【物理】物理动能定理的综合应用题20套(带答案)
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高中物理动能与动能定理题20套(带答案)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.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。
高考物理动能与动能定理题20套(带答案)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.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 。
高考物理动能定理的综合应用题20套(带答案)含解析(1)一、高中物理精讲专题测试动能定理的综合应用1.如图所示,半径为R =1 m ,内径很小的粗糙半圆管竖直放置,一直径略小于半圆管内径、质量为m =1 kg 的小球,在水平恒力F =25017N 的作用下由静止沿光滑水平面从A 点运动到B 点,A 、B 间的距离x =175m ,当小球运动到B 点时撤去外力F ,小球经半圆管道运动到最高点C ,此时球对外轨的压力F N =2.6mg ,然后垂直打在倾角为θ=45°的斜面上(g =10 m/s 2).求:(1)小球在B 点时的速度的大小; (2)小球在C 点时的速度的大小;(3)小球由B 到C 的过程中克服摩擦力做的功; (4)D 点距地面的高度.【答案】(1)10 m/s (2)6 m/s (3)12 J (4)0.2 m 【解析】 【分析】对AB 段,运用动能定理求小球在B 点的速度的大小;小球在C 点时,由重力和轨道对球的压力的合力提供向心力,由牛顿第二定律求小球在C 点的速度的大小;小球由B 到C 的过程,运用动能定理求克服摩擦力做的功;小球离开C 点后做平抛运动,由平抛运动的规律和几何知识结合求D 点距地面的高度. 【详解】(1)小球从A 到B 过程,由动能定理得:212B Fx mv = 解得:v B =10 m/s(2)在C 点,由牛顿第二定律得mg +F N =2c v m R又据题有:F N =2.6mg 解得:v C =6 m/s.(3)由B 到C 的过程,由动能定理得:-mg ·2R -W f =221122c B mv mv - 解得克服摩擦力做的功:W f =12 J(4)设小球从C 点到打在斜面上经历的时间为t ,D 点距地面的高度为h , 则在竖直方向上有:2R -h =12gt 2由小球垂直打在斜面上可知:cgtv=tan 45° 联立解得:h =0.2 m 【点睛】本题关键是对小球在最高点处时受力分析,然后根据向心力公式和牛顿第二定律求出平抛的初速度,最后根据平抛运动的分位移公式列式求解.2.为了研究过山车的原理,某物理小组提出了下列设想:取一个与水平方向夹角为θ=60°、长为L 1=23m 的倾斜轨道AB ,通过微小圆弧与长为L 2=3m 的水平轨道BC 相连,然后在C 处设计一个竖直完整的光滑圆轨道,出口为水平轨道上D 处,如图所示.现将一个小球从距A 点高为h =0.9m 的水平台面上以一定的初速度v 0水平弹出,到A 点时小球的速度方向恰沿AB 方向,并沿倾斜轨道滑下.已知小球与AB 和BC 间的动摩擦因数均为μ=33,g 取10m/s 2.(1)求小球初速度v 0的大小; (2)求小球滑过C 点时的速率v C ;(3)要使小球不离开轨道,则竖直圆弧轨道的半径R 应该满足什么条件? 【答案】(16m/s (2)6m/s (3)0<R ≤1.08m 【解析】试题分析:(1)小球开始时做平抛运动:v y 2=2gh代入数据解得:22100.932/y v gh m s =⨯⨯==A 点:60y x v tan v ︒=得:032/6/603yx v v v s m s tan ==︒== (2)从水平抛出到C 点的过程中,由动能定理得:()2211201122C mg h L sin mgL cos mgL mv mv θμθμ+---=代入数据解得:36/C v m s =(3)小球刚刚过最高点时,重力提供向心力,则:21mv mg R =22111 222C mv mgR mv += 代入数据解得R 1=1.08 m当小球刚能到达与圆心等高时2212C mv mgR = 代入数据解得R 2=2.7 m当圆轨道与AB 相切时R 3=BC•tan 60°=1.5 m 即圆轨道的半径不能超过1.5 m综上所述,要使小球不离开轨道,R 应该满足的条件是 0<R≤1.08 m . 考点:平抛运动;动能定理3.如图所示,竖直平面内的轨道由直轨道AB 和圆弧轨道BC 组成,直轨道AB 和圆弧轨道BC 平滑连接,小球从斜面上A 点由静止开始滑下,滑到斜面底端后又滑上一个半径为=0.4m R 的圆轨道;(1)若接触面均光滑,小球刚好能滑到圆轨道的最高点C ,求斜面高h ;(2)若已知小球质量m =0.1kg ,斜面高h =2m ,小球运动到C 点时对轨道压力为mg ,求全过程中摩擦阻力做的功.【答案】(1)1m ;(2) -0.8J ; 【解析】 【详解】(1)小球刚好到达C 点,重力提供向心力,由牛顿第二定律得:2v mg m R=从A 到C 过程机械能守恒,由机械能守恒定律得:()2122mg h R mv -=, 解得:2.5 2.50.4m 1m h R ==⨯=;(2)在C 点,由牛顿第二定律得:2Cv mg mg m R+=,从A 到C 过程,由动能定理得:()21202f C mgh R W mv -+=-, 解得:0.8J f W =-;4.如图甲所示,倾斜的传送带以恒定的速率逆时针运行.在t =0时刻,将质量为1.0 kg 的物块(可视为质点)无初速度地放在传送带的最上端A 点,经过1.0 s ,物块从最下端的B 点离开传送带.取沿传送带向下为速度的正方向,则物块的对地速度随时间变化的图象如图乙所示(g =10 m/s 2),求:(1)物块与传送带间的动摩擦因数;(2)物块从A 到B 的过程中,传送带对物块做的功. 【答案】3-3.75 J 【解析】解:(1)由图象可知,物块在前0.5 s 的加速度为:2111a =8?m/s v t = 后0.5 s 的加速度为:222222?/v v a m s t -== 物块在前0.5 s 受到的滑动摩擦力沿传送带向下,由牛顿第二定律得:1mgsin mgcos ma θμθ+=物块在后0.5 s 受到的滑动摩擦力沿传送带向上,由牛顿第二定律得:2mgsin mgcos ma θμθ-=联立解得:3μ=(2)由v -t 图象面积意义可知,在前0.5 s ,物块对地位移为:1112v t x =则摩擦力对物块做功:11·W mgcos x μθ= 在后0.5 s ,物块对地位移为:12122v v x t +=则摩擦力对物块做功22·W mgcos x μθ=- 所以传送带对物块做的总功:12W W W =+ 联立解得:W =-3.75 J5.在某电视台举办的冲关游戏中,AB 是处于竖直平面内的光滑圆弧轨道,半径R=1.6m ,BC 是长度为L 1=3m 的水平传送带,CD 是长度为L 2=3.6m 水平粗糙轨道,AB 、CD 轨道与传送带平滑连接,参赛者抱紧滑板从A 处由静止下滑,参赛者和滑板可视为质点,参赛者质量m=60kg ,滑板质量可忽略.已知滑板与传送带、水平轨道的动摩擦因数分别为μ1=0.4、μ2=0.5,g 取10m/s 2.求:(1)参赛者运动到圆弧轨道B 处对轨道的压力;(2)若参赛者恰好能运动至D 点,求传送带运转速率及方向; (3)在第(2)问中,传送带由于传送参赛者多消耗的电能.【答案】(1)1200N ,方向竖直向下(2)顺时针运转,v=6m/s (3)720J 【解析】(1) 对参赛者:A 到B 过程,由动能定理 mgR(1-cos 60°)=12m 2B v 解得v B =4m /s在B 处,由牛顿第二定律N B -mg =m 2Bv R解得N B =2mg =1 200N根据牛顿第三定律:参赛者对轨道的压力 N′B =N B =1 200N ,方向竖直向下. (2) C 到D 过程,由动能定理-μ2mgL 2=0-12m 2C v 解得v C =6m /sB 到C 过程,由牛顿第二定律μ1mg =ma 解得a =4m /s 2(2分) 参赛者加速至v C 历时t =C Bv v a-=0.5s 位移x 1=2B Cv v +t =2.5m <L 1 参赛者从B 到C 先匀加速后匀速,传送带顺时针运转,速率v =6m /s . (3) 0.5s 内传送带位移x 2=vt =3m参赛者与传送带的相对位移Δx =x 2-x 1=0.5m 传送带由于传送参赛者多消耗的电能 E =μ1mg Δx +12m 2C v -12m 2B v =720J .6.如图所示,小物体沿光滑弧形轨道从高为h 处由静止下滑,它在水平粗糙轨道上滑行的最远距离为s ,重力加速度用g 表示,小物体可视为质点,求:(1)求小物体刚刚滑到弧形轨道底端时的速度大小v ; (2)水平轨道与物体间的动摩擦因数均为μ。
高考物理动能定理的综合应用题20套(带答案)及解析一、高中物理精讲专题测试动能定理的综合应用1.北京老山自行车赛场采用的是250m 椭圆赛道,赛道宽度为7.6m 。
赛道形如马鞍形,由直线段、过渡曲线段以及圆弧段组成,圆弧段倾角为45°(可以认为赛道直线段是水平的,圆弧段中线与直线段处于同一高度)。
比赛用车采用最新材料制成,质量为9kg 。
已知直线段赛道每条长80m ,圆弧段内侧半径为14.4m ,运动员质量为61kg 。
求: (1)运动员在圆弧段内侧以12m/s 的速度骑行时,运动员和自行车整体的向心力为多大;(2)运动员在圆弧段内侧骑行时,若自行车所受的侧向摩擦力恰为零,则自行车对赛道的压力多大;(3)若运动员从直线段的中点出发,以恒定的动力92N 向前骑行,并恰好以12m/s 的速度进入圆弧段内侧赛道,求此过程中运动员和自行车克服阻力做的功。
(只在赛道直线段给自行车施加动力)。
【答案】(1)700N;(2)2;(3)521J 【解析】 【分析】 【详解】(1)运动员和自行车整体的向心力F n =2(m)M v R+解得F n =700N(2)自行车所受支持力为()cos45NM m g F +=︒解得F N 2N根据牛顿第三定律可知F 压=F N 2N(3)从出发点到进入内侧赛道运用动能定理可得W F -W f 克+mgh =212mv W F =2FL h =1cos 452d o =1.9m W f 克=521J2.一辆汽车发动机的额定功率P =200kW ,若其总质量为m =103kg ,在水平路面上行驶时,汽车以加速度a 1=5m/s 2从静止开始匀加速运动能够持续的最大时间为t 1=4s ,然后保持恒定的功率继续加速t 2=14s 达到最大速度。
设汽车行驶过程中受到的阻力恒定,取g =10m/s 2.求:(1)汽车所能达到的最大速度;(2)汽车从启动至到达最大速度的过程中运动的位移。
物理动能定理的综合应用题20套(带答案)一、高中物理精讲专题测试动能定理的综合应用1.为了备战2022年北京冬奥会,一名滑雪运动员在倾角θ=30°的山坡滑道上进行训练,运动员及装备的总质量m=70 kg.滑道与水平地面平滑连接,如图所示.他从滑道上由静止开始匀加速下滑,经过t=5s到达坡底,滑下的路程 x=50 m.滑雪运动员到达坡底后又在水平面上滑行了一段距离后静止.运动员视为质点,重力加速度g=10m/s2,求:(1)滑雪运动员沿山坡下滑时的加速度大小a;(2)滑雪运动员沿山坡下滑过程中受到的阻力大小f;(3)滑雪运动员在全过程中克服阻力做的功W f.【答案】(1)4m/s2(2)f = 70N (3)1.75×104J【解析】【分析】(1)运动员沿山坡下滑时做初速度为零的匀加速直线运动,已知时间和位移,根据匀变速直线运动的位移时间公式求出下滑的加速度.(2)对运动员进行受力分析,根据牛顿第二定律求出下滑过程中受到的阻力大小.(3)对全过程,根据动能定理求滑雪运动员克服阻力做的功.【详解】(1)根据匀变速直线运动规律得:x=1at22解得:a=4m/s2(2)运动员受力如图,根据牛顿第二定律得:mgsinθ-f=ma解得:f=70N(3)全程应用动能定理,得:mgxsinθ-W f =0解得:W f =1.75×104J【点睛】解决本题的关键要掌握两种求功的方法,对于恒力可运用功的计算公式求.对于变力可根据动能定理求功.2.为了研究过山车的原理,某物理小组提出了下列设想:取一个与水平方向夹角为θ=60°、长为L 1=23m 的倾斜轨道AB ,通过微小圆弧与长为L 2=32m 的水平轨道BC 相连,然后在C 处设计一个竖直完整的光滑圆轨道,出口为水平轨道上D 处,如图所示.现将一个小球从距A 点高为h =0.9m 的水平台面上以一定的初速度v 0水平弹出,到A 点时小球的速度方向恰沿AB 方向,并沿倾斜轨道滑下.已知小球与AB 和BC 间的动摩擦因数均为μ=33,g 取10m/s 2.(1)求小球初速度v 0的大小; (2)求小球滑过C 点时的速率v C ;(3)要使小球不离开轨道,则竖直圆弧轨道的半径R 应该满足什么条件? 【答案】(16m/s (2)6m/s (3)0<R ≤1.08m 【解析】试题分析:(1)小球开始时做平抛运动:v y 2=2gh代入数据解得:22100.932/y v gh m s =⨯⨯==A 点:60y x v tan v ︒=得:032/6/603yx v v v s m s tan ==︒== (2)从水平抛出到C 点的过程中,由动能定理得:()2211201122C mg h L sin mgL cos mgL mv mv θμθμ+---=代入数据解得:36/C v m s =(3)小球刚刚过最高点时,重力提供向心力,则:21mv mg R =22111 222C mv mgR mv += 代入数据解得R 1=1.08 m当小球刚能到达与圆心等高时2212C mv mgR = 代入数据解得R 2=2.7 m当圆轨道与AB 相切时R 3=BC•tan 60°=1.5 m 即圆轨道的半径不能超过1.5 m综上所述,要使小球不离开轨道,R 应该满足的条件是 0<R≤1.08 m . 考点:平抛运动;动能定理3.如图所示,AB是竖直面内的四分之一圆弧形光滑轨道,下端B点与水平直轨道相切.一个小物块自A点由静止开始沿轨道下滑,已知轨道半径为R=0.2m,小物块的质量为m=0.1kg,小物块与水平面间的动摩擦因数μ=0.5,g取10m/s2.求:(1)小物块在B点时受到的圆弧轨道的支持力大小;(2)小物块在水平面上滑动的最大距离.【答案】(1)3N (2)0.4m【解析】(1)由机械能守恒定律,得在B点联立以上两式得F N=3mg=3×0.1×10N=3N.(2)设小物块在水平面上滑动的最大距离为l,对小物块运动的整个过程由动能定理得mgR-μmgl=0,代入数据得【点睛】解决本题的关键知道只有重力做功,机械能守恒,掌握运用机械能守恒定律以及动能定理进行解题.4.某滑沙场的示意图如图所示,某旅游者乘滑沙橇从A点由静止开始滑下,最后停在水平沙面上的C点.设滑沙橇和沙面间的动摩擦因数处处相同,斜面和水平面连接处可认为是圆滑的,滑沙者保持一定姿势坐在滑沙橇上不动,若测得AC间水平距离为x,A点高为h,求滑沙橇与沙面间的动摩擦因数μ.【答案】h/x【解析】【分析】对A到C的全过程运用动能定理,抓住动能的变化量为零,结合动能定理求出滑沙橇与沙面间的动摩擦因数.【详解】设斜面的倾角为θ,对全过程运用动能定理得,因为,则有,解得.【点睛】本题考查了动能定理的基本运用,运用动能定理解题关键选择好研究的过程,分析过程中有哪些力做功,再结合动能定理进行求解,本题也可以结合动力学知识进行求解.5.如图所示,倾斜轨道AB 的倾角为37°,CD 、EF 轨道水平,AB 与CD 通过光滑圆弧管道BC 连接,CD 右端与竖直光滑圆周轨道相连.小球可以从D 进入该轨道,沿轨道内侧运动,从E 滑出该轨道进入EF 水平轨道.小球由静止从A 点释放,已知AB 长为5R ,CD 长为R ,重力加速度为g ,小球与斜轨AB 及水平轨道CD 、EF 的动摩擦因数均为0.5,sin37°=0.6,cos37°=0.8,圆弧管道BC 入口B 与出口C 的高度差为l.8R .求:(在运算中,根号中的数值无需算出)(1)小球滑到斜面底端C 时速度的大小. (2)小球刚到C 时对轨道的作用力.(3)要使小球在运动过程中不脱离轨道,竖直圆周轨道的半径R /应该满足什么条件? 【答案】(1285gR(2)6.6mg ,竖直向下(3)0.92R R '≤ 【解析】试题分析:(1)设小球到达C 点时速度为v ,a 球从A 运动至C 过程,由动能定理有0021(5sin 37 1.8)cos3752c mg R R mg R mv μ+-⋅=(2分) 可得 5.6c v gR 1分)(2)小球沿BC 轨道做圆周运动,设在C 点时轨道对球的作用力为N ,由牛顿第二定律2c v N mg m r-=, (2分) 其中r 满足 r+r·sin530=1.8R (1分) 联立上式可得:N=6.6mg (1分)由牛顿第三定律可得,球对轨道的作用力为6.6mg ,方向竖直向下. (1分) (3)要使小球不脱离轨道,有两种情况:情况一:小球能滑过圆周轨道最高点,进入EF 轨道.则小球b 在最高点P 应满足2P v m mg R '≥(1分) 小球从C 直到P 点过程,由动能定理,有2211222P c mgR mg R mv mv μ--'⋅=-(1分) 可得230.9225R R R ='≤(1分) 情况二:小球上滑至四分之一圆轨道的Q 点时,速度减为零,然后滑回D .则由动能定理有2102c mgR mg R mv μ--⋅='-(1分)2.3R R '≥(1分)若 2.5R R '=,由上面分析可知,小球必定滑回D ,设其能向左滑过DC 轨道,并沿CB 运动到达B 点,在B 点的速度为v B ,,则由能量守恒定律有22111.8222c B mv mv mg R mgR μ=+⋅+(1分) 由⑤⑨式,可得0B v =(1分)故知,小球不能滑回倾斜轨道AB ,小球将在两圆轨道之间做往返运动,小球将停在CD 轨道上的某处.设小球在CD 轨道上运动的总路程为S ,则由能量守恒定律,有212c mv mgS μ=(1分) 由⑤⑩两式,可得 S=5.6R (1分)所以知,b 球将停在D 点左侧,距D 点0.6R 处. (1分)考点:本题考查圆周运动、动能定理的应用,意在考查学生的综合能力.6.如图所示,质量m =2.0×10-4 kg 、电荷量q =1.0×10-6 C 的带正电微粒静止在空间范围足够大的电场强度为E1的匀强电场中.取g =10 m/s 2. (1)求匀强电场的电场强度 E1的大小和方向;(2)在t =0时刻,匀强电场强度大小突然变为E2=4.0×103N/C ,且方向不变.求在t =0.20 s 时间内电场力做的功;(3)在t =0.20 s 时刻突然撤掉第(2)问中的电场,求带电微粒回到出发点时的动能.【答案】(1)2.0×103N/C ,方向向上 (2)8.0×10-4J (3)8.0×10-4J 【解析】 【详解】(1)设电场强度为E ,则:Eq mg =,代入数据解得:4362.01010/ 2.010/1010mg E N C N C q --⨯⨯===⨯⨯,方向向上 (2)在0t =时刻,电场强度突然变化为:32 4.010/E N C =⨯,设微粒的加速度为a ,在0.20t s =时间内上升高度为h ,电场力做功为W ,则:21qE mg ma -=解得:2110/a m s =根据:2112h a t =,解得:0.20=h m 电场力做功:428.010J W qE h -==⨯(3)设在0.20t s =时刻突然撤掉电场时粒子的速度大小为v ,回到出发点时的动能为k E ,则:v at =,212k E mgh mv =+解得:48.010J k E -=⨯7.如图所示,ABC 是一条长L =10m 的绝缘水平轨道,固定在离水平地面高h =1.25m 处,A 、C 为端点,B 为中点,轨道BC 处在方向竖直向上,大小E =5×105N/C 的匀强电场中,一质量m =0.5kg ,电荷量q =+1.0×10-5C 的可视为质点的滑块以初速度v 0=6m/s 在轨道上自A 点开始向右运动,经B 点进入电场,从C 点离开电场,已知滑块与轨道间动摩擦因数μ=0.2,g 取10m/s 2。
物理动能与动能定理题20套(带答案)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,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.某小型设备工厂采用如图所示的传送带传送工件。
【物理】物理动能与动能定理题20套(带答案)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。
高考物理动能定理的综合应用题20套(带答案)含解析一、高中物理精讲专题测试动能定理的综合应用1.如图所示,半径2R m =的四分之一粗糙圆弧轨道AB 置于竖直平面内,轨道的B 端切线水平,且距水平地面高度为h =1.25m ,现将一质量m =0.2kg 的小滑块从A 点由静止释放,滑块沿圆弧轨道运动至B 点以5/v m s =的速度水平飞出(g 取210/m s ).求:(1)小滑块沿圆弧轨道运动过程中所受摩擦力做的功; (2)小滑块经过B 点时对圆轨道的压力大小; (3)小滑块着地时的速度大小.【答案】(1) 1.5f W J = (2) 4.5N F N = (3)152/v m s = 【解析】 【分析】 【详解】(1)滑块在圆弧轨道受重力、支持力和摩擦力作用,由动能定理mgR -W f =12mv 2W f =1.5J(2)由牛顿第二定律可知:2N v F mg m R-=解得:4.5N F N =(3)小球离开圆弧后做平抛运动根据动能定理可知:22111m m 22mgh v v =-解得:152m/s v =2.如图所示,竖直平面内的轨道由直轨道AB 和圆弧轨道BC 组成,直轨道AB 和圆弧轨道BC 平滑连接,小球从斜面上A 点由静止开始滑下,滑到斜面底端后又滑上一个半径为=0.4m R 的圆轨道;(1)若接触面均光滑,小球刚好能滑到圆轨道的最高点C ,求斜面高h ;(2)若已知小球质量m =0.1kg ,斜面高h =2m ,小球运动到C 点时对轨道压力为mg ,求全过程中摩擦阻力做的功.【答案】(1)1m ;(2) -0.8J ; 【解析】 【详解】(1)小球刚好到达C 点,重力提供向心力,由牛顿第二定律得:2v mg m R=从A 到C 过程机械能守恒,由机械能守恒定律得:()2122mg h R mv -=, 解得:2.5 2.50.4m 1m h R ==⨯=;(2)在C 点,由牛顿第二定律得:2Cv mg mg m R+=,从A 到C 过程,由动能定理得:()21202f C mgh R W mv -+=-, 解得:0.8J f W =-;3.某电视娱乐节目装置可简化为如图所示模型.倾角θ=37°的斜面底端与水平传送带平滑接触,传送带BC 长L =6m ,始终以v 0=6m/s 的速度顺时针运动.将一个质量m =1kg 的物块由距斜面底端高度h 1=5.4m 的A 点静止滑下,物块通过B 点时速度的大小不变.物块与斜面、物块与传送带间动摩擦因数分别为μ1=0.5、μ2=0.2,传送带上表面距地面的高度H =5m ,g 取10m/s 2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.⑴求物块由A点运动到C点的时间;⑵若把物块从距斜面底端高度h2=2.4m处静止释放,求物块落地点到C点的水平距离;⑶求物块距斜面底端高度满足什么条件时,将物块静止释放均落到地面上的同一点D.【答案】⑴4s;⑵6m;⑶1.8m≤h≤9.0m【解析】试题分析:(1)A到B过程:根据牛顿第二定律mgsinθ﹣μ1mgcosθ=ma1,代入数据解得,t 1=3s.所以滑到B点的速度:v B=a1t1=2×3m/s=6m/s,物块在传送带上匀速运动到C,所以物块由A到C的时间:t=t1+t2=3s+1s=4s(2)斜面上由根据动能定理.解得v=4m/s<6m/s,设物块在传送带先做匀加速运动达v0,运动位移为x,则:,,x=5m<6m所以物体先做匀加速直线运动后和皮带一起匀速运动,离开C点做平抛运动s=v 0t0,H=解得 s=6m.(3)因物块每次均抛到同一点D,由平抛知识知:物块到达C点时速度必须有v C=v0①当离传送带高度为h3时物块进入传送带后一直匀加速运动,则:,解得h3=1.8m②当离传送带高度为h4时物块进入传送带后一直匀减速运动,h4=9.0m所以当离传送带高度在1.8m~9.0m的范围内均能满足要求即1.8m≤h≤9.0m4.如图所示,半径为R的圆管BCD竖直放置,一可视为质点的质量为m的小球以某一初速度从A点水平抛出,恰好从B点沿切线方向进入圆管,到达圆管最高点D后水平射出.已知小球在D点对管下壁压力大小为12mg,且A、D两点在同一水平线上,BC弧对应的圆心角θ=60°,不计空气阻力.求:(1)小球在A 点初速度的大小; (2)小球在D 点角速度的大小;(3)小球在圆管内运动过程中克服阻力做的功.【答案】(3)14mgR【解析】 【分析】(1)根据几何关系求出平抛运动下降的高度,从而求出竖直方向上的分速度,根据运动的合成和分解求出初速度的大小.(2)根据向心力公式求出小球在D 点的速度,从而求解小球在D 点角速度. (3)对A 到D 全程运用动能定理,求出小球在圆管中运动时克服阻力做的功. 【详解】(1)小球从A 到B ,竖直方向: v y 2=2gR(1+cos 60°)解得v y在B 点:v 0=60y v tan(2)在D 点,由向心力公式得mg-12mg =2Dmv R解得v Dω=D v R (3)从A 到D 全过程由动能定理:-W 克=12mv D 2-12mv 02 解得W 克=14mgR. 【点睛】本题综合考查了平抛运动和圆周运动的基础知识,难度不大,关键搞清平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律,以及圆周运动向心力的来源.5.如图,图象所反映的物理情景是:物体以大小不变的初速度v 0沿木板滑动,若木板倾角θ不同,物体沿木板上滑的距离S 也不同,便可得出图示的S -θ图象.问: (1)物体初速度v 0的大小.(2)木板是否粗糙?若粗糙,则动摩擦因数μ为多少? (3)物体运动中有否最大加速度以及它发生在什么地方?【答案】(1)017.3m /s v = (2)0.75μ= (3)最大加速度点坐标()53,12m sθ︒'==【解析】 【分析】 【详解】(1)当θ=90º时,物体做竖直上抛运动,根据速度位移公式可知:01210317.3m /s v gs ===(2)当θ=0º时,根据动能定理得,201mg 2s mv μ=,解得:203000.75221020v gs μ===⨯⨯(3)加速度cos sin 3cos sin cos sin 4mg mg a g g g mμθθμθθθθ+⎛⎫==+=+ ⎪⎝⎭得到,当θ=53º时,α有极大值2m 12.5m /s a = ,由动能定理得,20102mv mas '-= ,所以12m s '= 所以最大加速度点坐标()53,12m s θ︒'==6.质量为2kg 的物体,在竖直平面内高h = 1m 的光滑弧形轨道A 点,以v =4m/s 的初速度沿轨道滑下,并进入BC 轨道,如图所示。
高中物理动能与动能定理题20套(带答案)一、高中物理精讲专题测试动能与动能定理1.如图所示,水平地面上一木板质量M =1 kg ,长度L =3.5 m ,木板右侧有一竖直固定的四分之一光滑圆弧轨道,轨道半径R =1 m ,最低点P 的切线与木板上表面相平.质量m =2 kg 的小滑块位于木板的左端,与木板一起向右滑动,并以0v 39m /s 的速度与圆弧轨道相碰,木板碰到轨道后立即停止,滑块沿木板冲上圆弧轨道,后又返回到木板上,最终滑离木板.已知滑块与木板上表面间的动摩擦因数μ1=0.2,木板与地面间的动摩擦因数μ2=0.1,g 取10 m/s 2.求: (1)滑块对P 点压力的大小;(2)滑块返回木板上时,木板的加速度大小; (3)滑块从返回木板到滑离木板所用的时间.【答案】(1)70 N (2)1 m/s 2 (3)1 s 【解析】 【分析】 【详解】(1)滑块在木板上滑动过程由动能定理得:-μ1mgL =12mv 2-1220mv 解得:v =5 m/s在P 点由牛顿第二定律得:F -mg =m 2v r解得:F =70 N由牛顿第三定律,滑块对P 点的压力大小是70 N (2)滑块对木板的摩擦力F f 1=μ1mg =4 N 地面对木板的摩擦力 F f 2=μ2(M +m )g =3 N对木板由牛顿第二定律得:F f 1-F f 2=Ma a =12f f F F M-=1 m/s 2(3)滑块滑上圆弧轨道运动的过程机械能守恒,故滑块再次滑上木板的速度等于v =5 m/s 对滑块有:(x +L )=vt -12μ1gt 2 对木板有:x =12at 2解得:t =1 s 或t =73s(不合题意,舍去) 故本题答案是: (1)70 N (2)1 m/s 2 (3)1 s 【点睛】分析受力找到运动状态,结合运动学公式求解即可.2.如图所示,粗糙水平地面与半径为R =0.4m 的粗糙半圆轨道BCD 相连接,且在同一竖直平面内,O 是BCD 的圆心,BOD 在同一竖直线上.质量为m =1kg 的小物块在水平恒力F =15N 的作用下,从A 点由静止开始做匀加速直线运动,当小物块运动到B 点时撤去F ,小物块沿半圆轨道运动恰好能通过D 点,已知A 、B 间的距离为3m ,小物块与地面间的动摩擦因数为0.5,重力加速度g 取10m/s 2.求: (1)小物块运动到B 点时对圆轨道B 点的压力大小. (2)小物块离开D 点后落到地面上的点与D 点之间的距离【答案】(1)160N (2)2 【解析】 【详解】(1)小物块在水平面上从A 运动到B 过程中,根据动能定理,有: (F -μmg )x AB =12mv B 2-0 在B 点,以物块为研究对象,根据牛顿第二定律得:2Bv N mg m R-=联立解得小物块运动到B 点时轨道对物块的支持力为:N =160N由牛顿第三定律可得,小物块运动到B 点时对圆轨道B 点的压力大小为:N ′=N =160N (2)因为小物块恰能通过D 点,所以在D 点小物块所受的重力等于向心力,即:2Dv mg m R=可得:v D =2m/s设小物块落地点距B 点之间的距离为x ,下落时间为t ,根据平抛运动的规律有: x =v D t ,2R =12gt 2解得:x =0.8m则小物块离开D 点后落到地面上的点与D 点之间的距离20.82m l x ==3.如图所示,斜面高为h ,水平面上D 、C 两点距离为L 。
高考物理动能定理的综合应用题20套(带答案)一、高中物理精讲专题测试动能定理的综合应用1.由相同材料的细杆搭成的轨道如图所示,其中细杆AB 、BC 、CD 、DE 、EF ……长均为 1.5m L =,细杆OA 和其他细杆与水平面的夹角都为()37sin370.6,cos370.8β︒︒︒===,一个可看成质点的小环套在细杆OA 上从图中离轨道最低点的竖直高度 1.32m h =处由静止释放,小环与细杆的动摩擦因数都为0.2μ=,最大静摩擦力等于相同压力下的滑动摩擦力,在两细杆交接处都用短小曲杆相连,不计动能损失,使小环能顺利地经过,重力加速度g 取210m /s ,求: (1)小环在细杆OA 上运动的时间t ; (2)小环运动的总路程s ; (3)小环最终停止的位置。
【答案】(1)1s ;(2)8.25m ;(3)最终停在A 点 【解析】 【分析】 【详解】(1)因为sin cos mg mg βμβ>,故小环不能静止在细杆上,小环下滑的加速度为2sin cos 4.4m/s mg mg a mβμβ-==设物体与A 点之间的距离为0L ,由几何关系可得0 2.2m sin37hL ︒== 设物体从静止运动到A 所用的时间为t ,由2012L at =,得 1s t =(2)从物体开始运动到最终停下的过程中,设总路程为s ,由动能定理得cos3700mgh mgs μ︒=--代入数据解得s =8.25m(3)假设物体能依次到达B 点、D 点,由动能定理有201(sin37)cos37()2B mg h L mg L L mv μ︒︒+=-- 解得20B v <说明小环到不了B 点,最终停在A 点处2.如图所示,竖直平面内的轨道由直轨道AB 和圆弧轨道BC 组成,直轨道AB 和圆弧轨道BC 平滑连接,小球从斜面上A 点由静止开始滑下,滑到斜面底端后又滑上一个半径为=0.4m R 的圆轨道;(1)若接触面均光滑,小球刚好能滑到圆轨道的最高点C ,求斜面高h ;(2)若已知小球质量m =0.1kg ,斜面高h =2m ,小球运动到C 点时对轨道压力为mg ,求全过程中摩擦阻力做的功.【答案】(1)1m ;(2) -0.8J ; 【解析】 【详解】(1)小球刚好到达C 点,重力提供向心力,由牛顿第二定律得:2v mg m R=从A 到C 过程机械能守恒,由机械能守恒定律得:()2122mg h R mv -=, 解得:2.5 2.50.4m 1m h R ==⨯=;(2)在C 点,由牛顿第二定律得:2Cv mg mg m R+=,从A 到C 过程,由动能定理得:()21202f C mgh R W mv -+=-, 解得:0.8J f W =-;3.一个平板小车置于光滑水平面上,其右端恰好和一个光滑圆弧轨道AB 的底端等高对接,如图所示.已知小车质量M=3.0kg ,长L=2.06m ,圆弧轨道半径R=0.8m .现将一质量m=1.0kg 的小滑块,由轨道顶端A 点无初速释放,滑块滑到B 端后冲上小车.滑块与小车上表面间的动摩擦因数.(取g=10m/s 2)试求:(1)滑块到达B端时,轨道对它支持力的大小;(2)小车运动1.5s时,车右端距轨道B端的距离;(3)滑块与车面间由于摩擦而产生的内能.【答案】(1)30 N(2)1 m(3)6 J【解析】(1)滑块从A端下滑到B端,由动能定理得(1分)在B点由牛顿第二定律得(2分)解得轨道对滑块的支持力N (1分)(2)滑块滑上小车后,由牛顿第二定律对滑块:,得m/s2 (1分)对小车:,得m/s2 (1分)设经时间t后两者达到共同速度,则有(1分)解得s (1分)由于s<1.5s,故1s后小车和滑块一起匀速运动,速度v="1" m/s (1分)因此,1.5s时小车右端距轨道B端的距离为m (1分)(3)滑块相对小车滑动的距离为m (2分)所以产生的内能J (1分)4.如图,I、II为极限运动中的两部分赛道,其中I的AB部分为竖直平面内半径为R的1 4光滑圆弧赛道,最低点B的切线水平; II上CD为倾角为30°的斜面,最低点C处于B点的正下方,B、C两点距离也等于R.质量为m的极限运动员(可视为质点)从AB上P点处由静止开始滑下,恰好垂直CD落到斜面上.求:(1) 极限运动员落到CD上的位置与C的距离;(2)极限运动员通过B点时对圆弧轨道的压力;(3)P点与B点的高度差.【答案】(1)45R (2)75mg ,竖直向下(3)15R【解析】 【详解】(1)设极限运动员在B 点的速度为v 0,落在CD 上的位置与C 的距离为x ,速度大小为v ,在空中运动的时间为t ,则xcos300=v 0t R-xsin300=12gt 2 0tan 30v gt = 解得x=0.8R(2)由(1)可得:025v gR =通过B 点时轨道对极限运动员的支持力大小为F N20N v F mg m R-=极限运动员对轨道的压力大小为F N ′,则F N ′=F N , 解得'75N F mg =,方向竖直向下; (3) P 点与B 点的高度差为h,则mgh=12mv 02 解得h=R/55.某滑沙场的示意图如图所示,某旅游者乘滑沙橇从A 点由静止开始滑下,最后停在水平沙面上的C 点.设滑沙橇和沙面间的动摩擦因数处处相同,斜面和水平面连接处可认为是圆滑的,滑沙者保持一定姿势坐在滑沙橇上不动,若测得AC 间水平距离为x ,A 点高为h ,求滑沙橇与沙面间的动摩擦因数μ.【答案】h/x 【解析】 【分析】对A 到C 的全过程运用动能定理,抓住动能的变化量为零,结合动能定理求出滑沙橇与沙面间的动摩擦因数. 【详解】设斜面的倾角为θ,对全过程运用动能定理得,因为,则有,解得.【点睛】本题考查了动能定理的基本运用,运用动能定理解题关键选择好研究的过程,分析过程中有哪些力做功,再结合动能定理进行求解,本题也可以结合动力学知识进行求解.6.如图所示,半径为R 的圆管BCD 竖直放置,一可视为质点的质量为m 的小球以某一初速度从A 点水平抛出,恰好从B 点沿切线方向进入圆管,到达圆管最高点D 后水平射出.已知小球在D 点对管下壁压力大小为12mg ,且A 、D 两点在同一水平线上,BC 弧对应的圆心角θ=60°,不计空气阻力.求:(1)小球在A 点初速度的大小; (2)小球在D 点角速度的大小;(3)小球在圆管内运动过程中克服阻力做的功. 【答案】gR 2gR(3)14mgR【解析】 【分析】(1)根据几何关系求出平抛运动下降的高度,从而求出竖直方向上的分速度,根据运动的合成和分解求出初速度的大小.(2)根据向心力公式求出小球在D 点的速度,从而求解小球在D 点角速度. (3)对A 到D 全程运用动能定理,求出小球在圆管中运动时克服阻力做的功. 【详解】(1)小球从A 到B ,竖直方向: v y 2=2gR(1+cos 60°) 解得v y 3gR 在B 点:v 0=60y v tan gR(2)在D 点,由向心力公式得mg-12mg =2Dmv R解得v D 2gRω=D v R 2gR(3)从A 到D 全过程由动能定理:-W 克=12mv D 2-12mv 02 解得W 克=14mgR. 【点睛】本题综合考查了平抛运动和圆周运动的基础知识,难度不大,关键搞清平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律,以及圆周运动向心力的来源.7.在真空环境内探测微粒在重力场中能量的简化装置如图所示,P 是一个微粒源,能持续水平向右发射质量相同、初速度不同的微粒.高度为h 的探测屏AB 竖直放置,离P 点的水平距离为L ,上端A 与P 点的高度差也为h .(1)若微粒打在探测屏AB 的中点,求微粒在空中飞行的时间; (2)求能被屏探测到的微粒的初速度范围;(3)若打在探测屏A 、B 两点的微粒的动能相等,求L 与h 的关系. 【答案】3h g 42g g v h h≤≤22h 【解析】 【分析】 【详解】(1)若微粒打在探测屏AB 的中点,则有:32h =12gt 2, 解得:3h t g=(2)设打在B 点的微粒的初速度为V1,则有:L=V 1t 1,2h=12gt 12 得:14g v h=同理,打在A 点的微粒初速度为:22g v h= 所以微粒的初速度范围为:4g h ≤v≤2g h(3)打在A 和B 两点的动能一样,则有:12mv 22+mgh=12mv 12+2mgh 联立解得:L=22h8.如图所示,摩托车做特技表演时,以v 0=10m /s 的速度从地面冲上高台,t =5s 后以同样大小的速度从高台水平飞出.人和车的总质量m =1.8×102kg ,台高h =5.0m .摩托车冲上高台过程中功率恒定为P =2kW ,不计空气阻力,取g =10m /s 2.求:(1) 人和摩托车从高台飞出时的动能E k ; (2) 摩托车落地点到高台的水平距离s ; (3) 摩托车冲上高台过程中克服阻力所做的功W f . 【答案】(1)9×103J (2)10m (3)1×103J 【解析】 【分析】 【详解】试题分析:根据动能表达式列式求解即可;人和摩托车从高台飞出做平抛运动,根据平抛的运动规律即可求出平抛的水平距离;根据动能定理即可求解克服阻力所做的功. (1)由题知,抛出时动能:230019102k E mv J ==⨯ (2)根据平抛运动规律,在竖直方向有:212h gt = 解得:t=1s则水平距离010s v t m ==(3)摩托车冲上高台过程中,由动能定理得:0f Pt mgh W --= 解得:3110f W J =⨯ 【点睛】本题考查了动能定理和平抛运动的综合,知道平抛运动水平方向和竖直方向上的运动规律,以及能够熟练运用动能定理.9.如图所示,在光滑的水平地面上有一平板小车质量为M =2kg ,靠在一起的滑块甲和乙质量均为m =1kg ,三者处于静止状态。
【物理】物理动能定理的综合应用题20套(带答案)一、高中物理精讲专题测试动能定理的综合应用1.北京老山自行车赛场采用的是250m 椭圆赛道,赛道宽度为7.6m 。
赛道形如马鞍形,由直线段、过渡曲线段以及圆弧段组成,圆弧段倾角为45°(可以认为赛道直线段是水平的,圆弧段中线与直线段处于同一高度)。
比赛用车采用最新材料制成,质量为9kg 。
已知直线段赛道每条长80m ,圆弧段内侧半径为14.4m ,运动员质量为61kg 。
求: (1)运动员在圆弧段内侧以12m/s 的速度骑行时,运动员和自行车整体的向心力为多大;(2)运动员在圆弧段内侧骑行时,若自行车所受的侧向摩擦力恰为零,则自行车对赛道的压力多大;(3)若运动员从直线段的中点出发,以恒定的动力92N 向前骑行,并恰好以12m/s 的速度进入圆弧段内侧赛道,求此过程中运动员和自行车克服阻力做的功。
(只在赛道直线段给自行车施加动力)。
【答案】(1)700N;(2)2;(3)521J 【解析】 【分析】 【详解】(1)运动员和自行车整体的向心力F n =2(m)M v R+解得F n =700N(2)自行车所受支持力为()cos45NM m g F +=︒解得F N 2N根据牛顿第三定律可知F 压=F N 2N(3)从出发点到进入内侧赛道运用动能定理可得W F -W f 克+mgh =212mv W F =2FL h =1cos 452d o =1.9m W f 克=521J2.在某电视台举办的冲关游戏中,AB 是处于竖直平面内的光滑圆弧轨道,半径R=1.6m ,BC 是长度为L 1=3m 的水平传送带,CD 是长度为L 2=3.6m 水平粗糙轨道,AB 、CD 轨道与传送带平滑连接,参赛者抱紧滑板从A 处由静止下滑,参赛者和滑板可视为质点,参赛者质量m=60kg ,滑板质量可忽略.已知滑板与传送带、水平轨道的动摩擦因数分别为μ1=0.4、μ2=0.5,g 取10m/s 2.求:(1)参赛者运动到圆弧轨道B 处对轨道的压力;(2)若参赛者恰好能运动至D 点,求传送带运转速率及方向; (3)在第(2)问中,传送带由于传送参赛者多消耗的电能.【答案】(1)1200N ,方向竖直向下(2)顺时针运转,v=6m/s (3)720J 【解析】(1) 对参赛者:A 到B 过程,由动能定理 mgR(1-cos 60°)=12m 2B v 解得v B =4m /s在B 处,由牛顿第二定律N B -mg =m 2Bv R解得N B =2mg =1 200N根据牛顿第三定律:参赛者对轨道的压力 N′B =N B =1 200N ,方向竖直向下. (2) C 到D 过程,由动能定理-μ2mgL 2=0-12m 2C v 解得v C =6m /sB 到C 过程,由牛顿第二定律μ1mg =ma解得a =4m /s 2(2分) 参赛者加速至v C 历时t =C Bv v a-=0.5s 位移x 1=2B Cv v +t =2.5m <L 1 参赛者从B 到C 先匀加速后匀速,传送带顺时针运转,速率v =6m /s . (3) 0.5s 内传送带位移x 2=vt =3m 参赛者与传送带的相对位移Δx =x 2-x 1=0.5m 传送带由于传送参赛者多消耗的电能 E =μ1mg Δx +12m 2C v -12m 2B v =720J .3.质量为m =2kg 的小玩具汽车,在t =0时刻速度为v 0=2m/s ,随后以额定功率P =8W 沿平直公路继续前进,经t =4s 达到最大速度。
该小汽车所受恒定阻力是其重力的0.1倍,重力加速度g =10m/s 2。
求: (1)小汽车的最大速度v m ; (2)汽车在4s 内运动的路程s 。
【答案】(1)4 m/s ,(2)10m 。
【解析】 【详解】(1)当达到最大速度时,阻力等于牵引力:m m P Fv fv == 0.1f mg =解得:m 4m/s v =;(2)从开始到t 时刻根据动能定理得:22m 01122Pt fs mv mv -=- 解得:10m s =。
4.如图所示,一质量为m 的滑块从高为h 的光滑圆弧形槽的顶端A 处无初速度地滑下,槽的底端B 与水平传送带相接,传送带的运行速度恒为v 0,两轮轴心间距为L ,滑块滑到传送带上后做匀加速运动,滑到传送带右端C 时,恰好加速到与传送带的速度相同,求:(1)滑块到达底端B 时的速度大小v B ;(2)滑块与传送带间的动摩擦因数μ;(3)此过程中,由于克服摩擦力做功而产生的热量Q.【答案】(1)2gh(2)22 2v ghglμ-=(3)()222m v gh-【解析】试题分析:(1)滑块在由A到B的过程中,由动能定理得:212Bmgh mv-=,解得:2Bghν=;(2)滑块在由B到C的过程中,由动能定理得:μmgL=12mv02−12mv B2,解得,222v ghgLμ-=;(3)产生的热量:Q=μmgL相对,()2200(2)2BghLg相对=νννμ--=(或2(2)ghLν-),解得,21(2)2Q m ghν-=;考点:动能定理【名师点睛】本题考查了求物体速度、动摩擦因数、产生的热量等问题,分析清楚运动过程,熟练应用动能定理即可正确解题.5.如图所示,固定斜面的倾角α=30°,用一沿斜面向上的拉力将质量m=1kg的物块从斜面底端由静止开始拉动,t=2s后撤去该拉力,整个过程中物块上升的最大高度h=2.5m,物块与斜面间的动摩擦因数μ=3.重力加速度g=10m/s2.求:(1)拉力所做的功;(2)拉力的大小.【答案】(1)40JFW= (2)F=10N【解析】【详解】(1)物块从斜面底端到最高点的过程,根据动能定理有:cos 0sin F hW mg mgh μαα-⋅-= 解得拉力所做的功40F W J = (2)F W Fx =由位移公式有212x at = 由牛顿第二定律有cos sin F mg mg ma μαα--=解得拉力的大小F=10N.6.一质量为m =0.1kg 的滑块(可视为质点)从倾角为θ=37°、长为L =6m 的固定租糙斜面顶端由静止释放,滑块运动到斜面底端时的速度大小为v ,所用的时间为t .