一、
(2)当研究对象为两个物体组成的系统时:
如图1所示,斜面倾角θ=30°,与地面垂直,高为H。斜面顶点处设一滑轮,物块A和B的质量分别为m1和m2,可视为质点,通过轻柔细绳连接并跨过定滑轮。初始时两物块均位于距地面H的高度处。释放后,A沿斜面上滑,B沿竖直边下落。若A恰好到达斜面顶端,求m1与m2的比值。忽略滑轮质量。
解析设B刚下落到地面时速度为v,由系统机械能守恒得:
m2g·-m1g·sin
A以速度v上滑到顶点过程中机械能守恒,则:
m1v2=m1g·sin
机械能守恒定律的研究对象是几个相互作用的物体组成的系统,经常出现下面三种情况:
二、
解决链条类物体机械能守恒问题的关键在于分析重心位置,从而确定重力势能的变化。解题时需注意以下两点:
如图2所示,总长为L的光滑匀质铁链跨过一个光滑的轻质小滑轮,开始时下端A、B相平齐,当略有扰动时其一端下落,则当铁链刚脱离滑轮的瞬间,铁链的速度为多大?
解析方法一(取整个铁链为研究对象):
设铁链总质量为m,初始重心位于A点上方L处,最终重心与A点初始位置处于同一水平面,则重力势能减少量为:
由机械能守恒得:
方法二(将铁链看做两段):
由机械能守恒得:
三、
(2019·启东中学高一下学期期中)如图3,光滑管状轨道ABC由直轨道AB和圆弧形轨道BC组成,二者在B处相切并平滑连接,O为圆心,O、A位于同一水平线上,OC垂直。一质量为m的小球通过直径略小于圆管的细线与质量为M的物块相连,物块距地面足够高。小球从A点静止释放,当运动至B点时细线断裂,小球继续前进。已知弧形轨道半径为R。m,所对应的圆心角为53°,sin53°=0.8,cos53°=0.6,g=10
(2)若M=5m,求小球从C点抛出后下落高度h=
(3)M、m满足什么关系时,小球能够运动到C点?
答案(1)2m/s(2)
解析(1)小球从A到B:M、
(M+m)v2=MgxAB-mgxABsin
在Rt△OAB中,得xAB=,解得v=2
(2)小球从B到C,根据机械能守恒,有mv2=mvC2+mgR(1-cos
解得x=
(3)小球从A到B:M、
(M+m)vB2=MgxAB-mgxABsin
mvC2-mvB2=-mgR(1-cos
四、
功与能的关系:功是能量转化的度量,力做功通常与特定形式的能量转换相关联,所做的功等于相应能量的转换量。具体功能关系见下表。
功
能量转化
关系式
重力做功
重力势能的改变
WG=-ΔEp
弹力做功
弹性势能的改变
WF=-ΔEp
合外力做功
动能的改变
W合=ΔEk
除重力、系统内弹力以外的其他力做功
机械能的改变
W=ΔE机
两物体间滑动摩擦力对物体系统做功
机械能转化为内能
Ff·x相对=Q
如图4所示,在竖直平面内有一半径为R的圆弧轨道,半径OA水平、
解析:小球从P到B下降高度为R,WG=mgR,选项A错误;小球在B点无压力,有mg=m。设摩擦力做功为Wf,由动能定理得mgR+Wf=mvB2。联立解得:Wf=-mgR,即克服摩擦力做功mgR,机械能减少mgR,故B错误,D正确;根据动能定理知:
解析木块机械能的增量等于子弹对木块的作用力Ff
2.(链条类机械能守恒问题)(2018·树德中学期末)如图7所示,一条长为L的柔软匀质链条,开始时静止在光滑梯形平台上,斜面上的链条长为x0,已知重力加速度为g,LBC,∠BCE=α,斜面上链条长为x(xx0)时,链条的速度大小为________.(用x0、x、L、g、
-x0g·x0sinα=mv2-xg·xsin
(1)在杆转动到竖直位置时,小球A、B的速度大小分别为多少?
(2)在杆转动到竖直位置的过程中,杆对A球做了多少功?
(3)在杆刚转到竖直位置的瞬间,杆对B球的作用力为多大?是推力还是拉力?
解析(1)小球A和B及杆组成的系统机械能守恒.设转到竖直位置的瞬间A、B的速率分别为vA、
4.(系统机械能守恒的计算)(2018·许昌市高一下学期期末)如图9所示,一轻质竖直弹簧,下端与地面相连,上端与质量为m的物体A相连.弹簧的劲度系数为k,A处于静止状态,此时弹簧的弹性势能为Ep.一条不可伸长的轻绳绕过定滑轮,一端连接物体A,另一端连一轻质挂钩.开始时各段绳子都处于伸直状态,A上方的一段绳子沿竖直方向.现在挂钩上挂一质量为M的物体B并从静止状态释放.则当弹簧向上变为原长时,物体A和B的速度大小分别为多少?
对A,有:
解得:
挂上物体B后,弹簧恢复原长时,A和B的速度相等,设为v。从开始运动至弹簧恢复原长的过程中,考虑A、B和弹簧组成的系统机械能守恒,有:
解得:
一、
2.(多选)如图2所示,光滑细杆AB、AC在A点连接,AB竖直放置,AC水平放置,两相同的中心有孔的小球M、N,分别套在AB和AC上