高中物理高考物理动能与动能定理常见题型及答题技巧及练习题(含答案)
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高考物理高考物理动能与动能定理解题技巧及经典题型及练习题(含答案)一、高中物理精讲专题测试动能与动能定理1.滑板运动是极限运动的鼻祖,许多极限运动项目均由滑板项目延伸而来.如图所示是滑板运动的轨道,BC 和DE 是两段光滑圆弧形轨道,BC 段的圆心为O 点、圆心角 θ=60°,半径OC 与水平轨道CD 垂直,滑板与水平轨道CD 间的动摩擦因数μ=0.2.某运动员从轨道上的A 点以v 0=3m/s 的速度水平滑出,在B 点刚好沿轨道的切线方向滑入圆弧轨道BC ,经CD 轨道后冲上DE 轨道,到达E 点时速度减为零,然后返回.已知运动员和滑板的总质量为m =60kg ,B 、E 两点与水平轨道CD 的竖直高度分别为h =2m 和H =2.5m.求:(1)运动员从A 点运动到B 点过程中,到达B 点时的速度大小v B ; (2)水平轨道CD 段的长度L ;(3)通过计算说明,第一次返回时,运动员能否回到B 点?如能,请求出回到B 点时速度的大小;如不能,请求出最后停止的位置距C 点的距离. 【答案】(1)v B =6m/s (2) L =6.5m (3)停在C 点右侧6m 处 【解析】 【分析】 【详解】(1)在B 点时有v B =cos60︒v ,得v B =6m/s (2)从B 点到E 点有2102B mgh mgL mgH mv μ--=-,得L =6.5m (3)设运动员能到达左侧的最大高度为h ′,从B 到第一次返回左侧最高处有21'202B mgh mgh mg L mv μ--⋅=-,得h ′=1.2m<h =2 m ,故第一次返回时,运动员不能回到B 点,从B 点运动到停止,在CD 段的总路程为s ,由动能定理可得2102B mgh mgs mv μ-=-,得s =19m ,s =2L +6 m ,故运动员最后停在C 点右侧6m 处.2.儿童乐园里的弹珠游戏不仅具有娱乐性还可以锻炼儿童的眼手合一能力。
高考物理动能与动能定理解题技巧及练习题(含答案)及解析一、高中物理精讲专题测试动能与动能定理1.如图所示,质量m =3kg 的小物块以初速度秽v 0=4m/s 水平向右抛出,恰好从A 点沿着圆弧的切线方向进入圆弧轨道。
圆弧轨道的半径为R = 3.75m ,B 点是圆弧轨道的最低点,圆弧轨道与水平轨道BD 平滑连接,A 与圆心D 的连线与竖直方向成37︒角,MN 是一段粗糙的水平轨道,小物块与MN 间的动摩擦因数μ=0.1,轨道其他部分光滑。
最右侧是一个半径为r =0.4m 的半圆弧轨道,C 点是圆弧轨道的最高点,半圆弧轨道与水平轨道BD 在D 点平滑连接。
已知重力加速度g =10m/s 2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。
(1)求小物块经过B 点时对轨道的压力大小;(2)若MN 的长度为L 0=6m ,求小物块通过C 点时对轨道的压力大小; (3)若小物块恰好能通过C 点,求MN 的长度L 。
【答案】(1)62N (2)60N (3)10m 【解析】 【详解】(1)物块做平抛运动到A 点时,根据平抛运动的规律有:0cos37A v v ==︒ 解得:04m /5m /cos370.8A v v s s ===︒小物块经过A 点运动到B 点,根据机械能守恒定律有:()2211cos3722A B mv mg R R mv +-︒= 小物块经过B 点时,有:2BNB v F mg m R-= 解得:()232cos3762N BNBv F mg m R=-︒+=根据牛顿第三定律,小物块对轨道的压力大小是62N (2)小物块由B 点运动到C 点,根据动能定理有:22011222C B mgL mg r mv mv μ--⋅=- 在C 点,由牛顿第二定律得:2CNC v F mg m r+=代入数据解得:60N NC F =根据牛顿第三定律,小物块通过C 点时对轨道的压力大小是60N(3)小物块刚好能通过C 点时,根据22Cv mg m r=解得:2100.4m /2m /C v gr s s ==⨯=小物块从B 点运动到C 点的过程,根据动能定理有:22211222C B mgL mg r mv mv μ--⋅=- 代入数据解得:L =10m2.如图所示,半径R =0.5 m 的光滑圆弧轨道的左端A 与圆心O 等高,B 为圆弧轨道的最低点,圆弧轨道的右端C 与一倾角θ=37°的粗糙斜面相切。
高中物理动能与动能定理常见题型及答题技巧及练习题(含答案)一、高中物理精讲专题测试动能与动能定理1.如图所示,粗糙水平桌面上有一轻质弹簧左端固定在A 点,自然状态时其右端位于B 点。
水平桌面右侧有一竖直放置的光滑轨道MNP ,其形状为半径R =1.0m 的圆环剪去了左上角120°的圆弧,MN 为其竖直直径,P 点到桌面的竖直距离是h =2.4m 。
用质量为m =0.2kg 的物块将弹簧由B 点缓慢压缩至C 点后由静止释放,弹簧在C 点时储存的弹性势能E p =3.2J ,物块飞离桌面后恰好P 点沿切线落入圆轨道。
已知物块与桌面间的动摩擦因数μ=0.4,重力加速度g 值取10m/s 2,不计空气阻力,求∶(1)物块通过P 点的速度大小;(2)物块经过轨道最高点M 时对轨道的压力大小; (3)C 、D 两点间的距离;【答案】(1)8m/s ;(2)4.8N ;(3)2m 【解析】 【分析】 【详解】(1)通过P 点时,由几何关系可知,速度方向与水平方向夹角为60o ,则22y v gh =o sin 60y v v=整理可得,物块通过P 点的速度8m/s v =(2)从P 到M 点的过程中,机械能守恒2211=(1cos60)+22o M mv mgR mv + 在最高点时根据牛顿第二定律2MN mv F mg R+= 整理得4.8N N F =根据牛顿第三定律可知,物块对轨道的压力大小为4.8N(3)从D 到P 物块做平抛运动,因此o cos 604m/s D v v ==从C 到D 的过程中,根据能量守恒定律212p D E mgx mv μ=+C 、D 两点间的距离2m x =2.滑板运动是极限运动的鼻祖,许多极限运动项目均由滑板项目延伸而来.如图所示是滑板运动的轨道,BC 和DE 是两段光滑圆弧形轨道,BC 段的圆心为O 点、圆心角 θ=60°,半径OC 与水平轨道CD 垂直,滑板与水平轨道CD 间的动摩擦因数μ=0.2.某运动员从轨道上的A 点以v 0=3m/s 的速度水平滑出,在B 点刚好沿轨道的切线方向滑入圆弧轨道BC ,经CD 轨道后冲上DE 轨道,到达E 点时速度减为零,然后返回.已知运动员和滑板的总质量为m =60kg ,B 、E 两点与水平轨道CD 的竖直高度分别为h =2m 和H =2.5m.求:(1)运动员从A 点运动到B 点过程中,到达B 点时的速度大小v B ; (2)水平轨道CD 段的长度L ;(3)通过计算说明,第一次返回时,运动员能否回到B 点?如能,请求出回到B 点时速度的大小;如不能,请求出最后停止的位置距C 点的距离. 【答案】(1)v B =6m/s (2) L =6.5m (3)停在C 点右侧6m 处 【解析】 【分析】 【详解】(1)在B 点时有v B =cos60︒v ,得v B =6m/s (2)从B 点到E 点有2102B mgh mgL mgH mv μ--=-,得L =6.5m (3)设运动员能到达左侧的最大高度为h ′,从B 到第一次返回左侧最高处有21'202B mgh mgh mg L mv μ--⋅=-,得h ′=1.2m<h =2 m ,故第一次返回时,运动员不能回到B 点,从B 点运动到停止,在CD 段的总路程为s ,由动能定理可得2102B mgh mgs mv μ-=-,得s =19m ,s =2L +6 m ,故运动员最后停在C 点右侧6m 处.3.如图所示,固定的粗糙弧形轨道下端B 点水平,上端A 与B 点的高度差为h 1=0.3 m ,倾斜传送带与水平方向的夹角为θ=37°,传送带的上端C 点到B 点的高度差为h 2=0.1125m(传送带传动轮的大小可忽略不计).一质量为m =1 kg 的滑块(可看作质点)从轨道的A 点由静止滑下,然后从B 点抛出,恰好以平行于传送带的速度从C 点落到传送带上,传送带逆时针传动,速度大小为v =0.5 m/s ,滑块与传送带间的动摩擦因数为μ=0.8,且传送带足够长,滑块运动过程中空气阻力忽略不计,g =10 m/s 2,试求:(1).滑块运动至C 点时的速度v C 大小;(2).滑块由A 到B 运动过程中克服摩擦力做的功W f ; (3).滑块在传送带上运动时与传送带摩擦产生的热量Q . 【答案】(1)2.5 m/s (2)1 J (3)32 J【解析】本题考查运动的合成与分解、动能定理及传送带上物体的运动规律等知识。
高考物理动能与动能定理常见题型及答题技巧及练习题(含答案)及解析一、高中物理精讲专题测试动能与动能定理1.如图所示,半径R =0.5 m 的光滑圆弧轨道的左端A 与圆心O 等高,B 为圆弧轨道的最低点,圆弧轨道的右端C 与一倾角θ=37°的粗糙斜面相切。
一质量m =1kg 的小滑块从A 点正上方h =1 m 处的P 点由静止自由下落。
已知滑块与粗糙斜面间的动摩擦因数μ=0.5,sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g =10 m/s 2。
(1)求滑块第一次运动到B 点时对轨道的压力。
(2)求滑块在粗糙斜面上向上滑行的最大距离。
(3)通过计算判断滑块从斜面上返回后能否滑出A 点。
【答案】(1)70N ; (2)1.2m ; (3)能滑出A 【解析】 【分析】 【详解】(1)滑块从P 到B 的运动过程只有重力做功,故机械能守恒,则有()212B mg h R mv +=那么,对滑块在B 点应用牛顿第二定律可得,轨道对滑块的支持力竖直向上,且()2N 270N B mg h R mv F mg mg R R+=+=+=故由牛顿第三定律可得:滑块第一次运动到B 点时对轨道的压力为70N ,方向竖直向下。
(2)设滑块在粗糙斜面上向上滑行的最大距离为L ,滑块运动过程只有重力、摩擦力做功,故由动能定理可得cos37sin37cos370mg h R R L mgL μ+-︒-︒-︒=()所以1.2m L =(3)对滑块从P 到第二次经过B 点的运动过程应用动能定理可得()212cos370.542B mv mg h R mgL mg mgR μ'=+-︒=> 所以,由滑块在光滑圆弧上运动机械能守恒可知:滑块从斜面上返回后能滑出A 点。
【点睛】经典力学问题一般先对物体进行受力分析,求得合外力及运动过程做功情况,然后根据牛顿定律、动能定理及几何关系求解。
高考物理动能与动能定理常见题型及答题技巧及练习题(含答案)及解析一、高中物理精讲专题测试动能与动能定理1.如图所示,圆弧轨道AB是在竖直平面内的14圆周,B点离地面的高度h=0.8m,该处切线是水平的,一质量为m=200g的小球(可视为质点)自A点由静止开始沿轨道下滑(不计小球与轨道间的摩擦及空气阻力),小球从B点水平飞出,最后落到水平地面上的D 点.已知小物块落地点D到C点的距离为x=4m,重力加速度为g=10m/s2.求:(1)圆弧轨道的半径(2)小球滑到B点时对轨道的压力.【答案】(1)圆弧轨道的半径是5m.(2)小球滑到B点时对轨道的压力为6N,方向竖直向下.【解析】(1)小球由B到D做平抛运动,有:h=12gt2x=v B t解得:10410/220.8Bgv x m sh==⨯=⨯A到B过程,由动能定理得:mgR=12mv B2-0解得轨道半径R=5m(2)在B点,由向心力公式得:2Bv N mg mR -=解得:N=6N根据牛顿第三定律,小球对轨道的压力N=N=6N,方向竖直向下点睛:解决本题的关键要分析小球的运动过程,把握每个过程和状态的物理规律,掌握圆周运动靠径向的合力提供向心力,运用运动的分解法进行研究平抛运动.2.如图所示,半径R=0.5 m的光滑圆弧轨道的左端A与圆心O等高,B为圆弧轨道的最低点,圆弧轨道的右端C与一倾角θ=37°的粗糙斜面相切。
一质量m=1kg的小滑块从A点正上方h=1 m处的P点由静止自由下落。
已知滑块与粗糙斜面间的动摩擦因数μ=0.5,sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g=10 m/s2。
(1)求滑块第一次运动到B 点时对轨道的压力。
(2)求滑块在粗糙斜面上向上滑行的最大距离。
(3)通过计算判断滑块从斜面上返回后能否滑出A 点。
【答案】(1)70N ; (2)1.2m ; (3)能滑出A 【解析】 【分析】 【详解】(1)滑块从P 到B 的运动过程只有重力做功,故机械能守恒,则有()212B mg h R mv +=那么,对滑块在B 点应用牛顿第二定律可得,轨道对滑块的支持力竖直向上,且()2N 270N B mg h R mv F mg mg R R+=+=+=故由牛顿第三定律可得:滑块第一次运动到B 点时对轨道的压力为70N ,方向竖直向下。
高考物理高考物理动能与动能定理答题技巧及练习题(含答案)一、高中物理精讲专题测试动能与动能定理1.如图所示,斜面ABC 下端与光滑的圆弧轨道CDE 相切于C ,整个装置竖直固定,D 是最低点,圆心角∠DOC =37°,E 、B 与圆心O 等高,圆弧轨道半径R =0.30m ,斜面长L =1.90m ,AB 部分光滑,BC 部分粗糙.现有一个质量m =0.10kg 的小物块P 从斜面上端A 点无初速下滑,物块P 与斜面BC 部分之间的动摩擦因数μ=0.75.取sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g =10m/s 2,忽略空气阻力.求:(1)物块第一次通过C 点时的速度大小v C .(2)物块第一次通过D 点时受到轨道的支持力大小F D . (3)物块最终所处的位置.【答案】(1)32m/s (2)7.4N (3)0.35m 【解析】 【分析】由题中“斜面ABC 下端与光滑的圆弧轨道CDE 相切于C”可知,本题考查动能定理、圆周运动和机械能守恒,根据过程分析,运用动能定理、机械能守恒和牛顿第二定律可以解答. 【详解】(1)BC 长度tan 530.4m l R ==o ,由动能定理可得21()sin 372B mg L l mv -=o代入数据的32m/s B v =物块在BC 部分所受的摩擦力大小为cos370.60N f mg μ==o所受合力为sin 370F mg f =-=o故32m/s C B v v ==(2)设物块第一次通过D 点的速度为D v ,由动能定理得2211(1cos37)22D C mgR mv mv -=-o有牛顿第二定律得2D D v F mg m R-= 联立解得7.4N D F =(3)物块每次通过BC 所损失的机械能为0.24J E fl ∆==物块在B 点的动能为212kB B E mv =解得0.9J kB E = 物块经过BC 次数0.9J=3.750.24Jn =设物块最终停在距离C 点x 处,可得()sin 37(3+)0mg L x f l x --=o代入数据可得0.35m x =2.某小型设备工厂采用如图所示的传送带传送工件。
高考物理高考物理动能与动能定理解题技巧及经典题型及练习题(含答案)一、高中物理精讲专题测试动能与动能定理1.如图所示,质量m =3kg 的小物块以初速度秽v 0=4m/s 水平向右抛出,恰好从A 点沿着圆弧的切线方向进入圆弧轨道。
圆弧轨道的半径为R = 3.75m ,B 点是圆弧轨道的最低点,圆弧轨道与水平轨道BD 平滑连接,A 与圆心D 的连线与竖直方向成37︒角,MN 是一段粗糙的水平轨道,小物块与MN 间的动摩擦因数μ=0.1,轨道其他部分光滑。
最右侧是一个半径为r =0.4m 的半圆弧轨道,C 点是圆弧轨道的最高点,半圆弧轨道与水平轨道BD 在D 点平滑连接。
已知重力加速度g =10m/s 2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。
(1)求小物块经过B 点时对轨道的压力大小;(2)若MN 的长度为L 0=6m ,求小物块通过C 点时对轨道的压力大小; (3)若小物块恰好能通过C 点,求MN 的长度L 。
【答案】(1)62N (2)60N (3)10m 【解析】 【详解】(1)物块做平抛运动到A 点时,根据平抛运动的规律有:0cos37A v v ==︒ 解得:04m /5m /cos370.8A v v s s ===︒小物块经过A 点运动到B 点,根据机械能守恒定律有:()2211cos3722A B mv mg R R mv +-︒= 小物块经过B 点时,有:2BNB v F mg m R-= 解得:()232cos3762N BNBv F mg m R=-︒+=根据牛顿第三定律,小物块对轨道的压力大小是62N (2)小物块由B 点运动到C 点,根据动能定理有:22011222C B mgL mg r mv mv μ--⋅=- 在C 点,由牛顿第二定律得:2CNC v F mg m r+=代入数据解得:60N NC F =根据牛顿第三定律,小物块通过C 点时对轨道的压力大小是60N(3)小物块刚好能通过C 点时,根据22Cv mg m r=解得:2100.4m /2m /C v gr s s ==⨯=小物块从B 点运动到C 点的过程,根据动能定理有:22211222C B mgL mg r mv mv μ--⋅=- 代入数据解得:L =10m2.如图所示是一种特殊的游戏装置,CD 是一段位于竖直平面内的光滑圆弧轨道,圆弧半径为10m ,末端D 处的切线方向水平,一辆玩具滑车从轨道的C 点处下滑,滑到D 点时速度大小为10m/s ,从D 点飞出后落到水面上的B 点。
高考物理动能与动能定理解题技巧及经典题型及练习题(含答案)一、高中物理精讲专题测试动能与动能定理1.滑板运动是极限运动的鼻祖,许多极限运动项目均由滑板项目延伸而来.如图所示是滑板运动的轨道,BC 和DE 是两段光滑圆弧形轨道,BC 段的圆心为O 点、圆心角 θ=60°,半径OC 与水平轨道CD 垂直,滑板与水平轨道CD 间的动摩擦因数μ=0.2.某运动员从轨道上的A 点以v 0=3m/s 的速度水平滑出,在B 点刚好沿轨道的切线方向滑入圆弧轨道BC ,经CD 轨道后冲上DE 轨道,到达E 点时速度减为零,然后返回.已知运动员和滑板的总质量为m =60kg ,B 、E 两点与水平轨道CD 的竖直高度分别为h =2m 和H =2.5m.求:(1)运动员从A 点运动到B 点过程中,到达B 点时的速度大小v B ;(2)水平轨道CD 段的长度L ;(3)通过计算说明,第一次返回时,运动员能否回到B 点?如能,请求出回到B 点时速度的大小;如不能,请求出最后停止的位置距C 点的距离.【答案】(1)v B =6m/s (2) L =6.5m (3)停在C 点右侧6m 处【解析】【分析】【详解】(1)在B 点时有v B =0cos60︒v ,得v B =6m/s (2)从B 点到E 点有2102B mgh mgL mgH mv μ--=-,得L =6.5m (3)设运动员能到达左侧的最大高度为h ′,从B 到第一次返回左侧最高处有21'202B mgh mgh mg L mv μ--⋅=-,得h ′=1.2m<h =2 m ,故第一次返回时,运动员不能回到B 点,从B 点运动到停止,在CD 段的总路程为s ,由动能定理可得2102B mgh mgs mv μ-=-,得s =19m ,s =2L +6 m ,故运动员最后停在C 点右侧6m 处.2.如图所示,在某竖直平面内,光滑曲面AB 与水平面BC 平滑连接于B 点,BC 右端连接内壁光滑、半径r =0.2m 的四分之一细圆管CD ,管口D 端正下方直立一根劲度系数为k =100N/m 的轻弹簧,弹簧一端固定,另一端恰好与管口D 端平齐,一个质量为1kg 的小球放在曲面AB 上,现从距BC 的高度为h =0.6m 处静止释放小球,它与BC 间的动摩擦因数μ=0.5,小球进入管口C 端时,它对上管壁有F N =2.5mg 的相互作用力,通过CD 后,在压缩弹簧过程中滑块速度最大时弹簧弹性势能E p =0.5J 。
高中物理动能与动能定理及其解题技巧及练习题(含答案)及解析一、高中物理精讲专题测试动能与动能定理1.如图所示,半径R =0.5 m 的光滑圆弧轨道的左端A 与圆心O 等高,B 为圆弧轨道的最低点,圆弧轨道的右端C 与一倾角θ=37°的粗糙斜面相切。
一质量m =1kg 的小滑块从A 点正上方h =1 m 处的P 点由静止自由下落。
已知滑块与粗糙斜面间的动摩擦因数μ=0.5,sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g =10 m/s 2。
(1)求滑块第一次运动到B 点时对轨道的压力。
(2)求滑块在粗糙斜面上向上滑行的最大距离。
(3)通过计算判断滑块从斜面上返回后能否滑出A 点。
【答案】(1)70N ; (2)1.2m ; (3)能滑出A 【解析】 【分析】 【详解】(1)滑块从P 到B 的运动过程只有重力做功,故机械能守恒,则有()212B mg h R mv +=那么,对滑块在B 点应用牛顿第二定律可得,轨道对滑块的支持力竖直向上,且()2N 270N B mg h R mv F mg mg R R+=+=+=故由牛顿第三定律可得:滑块第一次运动到B 点时对轨道的压力为70N ,方向竖直向下。
(2)设滑块在粗糙斜面上向上滑行的最大距离为L ,滑块运动过程只有重力、摩擦力做功,故由动能定理可得cos37sin37cos370mg h R R L mgL μ+-︒-︒-︒=()所以1.2m L =(3)对滑块从P 到第二次经过B 点的运动过程应用动能定理可得()212cos370.542B mv mg h R mgL mg mgR μ'=+-︒=> 所以,由滑块在光滑圆弧上运动机械能守恒可知:滑块从斜面上返回后能滑出A 点。
【点睛】经典力学问题一般先对物体进行受力分析,求得合外力及运动过程做功情况,然后根据牛顿定律、动能定理及几何关系求解。
高考物理高考物理动能与动能定理答题技巧及练习题(含答案)一、高中物理精讲专题测试动能与动能定理1.某校兴趣小组制作了一个游戏装置,其简化模型如图所示,在 A 点用一弹射装置可 将静止的小滑块以 v 0水平速度弹射出去,沿水平直线轨道运动到 B 点后,进入半径 R =0.3m 的光滑竖直圆形轨道,运行一周后自 B 点向 C 点运动,C 点右侧有一陷阱,C 、D 两点的竖 直高度差 h =0.2m ,水平距离 s =0.6m ,水平轨道 AB 长为 L 1=1m ,BC 长为 L 2 =2.6m ,小滑块与 水平轨道间的动摩擦因数 μ=0.5,重力加速度 g =10m/s 2.(1)若小滑块恰能通过圆形轨道的最高点,求小滑块在 A 点弹射出的速度大小; (2)若游戏规则为小滑块沿着圆形轨道运行一周离开圆形轨道后只要不掉进陷阱即为胜出,求小滑块在 A 点弹射出的速度大小的范围. 【答案】(1)(2)5m/s≤v A ≤6m/s 和v A ≥【解析】 【分析】 【详解】(1)小滑块恰能通过圆轨道最高点的速度为v ,由牛顿第二定律及机械能守恒定律由B 到最高点2211222B mv mgR mv =+ 由A 到B :解得A 点的速度为(2)若小滑块刚好停在C 处,则:解得A 点的速度为若小滑块停在BC 段,应满足3/4/A m s v m s ≤≤ 若小滑块能通过C 点并恰好越过壕沟,则有212h gt =c s v t =解得所以初速度的范围为3/4/A m s v m s ≤≤和5/A v m s ≥2.如图所示,光滑水平平台AB 与竖直光滑半圆轨道AC 平滑连接,C 点切线水平,长为L =4m 的粗糙水平传送带BD 与平台无缝对接。
质量分别为m 1=0.3kg 和m 2=1kg 两个小物体中间有一被压缩的轻质弹簧,用细绳将它们连接。
已知传送带以v 0=1.5m/s 的速度向左匀速运动,小物体与传送带间动摩擦因数为μ=0.15.某时剪断细绳,小物体m 1向左运动,m 2向右运动速度大小为v 2=3m/s ,g 取10m/s 2.求:(1)剪断细绳前弹簧的弹性势能E p(2)从小物体m 2滑上传送带到第一次滑离传送带的过程中,为了维持传送带匀速运动,电动机需对传送带多提供的电能E(3)为了让小物体m 1从C 点水平飞出后落至AB 平面的水平位移最大,竖直光滑半圆轨道AC 的半径R 和小物体m 1平抛的最大水平位移x 的大小。
