8.(06年南京)如图所示,劲度系数为k=200N/m的轻弹簧一端固定在墙上,另一端连一质量为M=8kg的小车a,开始时小车静止,其左端位于O点,弹簧没有发生形变,质量为m=1kg的小物块b静止于小车的左侧,距Os=3m,小车与水平面间的摩擦不计,小物块与水平面间的动摩擦系数为μ=0.2,取g=10m/s2。今对小物块施加大小为F=8N的水平恒力使之向右运动,并在与小车碰撞前的瞬间撤去该力,碰撞后小车做振幅为A=0.2m的简谐运动,已知小车做简谐运动周期公式为T=2,弹簧的弹性势能公式为Ep=(x为弹簧的形变量),则

(1)小物块与小车磁撞前瞬间的速度是多大?

(2)小车做简谐运动过程中弹簧最大弹性势能是多少?小车的最大速度为多大?

(3)小物块最终停在距O点多远处?当小物块刚停下时小车左端运动到O点的哪一侧?

答案:(1)设磁撞前瞬间,小物块b的速度为v1小物块从静止开始运动到刚要与小车发生碰撞的过程中,根据动能定理可知Fs-μmgs=mv1   解得v1=6m/s

(2)由于小车简谐振动的振幅是0.2m,所以弹簧的最大形变量为x=A=0.2m

根据弹性势能的表达式可知最大弹性势能Epm=kA2     解得Epm=4J

根据机械能守恒定律可知小车的最大动能应等于弹簧的最大弹性势能

所以kA2=Mvm2      解得小车的最大速度vm=1m/s

(3)小物块b与小车a磁撞后,小车a的速度为vm,设此时小物块的速度为v1/,设向右为正方向,由动量守恒定律有  mv1=mv/1+Mvm   解得v1/=--2m/s

接着小物块向左匀减速运动一直到停止,设位移是s1,所经历的时间为t1,根据动能定理可知

-μmgs1=0-mv1/2      解得s1=1m

物块作匀减速运动时的加速度为  a==μg=2m/s2    t1=1s

小车a振动的周期T=2s

由于Tt1T所以小车a在小物块b停止时在O点的左侧,并向右运动。

5.(05年开封)如图所示,离水平地面高1.5L的一个光滑小定滑轮上,静止地搭着一根链条.该链条长为L,质量为m (可以看作质量分布均匀).由于受到一个小小的扰动,链条开始无初速滑动,最后落到水平面上.问:

⑴当该链条的一端刚要接触地面的瞬间(整个链条还在空间),链条的速度是多大?

⑵现在用一根细绳的一端a系住链条的一端,轻绳跨过定滑轮后,将绳拉紧,并在其另一端b用竖直向下的力F缓慢地拉链条,使它仍然搭到定滑轮上去,最终重新静止在定滑轮上,那么拉力F做的功是多少?(不计空气阻力)

答案:(1)从图中可以看出该过程链条重心下降的高度为3L/4 

链条下落过程用机械能守恒定律:  解得:       

(2)从图中可以看出该过程链条重心上升的高度为5L/4   

将链条拉回的全过程用动能定理:    因此        

6(05年宣武区)如图所示,半径为r,质量不计的圆盘与地面垂直,圆心处有一个垂直盘面的光滑水平固定轴O,在盘的最右边缘固定一个质量为m的小球A,在O点的正下方离O点r/2处固定一个质量也为m的小球B。放开盘让其自由转动,问:

(1)A球转到最低点时的线速度是多少?

(2)在转动过程中半径OA向左偏离竖直方向的最大角度是多少?

答案:该系统在自由转动过程中,只有重力做功,机械能守恒。设A球转到最低点时的线速度为VA,B球的速度为VB,则据机械能守恒定律可得:

 mgr-mgr/2=mvA2/2+mVB2/2     

据圆周运动的知识可知:VA=2VB  

由上述二式可求得VA=              

设在转动过程中半径OA向左偏离竖直方向的最大角度是θ,则据机械能守恒定律可得:  mgr.cosθ-mgr(1+sinθ)/2=0 得θ=sin-13/5  。

4.机械能守恒定律的几种表达式:

(1)物体或系统初态总机械能E1等于未态的总机械能E2,此时应选定零势能面.

