| 动能定理解决多过程问题 题目答案及解析

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必修2

第七章 机械能守恒定律

7.7 动能和动能定理

动能定理解决多过程问题

某兴趣小组设计了一传送装置,其竖直截面如图所示。$AB$是倾角为$30^\circ $的斜轨道,$BC$是以恒定速率$v_{0}$顺时针转动的水平传送带,紧靠$C$端有半径为$R$、质量为$M$置于光滑水平面上的可动半圆弧轨道,水平面和传送带$BC$处于同一高度,各连接处平滑过渡。现有一质量为$m$的物块,从轨道$AB$上与$B$相距$L$$P$点由静止下滑,经传送带末端$C$点滑入圆弧轨道。物块与传送带间的动摩擦因数为$\mu $,其余接触面均光滑。已知$R=0.36\;\rm m$$L=1.6\;\rm m$$v_{0}=5\;\rm m/s$$m=0.2\;\rm kg$$M=1.8\;\rm kg$$\mu =0.25$。不计空气阻力,物块可视为质点,传送带足够长。求物块

滑到$B$点处的速度大小;

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$4\\;\\rm m/s$

"]]

滑块从$P$点到$B$点由动能定理$mgL\sin 30{^\circ}=\dfrac{1}{2}mv^{2}$

解得到达$B$点的速度$v=4\;\rm m/s$

$B$点运动到$C$点过程中摩擦力对其做的功;

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$0.9\\;\\rm J$

"]]

物块滑上传送带后做加速运动直到与传送带共速,摩擦力对其做的功$W_{f}=\dfrac{1}{2}mv_{0}^{2}-\dfrac{1}{2}mv^{2}= 0.9\;\rm \text{J}$

在传送带上滑动过程中产生的滑痕长度;

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$0.2m$

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物块在传送带上加速运动的加速度为$a=\mu g=2.5\;\rm m/s^{2}$

加速到共速时用时间$t=\dfrac{v_{0}-v}{a}=\dfrac{5-4}{2.5}\;\rm \text{s}=0.4\;\rm \text{s}$

在传送带上滑动过程中产生的滑痕长度$\Delta x=v_{0}t-\dfrac{v_{0}+v}{2}t=0.2\;\rm \text{m}$

即将离开圆弧轨道最高点的瞬间,受到轨道的压力大小。

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$3\\;\\rm N$

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从滑块开始进入圆弧槽到到达圆弧槽最高点由水平方向动量守恒和能量关系可知$mv_{0}=mv_{1}+Mv_{2}$$\dfrac{1}{2}mv_{0}^{2}=\dfrac{1}{2}mv_{1}^{2}+ \dfrac{1}{2}Mv_{2}^{2}+2mgR$

联立解得$v_{1}=-2.2\;\rm m/s$$v_{2}=0.8\;\rm m/s$

(另一组$v_{1}=3.2\;\rm m/s$$v_{2}=0.2\;\rm m/s$,因不合实际舍掉)

对滑块在最高点时由牛顿第二定律$F+mg=m\dfrac{{(v_{2}-v_{1})}^{2}}{R}$

解得$F=3\;\rm N$

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如图所示,长度为的水平传送带顺时针匀速运动。质量为的小物块在传送带左端由静止释放。还未与传送带达到相同速度时就从右端平滑地进入光滑水平面,与向右运动的小物块发生碰撞(碰撞时间极短)。碰后、均向右运动,从点进入粗糙水平地面。设与传送带间的动摩擦因数和、与地面间的动摩擦因数均为,重力加速度为。 如图,在水平地面上有一圆弧形凹槽,连线与地面相平,凹槽是位于竖直平面内以为圆心、半径为的一段圆弧,为圆弧最低点,而且段光滑,段粗糙。现有一质量为的小球(可视为质点),从水平地面上处以初速度斜向右上方飞出,与水平地面夹角为,不计空气阻力,该小球恰好能从点沿圆弧的切线方向进入轨道,沿圆弧继续运动后从点以速率飞出。重力加速度为,则下列说法中正确的是 年月日至月日,第十二届残运会高山滑雪比赛在新疆乌鲁木齐丝绸之路国际滑雪场举行。如图所示为一简化后的滑雪的雪道模型示意图,竖直平面内半径的光滑四分之一圆弧轨道与水平雪道相切于点。质量的运动员由点静止下滑,最后静止于水平雪道上的点。已知运动员与地面间的动摩擦因数。运动员可视为质点,忽略空气阻力,重力加速度大小为,则运动员在点时所受圆弧轨道的支持力大小和、两点间的距离分别为 如图所示,是位于竖直平面内的四分之一圆弧形的光滑绝缘轨道,半径,水平,轨道下端点与水平粗糙绝缘轨道平滑连接,整个空间分布有水平向左的匀强电场,电场强度。有一质量、电荷量的小滑块(可视为质点)从水平轨道上某点由静止释放,恰好能运动到点。若已知滑块与水平轨道间的动摩擦因数,取,则下列说法正确的是 某同步加速器简化模型如图所示,其中仅直通道内有加速电场,三段圆弧内均有可调的匀强偏转磁场。带电荷量为、质量为的离子以初速度从处进入加速电场后,沿顺时针方向在加速器内循环加速。已知加速电压为,磁场区域中离子的偏转半径均为。忽略离子重力和相对论效应,下列说法正确的是 某同学参照过山车情景设计了如图所示的模型:光滑的竖直圆轨道半径,入口的平直轨道和出口的平直轨道均是粗糙的,质量为的小滑块(可视为质点)与水平轨道之间的动摩擦因数均为,滑块从点由静止开始受到水平拉力的作用,在点撤去拉力,的长度为,不计空气阻力,若滑块恰好通过圆轨道的最高点,。求:
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