高考物理动能与动能定理常见题型及答题技巧及练习题(含答案)一、高中物理精讲专题测试动能与动能定理1.如图所示,两物块A 、B 并排静置于高h=0.80m 的光滑水平桌面上,物块的质量均为M=0.60kg .一颗质量m=0.10kg 的子弹C 以v 0=100m/s 的水平速度从左面射入A ,子弹射穿A 后接着射入B 并留在B 中,此时A 、B 都没有离开桌面.已知物块A 的长度为0.27m ,A 离开桌面后,落地点到桌边的水平距离s=2.0m .设子弹在物块A 、B 中穿行时受到的阻力大小相等,g 取10m/s 2.(平抛过程中物块看成质点)求:(1)物块A 和物块B 离开桌面时速度的大小分别是多少; (2)子弹在物块B 中打入的深度;(3)若使子弹在物块B 中穿行时物块B 未离开桌面,则物块B 到桌边的最小初始距离.【答案】(1)5m/s ;10m/s ;(2)23.510B m L -=⨯(3)22.510m -⨯【解析】 【分析】 【详解】试题分析:(1)子弹射穿物块A 后,A 以速度v A 沿桌面水平向右匀速运动,离开桌面后做平抛运 动: 212h gt =解得:t=0.40s A 离开桌边的速度A sv t=,解得:v A =5.0m/s 设子弹射入物块B 后,子弹与B 的共同速度为v B ,子弹与两物块作用过程系统动量守恒:0()A B mv Mv M m v =++B 离开桌边的速度v B =10m/s(2)设子弹离开A 时的速度为1v ,子弹与物块A 作用过程系统动量守恒:012A mv mv Mv =+v 1=40m/s子弹在物块B 中穿行的过程中,由能量守恒2221111()222B A B fL Mv mv M m v =+-+① 子弹在物块A 中穿行的过程中,由能量守恒22201111()222A A fL mv mv M M v =--+②由①②解得23.510B L -=⨯m(3)子弹在物块A 中穿行过程中,物块A 在水平桌面上的位移为s 1,由动能定理:211()02A fs M M v =+-③子弹在物块B 中穿行过程中,物块B 在水平桌面上的位移为s 2,由动能定理2221122B A fs Mv Mv =-④ 由②③④解得物块B 到桌边的最小距离为:min 12s s s =+,解得:2min 2.510s m -=⨯考点:平抛运动;动量守恒定律;能量守恒定律.2.如图所示,足够长的光滑绝缘水平台左端固定一被压缩的绝缘轻质弹簧,一个质量0.04kg m =,电量4310C q -=⨯的带负电小物块与弹簧接触但不栓接,弹簧的弹性势能为0.32J 。
高中物理高考物理动能与动能定理常见题型及答题技巧及练习题(含答案)一、高中物理精讲专题测试动能与动能定理1.如图所示,质量为m=1kg的滑块,在水平力F作用下静止在倾角为θ=30°的光滑斜面上,斜面的末端处与水平传送带相接(滑块经过此位置滑上皮带时无能量损失),传送带的运行速度为v0=3m/s,长为L=1.4m,今将水平力撤去,当滑块滑到传送带右端C时,恰好与传送带速度相同.滑块与传送带间的动摩擦因数μ=0.25,g=10m/s2.求(1)水平作用力F的大小;(2)滑块开始下滑的高度h;(3)在第(2)问中若滑块滑上传送带时速度大于3m/s,求滑块在传送带上滑行的整个过程中产生的热量Q.【答案】(1)(2)0.1 m或0.8 m (3)0.5 J【解析】【分析】【详解】解:(1)滑块受到水平推力F、重力mg和支持力F N处于平衡,如图所示:水平推力①解得:②(2)设滑块从高为h处下滑,到达斜面底端速度为v下滑过程由机械能守恒有:,解得:③若滑块冲上传送带时的速度小于传送带速度,则滑块在带上由于受到向右的滑动摩擦力而做匀加速运动;根据动能定理有:④解得:⑤若滑块冲上传送带时的速度大于传送带的速度,则滑块由于受到向左的滑动摩擦力而做匀减速运动;根据动能定理有:⑥解得:⑦(3)设滑块在传送带上运动的时间为t ,则t 时间内传送带的位移:s =v 0t 由机械能守恒有:⑧⑨滑块相对传送带滑动的位移⑩ 相对滑动生成的热量⑪⑫2.如图所示,光滑水平平台AB 与竖直光滑半圆轨道AC 平滑连接,C 点切线水平,长为L =4m 的粗糙水平传送带BD 与平台无缝对接。
质量分别为m 1=0.3kg 和m 2=1kg 两个小物体中间有一被压缩的轻质弹簧,用细绳将它们连接。
已知传送带以v 0=1.5m/s 的速度向左匀速运动,小物体与传送带间动摩擦因数为μ=0.15.某时剪断细绳,小物体m 1向左运动,m 2向右运动速度大小为v 2=3m/s ,g 取10m/s 2.求:(1)剪断细绳前弹簧的弹性势能E p(2)从小物体m 2滑上传送带到第一次滑离传送带的过程中,为了维持传送带匀速运动,电动机需对传送带多提供的电能E(3)为了让小物体m 1从C 点水平飞出后落至AB 平面的水平位移最大,竖直光滑半圆轨道AC 的半径R 和小物体m 1平抛的最大水平位移x 的大小。
【答案】(1)19.5J(2)6.75J(3)R =1.25m 时水平位移最大为x =5m 【解析】 【详解】(1)对m 1和m 2弹开过程,取向左为正方向,由动量守恒定律有:0=m 1v 1-m 2v 2解得v 1=10m/s剪断细绳前弹簧的弹性势能为:2211221122p E m v m v =+ 解得E p =19.5J(2)设m 2向右减速运动的最大距离为x ,由动能定理得:-μm 2gx =0-12m 2v 22 解得x =3m <L =4m则m 2先向右减速至速度为零,向左加速至速度为v 0=1.5m/s ,然后向左匀速运动,直至离开传送带。
设小物体m 2滑上传送带到第一次滑离传送带的所用时间为t 。
取向左为正方向。
根据动量定理得:μm 2gt =m 2v 0-(-m 2v 2)解得:t =3s该过程皮带运动的距离为:x 带=v 0t =4.5m故为了维持传送带匀速运动,电动机需对传送带多提供的电能为:E =μm 2gx 带解得:E =6.75J(3)设竖直光滑轨道AC 的半径为R 时小物体m 1平抛的水平位移最大为x 。
从A 到C 由机械能守恒定律得:2211111 222C m v m v mgR =+ 由平抛运动的规律有:x =v C t 121122R gt =联立整理得x根据数学知识知当4R =10-4R即R =1.25m 时,水平位移最大为x =5m3.如图(a )所示,倾角θ=30°的光滑固定斜杆底端固定一电量为Q =2×10﹣4C 的正点电荷,将一带正电小球(可视为点电荷)从斜杆的底端(但与Q 未接触)静止释放,小球沿斜杆向上滑动过程中能量随位移的变化图象如图(b )所示,其中线1为重力势能随位移变化图象,线2为动能随位移变化图象.(g =10m/s 2,静电力恒量K=9×109N•m 2/C 2)则(1)描述小球向上运动过程中的速度与加速度的变化情况;(2)求小球的质量m和电量q;(3)斜杆底端至小球速度最大处由底端正点电荷形成的电场的电势差U;(4)在图(b)中画出小球的电势能ε 随位移s变化的图线.(取杆上离底端3m处为电势零点)【答案】(1)小球的速度先增大,后减小;小球沿斜面向上做加速度逐渐减小的加速运动,再沿斜面向上做加速度逐渐增大的减速运动,直至速度为零.(2)4kg;1.11×10﹣5C;(3)4.2×106V(4)图像如图,线3即为小球电势能随位移s变化的图线;【解析】【分析】【详解】(1)由图线2得知,小球的速度先增大,后减小.根据库仑定律得知,小球所受的库仑力逐渐减小,合外力先减小后增大,加速度先减小后增大,则小球沿斜面向上做加速度逐渐减小的加速运动,再沿斜面向上做加速度逐渐增大的减速运动,直至速度为零.(2)由线1可得:E P=mgh=mgs sinθ斜率:k=20=mg sin30°所以m=4kg当达到最大速度时带电小球受力平衡:20sin kqQ mg s θ=由线2可得s 0=1m , 得:20sin mg s q kQθ==1.11×10﹣5C(3)由线2可得,当带电小球运动至1m 处动能最大为27J . 根据动能定理:W G +W 电=△E k即有:﹣mgh +qU =E km ﹣0代入数据得:U =4.2×106V(4)图中线3即为小球电势能ε随位移s 变化的图线4.如图所示,半径为R 的四分之三圆周轨道固定在竖直平面内,O 为圆轨道的圆心,D 为圆轨道的最高点,圆轨道内壁光滑,圆轨道右侧的水平面BC 与圆心等高.质量为m 的小球从离B 点高度为h 处(332R h R ≤≤)的A 点由静止开始下落,从B 点进入圆轨道,重力加速度为g ).(1)小球能否到达D 点?试通过计算说明; (2)求小球在最高点对轨道的压力范围;(3)通过计算说明小球从D 点飞出后能否落在水平面BC 上,若能,求落点与B 点水平距离d 的范围.【答案】(1)小球能到达D 点;(2)03F mg ≤'≤;(3))()11R d R ≤≤【解析】 【分析】 【详解】(1)当小球刚好通过最高点时应有:2Dmv mg R =由机械能守恒可得:()22Dmv mg h R -=联立解得32h R =,因为h 的取值范围为332R h R ≤≤,小球能到达D 点; (2)设小球在D 点受到的压力为F ,则2Dmv F mg R ='+ ()22Dmv mg h R ='- 联立并结合h 的取值范围332R h R ≤≤解得:03F mg ≤≤ 据牛顿第三定律得小球在最高点对轨道的压力范围为:03F mg ≤'≤(3)由(1)知在最高点D 速度至少为min D v =此时小球飞离D 后平抛,有:212R gt =min min D x v t =联立解得min x R =>,故能落在水平面BC 上,当小球在最高点对轨道的压力为3mg 时,有:2max 3Dv mg mg m R+=解得max D v =小球飞离D 后平抛212R gt =', max max D x v t ='联立解得max x =故落点与B 点水平距离d 的范围为:()()21221R d R -≤≤-5.