin