动能定理试题及答案详解
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高中物理动能与动能定理试题(有答案和解析)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,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,不可伸长的细线跨过同一高度处的两个光滑定滑轮连接着两个物体A 和B ,A 、B 质量均为m 。
高一物理动能定理试题答案及解析1.一子弹以速度v飞行恰好射穿一块铜板,若子弹的速度是原来的3倍,那么可射穿上述铜板的数目为()A.3块B.6块C.9块D.12块【答案】C【解析】子弹以速度v运动时,恰能水平穿透一块固定的木板,根据动能定理有:,设子弹的速度为时,穿过的木板数为n,则有:联立两式并代入数据得:n=9块,C正确。
【考点】考查了动能定理的应用2.在一次试车实验中,汽车在平直的公路上由静止开始做匀加速运动,当速度达到v时,立刻关闭发动机让其滑行,直至停止。
其v-t图象如图所示。
则下列说法中正确的是()A.全程牵引力做功和克服阻力做功之比为1:1B.全程牵引力做功和克服阻力做功之比为2:1C.牵引力和阻力之比为2:1D.牵引力和阻力之比为3:1【答案】AD【解析】试题解析:由于物体初始的速度为零,最后的速度也为零,故物体的动能没有变化,即动能的增量为零,根据动能定理可知,物体受到的合外力也为零,即全程牵引力做功和克服阻力做功相等,故它们的比值为1:1,A正确,B错误;由图像可知,1s前物体在牵引力的作用下运动,其位移为x,则后2s内物体的位移为2x,故由动能定理可得:Fx=f(x+2x),所以牵引力F和阻力f之比为3:1,D正确,C错误。
【考点】动能定理。
3.甲、乙两物体质量之比m1∶m2=1∶2,它们与水平桌面间的动摩擦因数相同,若它们以相同的初动能在水平桌面上运动,则运动位移之比为.【答案】2:1。
【解析】根据动能定理得可知,对于甲物体:m1gμ×x1=Ek,对于乙物体:m2gμ×x2=Ek,联立以上两式解之得x1:x2=m2:m1=2:1,故位移之比为2:1。
【考点】动能定理。
4.一根用绝缘材料制成的轻弹簧,劲度系数为k,一端固定,另一端与质量为m、带电量为+q的小球相连,静止在光滑绝缘的水平面上,当施加一水平向右的匀强电场E后(如图所示),小球开始作简谐运动,关于小球运动有如下说法中正确的是A.球的速度为零时,弹簧伸长qE/kB.球做简谐运动的振幅为qE/kC.运动过程中,小球的机械能守恒D.运动过程中,小球动能的改变量、弹性势能的改变量、电势能的改变量的代数和为零【答案】BD【解析】球的平衡位置为Eq=kx,解得x= qE/k,在此位置球的速度最大,选项A 错误;球做简谐运动的振幅为qE/k,选项B正确;运动过程中,由于电场力和弹力做功,故小球的机械能不守恒,选项C 错误;运动过程中,由于电场力和弹力做功,所以小球动能的改变量、弹性势能的改变量、电势能的改变量的代数和为零,选项D 正确。
高考物理动能与动能定理试题(有答案和解析)一、高中物理精讲专题测试动能与动能定理1.如图所示,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 。
某一瞬间释放弹簧弹出小物块,小物块从水平台右端A 点飞出,恰好能没有碰撞地落到粗糙倾斜轨道的最高点B ,并沿轨道BC 滑下,运动到光滑水平轨道CD ,从D 点进入到光滑竖直圆内侧轨道。
已知倾斜轨道与水平方向夹角为37α︒=,倾斜轨道长为2.0m L =,带电小物块与倾斜轨道间的动摩擦因数0.5μ=。
小物块在C 点没有能量损失,所有轨道都是绝缘的,运动过程中小物块的电量保持不变,可视为质点。
只有光滑竖直圆轨道处存在范围足够大的竖直向下的匀强电场,场强5210V/m E =⨯。
已知cos370.8︒=,sin370.6︒=,取210m/s g =,求:(1)小物块运动到A 点时的速度大小A v ; (2)小物块运动到C 点时的速度大小C v ;(3)要使小物块不离开圆轨道,圆轨道的半径应满足什么条件?【答案】(1)4m/s ;(233;(3)R ⩽0.022m 【解析】 【分析】 【详解】(1)释放弹簧过程中,弹簧推动物体做功,弹簧弹性势能转变为物体动能212P A E mv =解得220.324m/s 0.04P A E v m ===⨯ (2)A 到B 物体做平抛运动,到B 点有cos37A Bvv ︒= 所以45m/s 0.8B v == B 到C 根据动能定理有2211sin37cos3722C B mgL mg L mv mv μ︒-︒⋅=- 解得33m/s C v =(3)根据题意可知,小球受到的电场力和重力的合力方向向上,其大小为F=qE-mg =59.6N所以D 点为等效最高点,则小球到达D 点时对轨道的压力为零,此时的速度最小,即2Dv F m R=解得D FRv m=所以要小物块不离开圆轨道则应满足v C ≥v D 得:R ≤0.022m2.在光滑绝缘的水平面上,存在平行于水平面向右的匀强电场,电场强度为E ,水平面上放置两个静止、且均可看作质点的小球A 和B ,两小球质量均为m ,A 球带电荷量为Q +,B 球不带电,A 、B 连线与电场线平行,开始时两球相距L ,在电场力作用下,A 球与B 球发生对心弹性碰撞.设碰撞过程中,A 、B 两球间无电量转移.(1)第一次碰撞结束瞬间A 、B 两球的速度各为多大?(2)从开始到即将发生第二次碰撞这段过程中电场力做了多少功?(3)从开始到即将发生第二次碰撞这段过程中,若要求A 在运动过程中对桌面始终无压力且刚好不离开水平桌面(v=0时刻除外),可以在水平面内加一与电场正交的磁场.请写出磁场B 与时间t 的函数关系.【答案】(1)10A v '= 12BQEL v m='5QEL (3) 222B mL Q E t QE =⎛⎫- ⎪⎝⎭223mL mLt QE QE<≤ 【解析】(1)A 球的加速度QE a m =,碰前A的速度1A v =B 的速度10B v = 设碰后A 、B 球速度分别为'1A v 、'1B v ,两球发生碰撞时,由动量守恒和能量守恒定律有:''111A A B m m m v v v =+,2'2'2111111222A AB m m m v v v =+所以B 碰撞后交换速度:'10A v =,'11B A v v ==(2)设A 球开始运动时为计时零点,即0t =,A 、B 球发生第一次、第二次的碰撞时刻分别为1t 、2t;由匀变速速度公式有:110A avt -==第一次碰后,经21t t -时间A 、B 两球发生第二次碰撞,设碰前瞬间A 、B 两球速度分别为2A v 和2B v ,由位移关系有:()()2'1212112B av t t t t -=-,得到:213tt == ()2211122A A a a v t t t v =-===;'21B B v v = 由功能关系可得:222211=522A B m m QEL W v v +=电(另解:两个过程A 球发生的位移分别为1x 、2x ,1L x =,由匀变速规律推论24L x =,根据电场力做功公式有:()125W QE QEL x x =+=) (3)对A 球由平衡条件得到:A QB mg v =,A at v =,QEa m=从A 开始运动到发生第一次碰撞:()220t mg g t Qat Et m B Q ⎛==<≤ ⎝ 从第一次碰撞到发生第二次碰撞:()2t t B =<≤ 点睛:本题是电场相关知识与动量守恒定律的综合,虽然A 球受电场力,但碰撞的内力远大于内力,则碰撞前后动量仍然守恒.