如图,长度L=4.5m的水平桌面左右两端各静置大小相同的小球a、b,在桌面右下方适当位置放置倾角θ=30°的斜面,小球b的质量为0.3kg小球a在恒定水平推力F作用下以a0=4m/s2的加速度向右运动,在小球a即将要与小球b碰撞时撤去推力F;两小球碰撞后,小球a的动能减少为原来的四分之一,且刚好能返回到桌面左端;小球b落到斜面上的P1点,与斜面碰撞后水平向右飞出,然后落到斜面上的P2点。已知小球与斜面碰撞前后速度与斜面的夹角相等,两球均可视为质点,两小球间碰撞以及小球b与斜面间的碰撞均为完全弹性碰撞,且碰撞时间极短,重力加速度g=10m/s2。求:
(1)两小球碰撞后,小球a的速度大小;
(2)推力F的大小;
(3)小球b在斜面上的两个落点P1、P2间的距离。
(1);(2);(3)
【详解】
(1)设小球a的质量为,小球b的质量为,碰撞前小球a的速度,碰撞后小球a的速度大小为,小球b的速度大小为,有
解得
根据
解得
(2)根据牛顿第二定律
碰撞过程
能量守恒
小球a返回过程
解得
(3)如图所示,设小球b到达斜面上的 时的速度大小为, 、间距离为,由到的运动时间为t,由几何关系得
有题意可得
小球做平抛运动
解得
能量守恒定律:
1.内容:能量既不能凭空产生,也不能凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体,在转化或转移的过程中,能的总量保持不变
2.能量形式的多样性:物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等,可见,在自然界中不同形式的能量与不同形式的运动相对应
3.不同形式的能量间转化:“摩擦生热”是通过克服摩擦力做功将机械能转化为内能;水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起,表明内能转化为机械能;电流通过电热丝做功可将电能转化为内能等等。这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化,且这一转化过程是通过做功来完成的
4.意义:
①能的转化与守恒是分析解决问题的一个极为重要的方法,它比机械能守恒定律更普遍。例如物体在空中下落受到阻力时,物体的机械能不守恒,但包括内能在内的总能量是守恒的。
②能量守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一,也庄严宣告了第一类永动机幻想的彻底破灭。
③能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力武器,这个定律将广泛的自然科学技术领域联系起来
5.第一类永动机:
不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器。
第一类永动机不可能存在,因为它违背了能量守恒定律
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太阳能是清洁的新能源,为了环保,我们要减少使用像煤炭这样的常规能源而大力开发新能源。划分下列能源的类别,把编号填入相应的表格。
①石油 ②地热能 ③核能 ④天然气 ⑤风能 ⑥潮汐能
类别 | 编号 |
新能源 | |
常规能源 |