10.[解析] (1)设雪橇运动的方向为正方向,狗第1次跳下雪橇后雪橇的速度为V1,根据动量守恒定律,有
狗第1次跳上雪橇时,雪橇与狗的共同速度为满足
可解得
将u=-4m/s,v=5m/s,M=30kg,m=10kg代入,得=2m/s
(2)解法(一)
设雪橇运动的方向为正方向,狗第(n-1)次跳下雪橇后雪橇的速度为,则狗第(n-1)次跳上雪橇后的速度为满足
这样,狗n次跳下雪橇后,雪橇的速度为Vn,满足
解得
狗追不上雪橇的条件是Vn≥v
可化为
最后可求得n≥1+
代入数据,得n≥3.41
狗最多能跳上雪橇3次.
雪橇最终的速度大小为V4=5.625m/s
解法(二):
设雪橇运动的方向为正方向,狗第i次跳下雪橇后,雪橇的速度为Vi,狗的速度为;狗第i 次跳上雪橇后,雪橇和狗的共同速度为,由动量守恒定律可得
第一次跳下雪橇:
第一次跳上雪橇:
第二次跳下雪橇:
第三次跳下雪橇:,
第三次跳上雪橇
第四次跳下雪橇:
此进雪橇的速度已大于狗追赶的速度,狗将不可能追上雪橇.因此狗最多能跳上雪橇3次,雪橇最终的速度大小为5.625m/s.
9.[解析] (1)子弹做平抛运动,经时间t有解得t=0.6(s).
此时子弹的速度与水平方向夹角为,水平分速度为vx、竖直分速度为 vy,则有
解得 ∴
由于子弹沿斜面方向与木块相碰,故斜面的倾角与t s末子弹的速度与水平方向的夹角相同,所以斜面的倾角.
(2)设在C点子弹的末速度为vt,则有
∴
子弹立即打入木块,满足动量守恒条件,有 解得(m/s)
碰后,子弹与木块共同运动由C点到与挡板碰撞并能够回到C点,
有
代入数据,得
子弹与木块共同运动要能够回到C点,则斜面与塑料块间的动摩擦因数.
8.[解析] 以地面为参考系(下同),设传送带的运动速度为v0,在水平段运输的过程中,小货箱先在滑动摩擦力作用下做匀加速运动,设这段路程为s,所用时间为t;加速度为a,则对小箱有
①
v0=at ②
在这段时间内,传送带运动的路程为s0=v0t ③
由以上可得s0=2s ④
用f 表示小箱与传送带之间的滑动摩擦力,则传送带对小箱做功为 ⑤
传送带克服小箱对它的摩擦力做功 ⑥
两者之差就是克服摩擦力做功发出的热量 ⑦
可见,在小箱加速运动过程中,小箱获得的动能与发热量相等.
T时间内,电动机输出的功为 ⑧
此功用于增加小箱的动能、势能以克服摩擦力发热,
即 ⑨
已知相邻两小箱的距离为L,所以v0T=NL ⑩
联立⑦⑧⑨⑩,得 11
7.[解析] 物块的运动可分为以下四个阶段:①弹簧弹力做功阶段;②离开弹簧后在AB段的匀速直线运动阶段;③从B到C所进行的变速圆周运动阶段;④离开C点后进行的平抛运动阶段.弹簧弹力是变化的,求弹簧弹力的功可根据效果--在弹力作用下物块获得的机械能,即到达B点的动能求解.物块从B至C克服阻力做的功也是变力,同样只能根据B点和C点两点的机械能之差判断.因此求出物块在B点和C点的动能是关键.可根据题设条件:“进入导轨瞬间对导轨的压力为其重力的7倍”、“恰能到达C点”,求出.
物块在B点时受力mg和导轨的支持力N=7mg,由牛顿第二定律,
物块到达C点仅受重力mg,根据牛顿第二定律,有
∴.
(1)根据动能定理,可求得弹簧弹力对物体所做的功为W弹=EkB=3mgR.
(2)物体从B到C只有重力和阻力做功,根据动能定理,
即物体从B到C克服阻力做的功为0.5mgR.
(3)物体离开轨道后做平抛运动,仅有重力做功,机械能守恒,
有.
评析:中学阶段不要求直接用求解变力做功,可根据其效果--使用能量变化间接来判断.对于物体运动的全过程必须逐段进行认真分析,确定每一阶段符合的规律:如本题最后一个阶段是平抛运动,物块在C点有动能,不能把平抛当成自由落体来处理.
6.[解析] (1)物体P从A下滑经B到C过程中根据动能定理:
经C点时
根据牛顿第三定律,P对C点的压力
(2)从C到E机械能守恒
E与D间高度差
(3)物体P最后在B与其等高的圆弧轨道上来回运动时,经C点压力最小,由B到C根据机械能守恒
根据牛顿第三定律 压力
5.[解析] (1)设整个过程摩擦力做的功是W,由动能定理得:mgh-W=0 ①
W=mgh
(2)设物块沿轨道AB滑动的加速度为a1,
由牛顿第二定律有 ②
设物块到达B点时的速度为VB,则有VB=a1t1 ③
设物块沿轨道BC滑动的加速度为a2,由牛顿第二定律有 ④
物块从B点开始作匀减速运动,到达C点时,速度为零,故有 ⑤
由②③④⑤式可得: ⑥
(3)使物块匀速地、缓慢地沿原路回到A点所需做的功应该是克服重力和阻力所做功之和,即是W1=mgh+W=2mgh
4.[解析] 设离子喷出尾喷管时的速度为v,单位时间内喷出n个离子,则△t时间内喷出离子数为n△t,由动量定理得
在发射离子过程中,卫星和发射出的离子系统,动量守恒,设喷出离子总质量为△m,则有△mv=(M-△m)v星 ∵△mm ∴v.
3.[解析] (1)物体由A滑到B的过程中,容器不脱离墙,物块由B沿球面向上滑时,物块对容器的作用力有一水平向右的分量,容器将脱离墙向右运动.因此,物块由A→B动量变化量最大,受容器的冲量最大,竖直墙作用于容器的冲量也最大.
物块由A→B机械能守恒,设物块滑到B的速度为vB,则
∴ ①
物块动量变化量方向沿水平方向.容器作用于物块的冲量为.
容器不动,墙对容器的冲量,方向水平向右,这是最大冲量.
(2)物块从B处上升,容器向右运动过程中,系统水平方向动量守恒.物块上升到最高处相对容器静止的时刻,物块与容器具有共同的水平速度,设它为v,则由动量守恒定律得 ②
系统机械能守恒 ③
联立①②③式解得 M=3m
2.[答案] C
[解析] 无论子弹射入的深度如何,最终子弹和木块都等速,由动量守恒定律知,两种情况最终两木块(包括子弹)速度都相等.对木块由动能定理知:两次子弹对木块做功一样多.由动量定理知:两次木块所受冲量一样大.对系统由能的转化和守恒定律知,两次损失的机械能一样多,产生的热量也一样多.
1.[答案] D
[解析] 在△t1时间内,I1=F△t1=mv=△p1,在△t2时间内.I2=F△t2=2mv-mv=mv=△p2 ∴I1=I2
又
∴W1<W2,D选项正确.
[说明] 物体在恒定的合外力F作用下做直线运动,由牛顿第二定律可知物体做匀加速直线运动,速度由零增大到v的时间△t2和由v增大到2v的时间△t2是相等的,所以在△t1和△t2的两段时间内合外力的冲量是相等的.在△t1的平均速度小于△t2时间内的平均速度,从而得出在△t1内的位移小于在△t2时间的位移,恒力F所做的功W1<W2.D选项正确.