由于两球的质量相等则弹性碰撞后交换速度.那么A 球第一次碰后从速度为零继续做匀加速直线运动,直到发生第二次碰撞.题设过程只是发生第二次碰撞之前的相关过程,有涉及第二次以后碰撞,当然问题变得简单些.3.如图所示,在倾角为θ=30°的固定斜面上固定一块与斜面垂直的光滑挡板,质量为m 的半圆柱体A 紧靠挡板放在斜面上,质量为2m 的圆柱体B 放在A 上并靠在挡板上静止。
高一物理动能定理试题答案及解析1.两个带等量正电的点电荷,固定在图中P、Q两点,MN为PQ连线的中垂线,交PQ于O点,A点为MN上的一点。
一带负电的试探电荷q,从A点由静止释放,只在静电力作用下运动.取无限远处的电势为零,则A.q由A向O的运动是匀加速直线运动B.q由A向O运动的过程电势能逐渐减小C.q运动到O点时的动能最大D.q运动到O点时电势能为零【答案】BC【解析】两等量正电荷周围部分电场线如右图所示,其中P、Q连线的中垂线MN上,从无穷远到O过程中电场强度先增大后减小,且方向始终指向无穷远方向.故试探电荷所受的电场力是变化的,q由A向O的运动做非匀加速直线运动,故A错误.电场力方向与AO方向一致,电场力做正功,电势能逐渐减小;故B正确.从A到O过程,电场力做正功,动能增大,从O到N过程中,电场力做负功,动能减小,故在O点试探电荷的动能最大,速度最大,故C正确.取无限远处的电势为零,从无穷远到O点,电场力做正功,电势能减小,则q运动到O点时电势能为负值,故D错误.【考点】考查了带电粒子在电场中的运动2.一汽车质量为2000kg,行驶时受到的阻力为车重的0.1倍。
若汽车以3000N的恒定牵引力在水平公路上从静止开始前进100m时关闭发动机。
求:(1)汽车前进100m时的速度;(2)汽车关闭发动机后还能滑行多远。
【答案】(1)v=10m/s(2)x=50m【解析】设汽车前进100m时的速度为v,则对汽车应用动能定理得:.......................① 4分代入数据解得:v=10m/s....... ..... ..② 1分设汽车关闭发动机后还能滑行的距离为x,则对汽车应用动能定理得:.......... ..... ..... ③ 4分代入数据解得:x=50m..... ..... ..... . ④ 1分【考点】考查了动能定理的综合应用3.中国著名篮球运动员姚明在一次投篮中对篮球做功为W,出手高度为h1,篮筐距地面高度为h2,球的质量为m。
高二物理动能定理试题答案及解析1.质量为m的物体从静止以的加速度竖直上升h,关于该过程下列说法中正确的是()A.物体的机械能增加B.物体的机械能减小C.重力对物体做功D.物体的动能增加【答案】D【解析】物体从静止以的加速度竖直上升h,重力做了,故重力势能增加为,故A、C选项错误;牛顿第二定律,解得,故F做的功为,故物体的机械能增加了,B选项错误;由动能定理知,解得物体的动能增加,故D选项正确。
【考点】牛顿第二定律动能定理重力做功与重力势能的关系机械能的电场加速后从中心进入一个平行板2.带电量为Q,质量为m的原子核由静止开始经电压为U1电容器,进入时速度和电容器中的场强方向垂直。
已知:电容器的极板长为L,极板间距为d,,重力不计,求:两极板的电压为U2(1)经过加速电场后的速度;(2)离开电容器电场时的偏转量。
【答案】(1);(2)【解析】试题分析: (1)粒子在加速电场加速后,由动能定理得速度为(2)进入偏转电场,粒子在平行于板面的方向上做匀速运动在垂直于板面的方向做匀加速直线运动,加速度因此离开电容器电场时的偏转。
【考点】动能定理,带电粒子在匀强电场中的运动3.如图所示,在点电荷Q的电场中,已知a、b两点在同一等势面上,c、d两点在同一等势面上,无穷远处电势为零。
甲、乙两个带粒子经过a点时动能相同,甲粒子的运动轨迹为acb,乙粒子的运动轨迹为adb.由此可以判定:A.甲粒子经过c点与乙粒子经过d点时的动能相等B.甲、乙两粒子带同种电荷C.甲粒子经过b点时的动能小于乙粒子经过b点时的动能D.甲粒子经过c点时的电势能小于乙粒子经过d点时的电势能【答案】 D【解析】试题分析: ac两点和ad两点之间的电势差相等,因为两电荷的电量大小未知,则无法比较电场力做功,根据动能定理,无法比较粒子在c点和d点的动能大小.故A错误;根据轨迹的弯曲知,乙电荷受到的斥力,甲电荷受到的是引力.所以两粒子的电性相反.故B错误;a到b,不管沿哪一路径,电场力做功为零,动能不变.故C错误;因为甲粒子受到的引力作用,电场力做正功,电势能减少,乙粒子受到的是斥力作用,电场力做负功,电势能增加,所以甲粒子经过c点时的电势能小于乙粒子经过d点时的电势能.故D正确;【考点】等势面;动能定理的应用;电势能4.如图所示,粗糙程度均匀的绝缘斜面下方O点处有一正点电荷,带负电的小物体以初速度从M点沿斜面上滑,到达N点时速度为零,然后下滑回到M点,此时速度为.若小物体电荷量保持不变,OM=ON,则 ( )A.小物体上升的最大高度为B.从N到M的过程中,小物体的电势能逐渐减小C.从M到N的过程中,电场力对小物体先做负功后做正功D.从N到M的过程中,小物体受到的摩擦力和电场力均是先减小后增大.【答案】A【解析】对小物体,从M到N再到M,由动能定理可知:,从M到N,由动能定理可知:,联立解得:,故选项A正确;从N到M,电场力对小球先做正功再做负功,电势能先减小再增大,故选项BC错误;从N到M,电场力先增大再减小,故选项D错误.【考点】本题考查动能定理的应用、摩擦力及电场力做功的特点,涉及能量变化的题目一般都要优先考虑动能定理的应用,并要求学生能明确几种特殊力做功的特点,如摩擦力、电场力、洛仑兹力等.5.如图所示,光滑绝缘杆竖直放置,它与以正点电荷Q为圆心的某一圆周交于B、C两点,质量为m,带电量为的有孔小球从杆上A点无初速下滑,已知q<<Q,AB=h,小球滑到B点时速度大小为,则小球从A运动到B的过程中,电场力做的功为:______________;A、C 两点间电势差为 ____________.【答案】;【解析】试题分析: 设小球由A到B电场力所做的功为WAB ,由动能定理得mgh+WAB=解得:WAB=由于B、C在以Q为圆心的圆周上,所以φB =φC,所以UAC=UAB==【考点】动能定理的应用,,电势能。
【物理】物理动能与动能定理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,在娱乐节目中,一质量为m =60 kg 的选手以v 0=7 m/s 的水平速度抓住竖直绳下端的抓手开始摆动,当绳摆到与竖直方向夹角θ=37°时,选手放开抓手,松手后的上升过程中选手水平速度保持不变,运动到水平传送带左端A 时速度刚好水平,并在传送带上滑行,传送带以v =2 m/s 匀速向右运动.已知绳子的悬挂点到抓手的距离为L =6 m ,传送带两端点A 、B 间的距离s =7 m ,选手与传送带间的动摩擦因数为μ=0.2,若把选手看成质点,且不考虑空气阻力和绳的质量.(g =10 m/s 2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)求:(1)选手放开抓手时的速度大小; (2)选手在传送带上从A 运动到B 的时间; (3)选手在传送带上克服摩擦力做的功. 【答案】(1)5 m/s (2)3 s (3)360 J 【解析】试题分析:(1)设选手放开抓手时的速度为v 1,则-mg (L -Lcosθ)=mv 12-mv 02,v 1=5m/s(2)设选手放开抓手时的水平速度为v 2,v 2=v 1cosθ① 选手在传送带上减速过程中 a =-μg② v =v 2+at 1③④匀速运动的时间t 2,s -x 1=vt 2⑤ 选手在传送带上的运动时间t =t 1+t 2⑥ 联立①②③④⑤⑥得:t =3s(3)由动能定理得W f =mv 2-mv 22,解得:W f =-360J 故克服摩擦力做功为360J . 考点:动能定理的应用3.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。
动能 动能定理要点一 动能的概念即学即用1.关于物体的动能,下列说法中正确的是( )A.物体速度变化,其动能一定变化B.物体所受的合外力不为零,其动能一定变化C.物体的动能变化,其运动状态一定发生改变D.物体的速度变化越大,其动能一定变化也越大 答案 C要点二 动能定理即学即用2.人骑自行车下坡,坡长l=500 m,坡高h=8 m,人和车总质量为100 kg,下坡时初速度为4 m/s,人不踏车的情况下,到达坡底时车速为10 m/s,g 取10 m/s 2,则下坡过程中阻力所做的功为 ( ) A.-4 000 J B.-3 800 J C.-5 000 J D.-4 200 J 答案 B题型1 动能及动能的变化【例1】质量为m=2 kg 的物体,在水平面上以v 1=6 m/s 的速度匀速向西运动,若有一个F=8 N 方向向北的恒力作用于物体,在t=2s内物体的动能增加了( )A.28 JB.64 JC.32 JD.36 J 答案 B题型2 应用动能定理的一般问题【例2】一辆车通过一根跨过定滑轮的轻绳PQ 提升井中质量为m 的物体,如图所示,绳的P 端拴在车后的挂钩上.设绳的总长不变,绳的质量、定滑轮的质量和尺寸、滑轮上的摩擦都忽略不计.开始时,车在A 点,左右两侧绳都已绷紧并且是竖直的,左侧绳长为H.提升时,车向左加速运动,沿水平方向从A 经过B 驶向C.设A 到B 的距离也为H,车过B 点时速度为v B .求车由A 移到B 的过程中,绳Q 端的拉力对物体做的功是多少? 答案 241)12(B m mgH v +- 题型3 情景建模【例3】如图所示,某滑板爱好者在离地h=1.8 m 高的平台上滑行,水平离开A 点后落在水平地面的B 点,其水平位移l 1=3 m,着地时由于存在能量损失,着地后速度变为v=4 m/s,并以此为初速度沿水平地面滑行l 2=8 m 后停止.已知人与滑板的总质量m=60 kg.求:(1)人与滑板在水平地面滑行时受到的平均阻力大小.(2)人与滑板离开平台时的水平初速度.(空气阻力忽略不计,g 取10 m/s 2) 答案 (1)60 N (2)5 m/s6.如图所示,在高1.5 m 的光滑平台上有一个质量为2 kg 的小球被一细线拴在墙上,球与墙之间有一根被压缩的轻质弹簧.当烧断细线时,小球被弹出,小球落地时的速度方向与水平方向成60°角,则弹簧被压缩时具有的弹性势能为(g =10 m/s 2)( ) A .10 J B .15 J C .20 J D .25 J7.(2013·阳江模拟)如图5-2-11所示,光滑斜面的顶端固定一弹簧,一物体向右滑行,并冲上固定在地面上的斜面.设物体在斜面最低点A 的速度为v ,压缩弹簧至C 点时弹簧最短,C 点距地面高度为h ,则从A 到C 的过程中弹簧弹力做功是( )A .mgh -12m v 2 B.12m v 2-mghC .-mghD .-(mgh +12m v 2)【动能定理及应用】8..质量m =1 kg 的物体,在与物体初速度方向相同的水平拉力的作用下,沿水平面运动过程中动能—位移的图像如图所示.在位移为4m 时撤去F ,物块仅在摩擦力的作用下运动.求:(g 取10m/s 2)(1)物体的初速度多大?(2)物体和平面间的动摩擦因数多大?(3)拉力F 的大小.9.(2013·湛江模拟)如图所示,用汽车通过定滑轮拉动水平平台上的货物,若货物的质量为m ,与平台间的动摩擦因数为μ,汽车从静止开始把货物从A 拉到B 的过程中,汽车从O 到达C 点处时速度为v ,若平台的高度为h ,滑轮的大小和摩擦不计,求这一过程中汽车对货物做的功.10.高台滑雪运动员经过一段弧长为s=10π3m的圆弧后,从圆弧上的O点水平飞出,圆弧半径R=10 m,他在圆弧上的O点受到的支持力为820 N.运动员连同滑雪板的总质量为50 kg,他落到了斜坡上的A点,斜坡与水平面的夹角θ=37°,如图所示.忽略空气阻力的影响,取重力加速度g=10 m/s2,求:(1)运动员离开O点时的速度大小;(2)运动员在圆弧轨道上克服摩擦力做的功;(3)运动员落到斜坡上的速度大小.(可用根号表示)11。
第七节 动能和动能定理例1 一架喷气式飞机,质量m =5×103kg ,起飞过程中从静止开始滑跑的路程为s =5.3×102m 时,达到起飞的速度v =60m/s ,在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重量的0.02倍(k =0.02),求飞机受到的牵引力。
例2 将质量m=2kg 的一块石头从离地面H=2m 高处由静止开始释放,落入泥潭并陷入泥中h=5cm 深处,不计空气阻力,求泥对石头的平均阻力。
(g 取10m/s 2)例3 一质量为0.3㎏的弹性小球,在光滑的水平面上以6m/s 的速度垂直撞到墙上,碰撞后小球沿相反方向运动,反弹后的速度大小与碰撞前速度的大小相同,则碰撞前后小球速度变化量的大小Δv 和碰撞过程中墙对小球做功的大小W 为( )A .Δv=0 B. Δv =12m/s C. W=0 D. W=10.8J例4 在h 高处,以初速度v 0向水平方向抛出一个小球,不计空气阻力,小球着地时速度大小为( ) A. gh v 20+ B. gh v 20- C. gh v 220+ D. gh v 220-例5 一质量为 m 的小球,用长为l 的轻绳悬挂于O 点。
小球在水平拉力F 作用下,从平衡位置P 点很缓慢地移动到Q 点,如图2-7-3所示,则拉力F 所做的功为( )A. mgl cos θB. mgl (1-cos θ)C. Fl cos θD. Flsin θ例6 如图所示,光滑水平面上,一小球在穿过O 孔的绳子的拉力作用下沿一圆周匀速运动,当绳的拉力为F 时,圆周半径为R ,当绳的拉力增大到8F 时,小球恰可沿半径为R /2的圆周匀速运动在上述增大拉力的过程中,绳的拉力对球做的功为________.2-7-3 θ F O PQ l h H 2-7-2例7 如图2-7-4所示,绷紧的传送带在电动机带动下,始终保持v 0=2m/s 的速度匀速运行,传送带与水平地面的夹角θ=30°,现把一质量m =l0kg 的工件轻轻地放在传送带底端,由传送带传送至h =2m 的高处。
已知工件与传送带间的动摩擦因数23=μ,g 取10m/s 2。
(1) 试通过计算分析工件在传送带上做怎样的运动?(2) 工件从传送带底端运动至h =2m 高处的过程中摩擦力对工件做了多少功?.例8如图4所示,AB 为1/4圆弧轨道,半径为R=0.8m ,BC 是水平轨道,长S=3m ,BC 处的摩擦系数为μ=1/15,今有质量m=1kg 的物体,自A 点从静止起下滑到C 点刚好停止。
求物体在轨道AB 段所受的阻力对物体做的功。
例9电动机通过一条绳子吊起质量为8kg 的物体。
绳的拉力不能超过120N ,电动机的功率不能超过1 200W ,要将此物体由静止起,用最快的方式将物体吊高90m (已知物体在被吊高90m 以前已开始以最大速度匀速上升),所需时间为多少?(g 取10 m/s 2)2-7-4例10一个物体从斜面上高h处由静止滑下并紧接着在水平面上滑行一段距离后停止,测得停止处对开始运动处的水平距离为S,如图2-7-6,不考虑物体滑至斜面底端的碰撞作用,并设斜面与水平面对物体的动摩擦因数相同.求动摩擦因数μ.2-7-6例11 从离地面H高处落下一只小球,小球在运动过程中所受的空气阻力是它重力的k(k<1)倍,而小球与地面相碰后,能以相同大小的速率反弹,求:(1)小球第一次与地面碰撞后,能够反弹起的最大高度是多少?(2)小球从释放开始,直至停止弹跳为止,所通过的总路程是多少?例12某同学从高为h处水平地投出一个质量为m的铅球,测得成绩为s,求该同学投球时所做的功.例13如图所示,一根长为l的细线,一端固定于O点,另一端拴一质量为m的小球,v,要小球能在竖直平面内作圆周运动当小球处于最低平衡位置时,给小球一定得初速度v至少应多大?并通过最高点P,例14新疆达坂城风口的风速约为v=20m/s,设该地空气的密度为ρ=1.4kg/m3,若把通过横截面积S=20m2的风能的50%转化为电能,利用上述已知量推导计算电功率的公式,并求出发电机电功率的大小。
Sl2-7-7例15 质量为M、长度为d的木块,放在光滑的水平面上,在木块右边有一个销钉把木块挡住,使木块不能向右滑动。
质量为m的子弹以水平速度V0射入木块,刚好能将木块射穿。
现在拔去销钉,使木块能在水平面上自由滑动,而子弹仍以水平速度V0射入静止的木块。
设子弹在木块中受阻力恒定。
求:(1)子弹射入木块的深度(2)从子弹开始进入木块到与木块相对静止的过程中,木块的位移是多大?dV0例16如图2-7-19所示的装置中,轻绳将A、B相连,B置于光滑水平面上,拉力F使B以1m/s匀速的由P运动到Q,P、Q处绳与竖直方向的夹角分别为α1=37°,α2=60°.滑轮离光滑水平面高度h=2m,已知m A=10kg,m B=20kg,不计滑轮质量和摩擦,求在此过程中拉力F做的功(取sin37°=0.6,g取10m/s2)参考答案:1、解答:取飞机为研究对象,对起飞过程研究。
飞机受到重力G 、支持力N 、牵引力F 和阻力f 作用,如图2-7-1所示2-7-1各力做的功分别为W G =0,W N =0,W F =Fs ,W f =-kmgs .起飞过程的初动能为0,末动能为221mv 据动能定理得: 代入数据得: 2、石头在空中只受重力作用;在泥潭中受重力和泥的阻力。
对石头在整个运动阶段应用动能定理,有00)(-=-+h F h H mg 。
所以,泥对石头的平均阻力10205.005.02⨯⨯+=⋅+=mg h h H F N=820N 。
3、解答 由于碰撞前后速度大小相等方向相反,所以Δv=v t -(-v 0)=12m/s,根据动能定理答案:BC4、解答 小球下落为曲线运动,在小球下落的整个过程中,对小球应用动能定理,有2022121mv mv mgh -=, 解得小球着地时速度的大小为 =v gh v 220+。
正确选项为C 。
5、解答 将小球从位置P 很缓慢地拉到位置Q 的过程中,球在任一位置均可看作处于平衡状态。
由平衡条件可得F=mg tan θ,可见,随着θ角的增大,F 也在增大。
而变力的功是不能用W= Fl cos θ求解的,应从功和能关系的角度来求解。
小球受重力、水平拉力和绳子拉力的作用,其中绳子拉力对小球不做功,水平拉力对小球做功设为W ,小球克服重力做功mgl (1-cos θ)。
小球很缓慢移动时可认为动能始终为0,由动能定理可得 W -mgl (1-cos θ)=0,W = mgl (1-cos θ)。
正确选项为B 。