如图所示,一根轻弹簧左端固定于竖直墙上,右端被质量1m kg =可视为质点的小物块压缩而处于静止状态,且弹簧与物块不栓接,弹簧原长小于光滑平台的长度.在平台的右端有一传送带, AB 长5L m =,物块与传送带间的动摩擦因数10.2μ=,与传送带相邻的粗糙水平面BC 长s=1.5m ,它与物块间的动摩擦因数20.3μ=,在C 点右侧有一半径为R 的光滑竖直圆弧与BC 平滑连接,圆弧对应的圆心角为120θ=o ,在圆弧的最高点F 处有一固定挡板,物块撞上挡板后会以原速率反弹回来.若传送带以5/v m s =的速率顺时针转动,不考虑物块滑上和滑下传送带的机械能损失.当弹簧储存的18p E J =能量全部释放时,小物块恰能滑到与圆心等高的E 点,取210/g m s =.(1) 求右侧圆弧的轨道半径为R; (2) 求小物块最终停下时与C 点的距离;(3) 若传送带的速度大小可调,欲使小物块与挡板只碰一次,且碰后不脱离轨道,求传送带速度的可调节范围.【答案】(1)0.8R m =;(2)13x m =;(337/43/m s v m s ≤≤ 【解析】 【分析】 【详解】(1)物块被弹簧弹出,由2012p m v E =,可知:06/m s v = 因为0v v>,故物块滑上传送带后先减速物块与传送带相对滑动过程中,由:11mg maμ=,011v v a t =-,21011112x v t a t =-得到:12/2m s a =,10.5s t =,1 2.75m x = 因为1L x<,故物块与传送带同速后相对静止,最后物块以5/m s 的速度滑上水平面BC ,物块滑离传送带后恰到E 点,由动能定理可知:2212m mgs mgR v μ=+ 代入数据整理可以得到:0.8R m =. (2)设物块从E 点返回至B 点的速度为B v ,由22211222B m m mg s v v μ-=⨯得到7/Bm s v=,因为0B v >,故物块会再次滑上传送带,物块在恒定摩擦力的作用下先减速至0再反向加速,由运动的对称性可知其以相同的速率离开传送带,设最终停在距C 点x 处,由()2212B mv mg s x μ=-,得到:13x m =. (3)设传送带速度为1v 时物块能恰到F 点,在F 点满足2sin30F mg m Rv =o从B 到F 过程中由动能定理可知:()221211sin 3022F mv mv mgs mg R R μ-=++o 解得:设传送带速度为2v 时,物块撞挡板后返回能再次上滑恰到E 点, 由:222132m mg s mgR v μ=⨯+ 解得:243/m s v=若物块在传送带上一直加速运动,由22011122Bm m m mgL v v μ-= 知其到B 点的最大速度56/Bmm s v=37/43/m s v m s ≤≤就满足条件.【点睛】本题主要考查了牛顿第二定律、动能定理、圆周运动向心力公式的直接应用,此题难度较大,牵涉的运动模型较多,物体情境复杂,关键是按照运动的过程逐步分析求解.6.如图所示,在竖直平面内的光滑固定轨道由四分之一圆弧AB 和二分之一圆弧BC 组成,两者在最低点B 平滑连接.过BC 圆弧的圆心O 有厚度不计的水平挡板和竖直挡板各一块,挡板与圆弧轨道之间有宽度很小的缝隙.AB 弧的半径为2R ,BC 弧的半径为R .一直径略小于缝宽的小球在A 点正上方与A 相距23R处由静止开始自由下落,经A 点沿圆弧轨道运动.不考虑小球撞到挡板以后的反弹. (1)通过计算判断小球能否沿轨道运动到C 点.(2)若小球能到达C 点,求小球在B 、C 两点的动能之比;若小球不能到达C 点,请求出小球至少从距A 点多高处由静止开始自由下落才能够到达C 点.(3)使小球从A 点正上方不同高度处自由落下进入轨道,小球在水平挡板上的落点到O 点的距离x 会随小球开始下落时离A 点的高度h 而变化,请在图中画出x 2h 图象.(写出计算过程)【答案】(1)13mg (2) 4∶1 (3)过程见解析【解析】 【详解】(1)若小球能沿轨道运动到C 点,小球在C 点所受轨道的正压力N 应满足N ≥0 设小球的质量为m ,在C 点的速度大小为v C ,由牛顿运动定律和向心加速度公式有N +mg =2C mv R小球由开始下落至运动到C 点过程中,机械能守恒,有22132C mgR mv = 由两式可知N =13mg 小球可以沿轨道运动到C 点.(2)小球在C 点的动能为E k C ,由机械能守恒得E k C =23mgR设小球在B 点的动能为E k B ,同理有E k B =83mgR得E k B ∶E k C =4∶1.(3)小球自由落下,经ABC 圆弧轨道到达C 点后做平抛运动。