高中 | 能量守恒定律 题目答案及解析

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选修3-3

第十章 热力学定律

10.3 热力学第一定律 能量守恒定律

能量守恒定律

在光滑水平面上放有一质量为$3m$的小车,一质量为$m$的小球用长为$L$的轻质细线悬挂于小车顶端。现从图中位置(细线伸直且水平)同时由静止释放小球和小车,设小球到达最低点时的速度为$v$。从释放到小球达最低点过程中,细线对小球做的功为$W$。从释放开始小车离开初位置的最大距离为$d$,则下列说法正确的有$(\qquad)$

["

$v=\\sqrt{\\dfrac{gL}{2}}$

","

$v=\\dfrac{\\sqrt{3gL}}{2}$

","

$W=- \\dfrac{mgL}{4}$

","

$d=0.25L$

"]
[["C"]]

$\rm AB$.从释放到到小球达最低点过程中,由水平方向动量守恒和能量守恒得$0=mv-3mv_{1}$

$mgL=\dfrac{1}{2}mv_{}^{2}+\dfrac{1}{2}3mv_{1}^{2}$

解得$v=\sqrt{\dfrac{3gL}{2}}$

$\rm A$错误,$\rm B$错误;

$\rm C$.对小球,由动能定理得$mgL+W=\dfrac{1}{2}mv_{}^{2}$

解得$W=- \dfrac{mgL}{4}$

$\rm C$正确;

$\rm D$.从释放开始小车离开初位置的最大距离发生在小球摆至最高点时,此时小球与车的速度均为零,由能量守恒知小球回到原高度,由人船模型得$mx=3md$

$d+x=2L$

解得$d=0.5L$

$\rm D$错误。

故选:$\rm C$

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