6、32FR N G f F 0212-=-mv kmgs Fs N s v m kmg F 42108.12⨯=+=02121ΔE 202K =-==mv mv W t7、解答 (1) 工件刚放上皮带时受滑动摩擦力θμcos mg F =,工件开始做匀加速直线运动,由牛顿运动定律ma mg F =-θsin可得 )30sin 30cos 23(10)sin cos (sin 00-⨯=-=-=θθμθg g m F a m/s 2=2.5m/s 2。
设工件经过位移x 与传送带达到共同速度,由匀变速直线运动规律可得 5.2222220⨯==a v x m=0.8m <4m 。
故工件先以2.5m/s 2的加速度做匀加速直线运动,运动0.8m 与传送带达到共同速度2m/s 后做匀速直线运动。
(2) 在工件从传送带底端运动至h =2m 高处的过程中,设摩擦力对工件做功W f ,由动能定理 2021mv mgh W f =-, 可得 210102120⨯⨯=+=mv mgh W f J 221021⨯⨯+J=220J 。
8、解答:物体在从A 滑到C 的过程中,有重力、AB 段的阻力、BC 段的摩擦力共三个力做功,W G =mgR ,f BC =umg ,由于物体在AB 段受的阻力是变力,做的功不能直接求。
根据动能定理可知:W 外=0,所以mgR-umgS-W AB =0即W AB =mgR-umgS=1×10×0.8-1×10×3/15=6(J)9、解答 起吊最快的方式是:开始时以最大拉力起吊,达到最大功率后维持最大功率起吊。
在匀加速运动过程中,加速度为8108120⨯-=-=m mg F a m m/s 2=5 m/s 2, 末速度 1202001==m m t F P v m/s=10m/s , 上升时间 5101==a v t t s=2s , 上升高度 52102221⨯==a v h t m=10m 。
在功率恒定的过程中,最后匀速运动的速度为 1082001⨯==mg P v m m m/s=15m/s , 由动能定理有 22122121)(t m m mv mv h h mg t P -=--, 解得上升时间2001)1015(821)1090(108)(21)(222212-⨯⨯+-⨯⨯=-+-=m t m P v v m h h mg t s=5.75s 。
所以,要将此物体由静止起,用最快的方式将物体吊高90m ,所需时间为 t=t 1+t 2=2s+5.75s=7.75s 。
10、解答 设该斜面倾角为α,斜坡长为l ,则物体沿斜面下滑时,重力和摩擦力在斜面上的功分别为:物体在平面上滑行时仅有摩擦力做功,设平面上滑行距离为S 2,则对物体在全过程中应用动能定理:ΣW=ΔEk.mglsinα-μmglcosα-μmgS 2=0得 h -μS 1-μS 2=0.式中S1为斜面底端与物体初位置间的水平距离.故11、解答:(1) 设小球第一次与地面碰撞后,能够反弹起的最大高度是h ,则由动能定理得:mg(H-h)-kmg(H+h)=0解得 H kk h +-=11 (2)、设球从释放开始,直至停止弹跳为止,所通过的总路程是S ,对全过程由动能定理得mgH-kmgS=0解得 kH S = 12、解答 同学对铅球做的功等于铅球离手时获得的动能,即0212-=mv W铅球在空中运动的时间为g h t 2=铅球时离手时的速度t sv = 13、5gl14、解答 首先建立风的“柱体模型”,如图2-7-7所示,设经过时间t 通过截面S 的αμcos 1mgl W f -=mgh mgl W G ==αsin空气的质量为m ,则有m =ρV=ρSl=ρSvt 。
这部分空气的动能为 t Sv v Svt mv E 322212121ρρ=⋅⋅==∆。
因为风的动能只有50%转化为电能,所以其电功率的表达式为3341%5021%50Sv t t Sv t E P ρρ=⨯=⨯∆=。