(2)系统减少的势能△Ep等于增加的动能△Ek,即△Ep = △Ek(或△Ep = △Ek)

(3)系统内只有AB两物体时,则A减少的机械能△EA等于B增加的机械能△EB

规律方法

[例1]一物块由静止开始从粗糙斜面上的某点加速下滑到另一点,在此过程中重力对物体块做的功等于   ( D )

A.物块动能的增加量    

B.物块重力势能的减少量与物块克服摩擦力做的功之和

C.物块重力势能的减少量和物块动能的增加是以及物块克服摩擦力做的功之和

D.物块动能的增加量与物块克服摩擦力做的功之和

训练题 (05年淮安)如图所示,弹簧下端挂一质量为m的物体,物体在竖直方向上做振幅为A的简谐运动,当物体振动到最高点时,弹簧正好为原长,则物体在振动过程中  ( AC )

A.物体在最低点时的弹力大小应为2mg 

B.弹簧的弹性势能和物体动能总和不变

C.弹簧的最大弹性势能等于2mgA   

D.物体的最大动能应等于mgA

[例2]如图所示,跨过同一高度处的定滑轮的细线连接着质量相同的物体ABA套在光滑水平杆上,定滑轮离水平杆的高度h=0.2m,开始时让连着A的细线与水平杆的夹角θ1 = 37°,由静止释放B,当细线与水平杆的类角θ2 = 53°时,A的速度为多大?在以后的运动过程中,A所获得的最大速度为多大?(设B不会碰到水平杆,sin37° = 0.6,sin53° = 0.8,取g = 10m/s2)

[解析]对AB两物体组成的系统,只有动能和重力势能的相互转化,机械能守恒.设绳与水平杆夹角θ2=53°时,A的速度为υAB的速度为υB,此过程中B下降的高度为h1,则有:

mgh1 = 1/2+1/2,其中h1 = υAcosθ1 = υB

代入数据,解以上关系式得:υA = 1.1m/s

A沿着杆滑到左侧滑轮正下方的过程,绳子拉力对A做正功,A做加速运动,此后绳子拉力对A做负功,A做减速运动.故当θ3 = 90°时,A的速度最大,设为υAm,此时B下降到最低点,B的速度为零,此过程中B下降的高度为h2,则有:mgh2 = ,其中h2 = -h代入数据解得:υAm = 1.63m/s.

[例3](05年高考全国)如图质量为m1的物体A经一轻质弹簧与下方地面上的质量为m2的物体B相连,弹簧的劲度系数为kAB都处于静止状态,一条不可伸长的轻绳绕过轻滑轮,一端连物体A,另一端连一轻挂钩,开始时各段绳都处于伸直状态,A上方的一段绳沿竖直方向.现在挂钩上挂一质量为m3的物体C并从静止状态释放,已知它恰好能使B离开地面但并不继续上升.若将C将成另一质量为(m1+m3)的物体D,仍从上述初始位置由静止状态释放,则这次B刚离地时D的速度的大小是多少?已知重力加速度为g

 [解析]开始时,AB都静止,设弹簧压缩量为x1,有kx1 = m1g                         挂上C并释放后,C向下运动,A向上运动,设B刚离开地时弹簧伸长量为x2,则有kx2 = m2g    B不再上升,表示此时AC的速度为零,C已降到最低点,由机械能守恒定律可知,与初状态相比,弹簧弹性势能的增加量为:△E = m3g(x1+x2)- m1g(x1+x2)        

C换成D后,当B刚离地时弹簧弹性势能的增加量与前一次相同,由机械能守恒有:

(m3+m1)υ2+m1υ2 = (m3+m1)g(x1+x2)- m1g(x1+x2) -△E

(m3+2m1)υ2 = m1g(x1+x2)   

υ =

训练题如图所示,一根劲度系数为k的弹簧,两端各固定,一块质量为m的物体AB,并竖直放在水平地面上,现有一质量也为m的物体C从距B高为h处自由下落,与B发生完全非弹性碰撞(碰后粘合在一起)后反弹跳起时,弹簧恰能将下端物体A提离地面.已知劲度系数为k的弹簧,当其形变量为x时,弹簧具有的弹性势能为Ep = kx2,求C自由下落的高度h是多少?

答案:h=8mg/k

能力训练

 0  446230  446238  446244  446248  446254  446256  446260  446266  446268  446274  446280  446284  446286  446290  446296  446298  446304  446308  446310  446314  446316  446320  446322  446324  446325  446326  446328  446329  446330  446332  446334  446338  446340  446344  446346  446350  446356  446358  446364  446368  446370  446374  446380  446386  446388  446394  446398  446400  446406  446410  446416  446424  447090 

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