若让此滑块从斜面底端以速度v 滑上斜面,利滑块在斜面上上滑的时间为12t .已知重力加速度g 取10m/s 2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求: (1)滑块通过斜面端时的速度大小v ;(2)滑块从斜而底端以速度v 滑上斜面又滑到底端时的动能.【答案】(1);(2)1.2J 【解析】 【详解】解:(1)设滑块和斜面间的动摩擦因数为μ,滑块下滑时的加速度大小为1a ,滑块上滑时的加速度大小为2a ,由牛顿第二定律可得 滑块下滑时有1mgsin mgcos ma θμθ-= 滑块上滑时有2mgsin mgcos ma θμθ+= 由题意有122t v a t a == 联立解得μ=0.25则滑块在斜面上下滑时的加速度1a =4m/s 2,滑块上滑时的加速度大小2a =8m/s 2由运动学公式有212v a L =联立解得v =m/s(2)设滑块沿斜面上滑的最大位移为x ,则有222v a x =解得:x =3m则滑块从斜面底端上滑到下滑到斜面底端的过程中,由动能定理有:21cos 22k mg x E mv μθ-⋅=-解得:k E =1.2J7.在真空环境内探测微粒在重力场中能量的简化装置如图所示,P 是一个微粒源,能持续水平向右发射质量相同、初速度不同的微粒.高度为h 的探测屏AB 竖直放置,离P 点的水平距离为L ,上端A 与P 点的高度差也为h .(1)若微粒打在探测屏AB 的中点,求微粒在空中飞行的时间; (2)求能被屏探测到的微粒的初速度范围;(3)若打在探测屏A 、B 两点的微粒的动能相等,求L 与h 的关系. 【答案】3h g 42g g v h h≤≤22h 【解析】 【分析】 【详解】(1)若微粒打在探测屏AB 的中点,则有:32h =12gt 2, 解得:3h t g=(2)设打在B 点的微粒的初速度为V1,则有:L=V 1t 1,2h=12gt 12 得:14g v h=同理,打在A 点的微粒初速度为:22g v h= 所以微粒的初速度范围为:4g h ≤v≤2g h(3)打在A 和B 两点的动能一样,则有:12mv 22+mgh=12mv 12+2mgh 联立解得:2h8.如图,与水平面夹角θ=37°的斜面和半径R =1.0m 的光滑圆轨道相切于B 点,且固定于竖直平面内。
质量m =0.5kg 的滑块从斜面上的A 点由静止释放,经B 点后沿圆轨道运动,通过最高点C 时轨道对滑块的弹力为滑块重力的5.4倍。
已知A 、B 两点间的高度差h =6.0m 。
(g =10m/s 2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)求:(1)滑块在C 点的速度大小v C ; (2)滑块在B 点的速度大小v B ;(3)滑块在A 、B 两点间克服摩擦力做功W f 。
【答案】(1)8m/s (2)10m/s (3)5J 【解析】 【详解】(1)在C 点,由牛顿第二定律:2CC v mg F m R+=其中5.4C F mg =解得v C =8m/s(2)从B 到C 由机械能守恒:2211=(1cos37)22B C mv mv mgR ++o 解得v B =10m/s(3)从A 到B 由动能定理:212f B mgh W mv -=解得W f =5J9.动能定理和动量定理不仅适用于质点在恒力作用下的运动,也适用于质点在变力作用下的运动,这时两个定理表达式中的力均指平均力,但两个定理中的平均力的含义不同,在动量定理中的平均力F 1是指合力对时间的平均值,动能定理中的平均力F 2是合力指对位移的平均值.(1)质量为1.0kg 的物块,受变力作用下由静止开始沿直线运动,在2.0s 的时间内运动了2.5m 的位移,速度达到了2.0m/s .分别应用动量定理和动能定理求出平均力F 1和F 2的值.(2)如图1所示,质量为m 的物块,在外力作用下沿直线运动,速度由v 0变化到v 时,经历的时间为t ,发生的位移为x .分析说明物体的平均速度v 与v 0、v 满足什么条件时,F 1和F 2是相等的.(3)质量为m 的物块,在如图2所示的合力作用下,以某一初速度沿x 轴运动,当由位置x =0运动至x =A 处时,速度恰好为0,此过程中经历的时间为2mt kπ=,求此过程中物块所受合力对时间t 的平均值.【答案】(1)F 1=1.0N ,F 2=0.8N ;(2)当02v v x v t +==时,F 1=F 2;(3)2kA F π=. 【解析】 【详解】解:(1)物块在加速运动过程中,应用动量定理有:1t F t mv =g解得:1 1.0 2.0N 1.0N 2.0t mv F t ⨯=== 物块在加速运动过程中,应用动能定理有:2212t F x mv =g 解得:222 1.0 2.0N 0.8N 22 2.5t mv F x ⨯===⨯(2)物块在运动过程中,应用动量定理有:10Ft mv mv =- 解得:01()m v v F t-=物块在运动过程中,应用动能定理有:22201122F x mv mv =- 解得:2202()2m v v F x-=当12F F =时,由上两式得:02v v x v t +== (3)由图2可求得物块由0x =运动至x A =过程中,外力所做的功为:21122W kA A kA =-=-g设物块的初速度为0v ',由动能定理得:20102W mv '=-解得:0kv A m'= 设在t 时间内物块所受平均力的大小为F ,由动量定理得:00Ft mv -=-'由题已知条件:2m t kπ= 解得:2kAF π=10.如图所示,AB 为半径0.2m R =的光滑14圆形轨道,BC 为倾角45θ=︒的斜面,CD 为水平轨道,B 点的高度5m h =.一质量为0.1kg 的小球从A 点静止开始下滑到B 点时对圆形轨道的压力大小是其重力的3倍,离开B 点后做平抛运动(g 取210m /s )(1)求小球到达B 点时速度的大小;(2)小球离开B 点后能否落到斜面上?如果不能,请说明理由;如果能,请求出它第一次落在斜面上的位置.【答案】(1) 2m/s (2)能落在斜面上,1.13m 【解析】 【详解】(1)从A 到B 的过程由动能定理得:2012mgR mv =,解得:02m /s v =;(2)设小球离开B 点做平抛运动的时间为1t ,落地点到C 点距离为x ,由2112h gt = 得:11s t =,0121m 2m x v t ==⨯=斜面的倾角θ=45°,底边长d =h =5m ;因为d x >,所以小球离开B 点后能落在斜面上.假设小球第一次落在斜面上F 点,BF 长为L ,小球从B 点到F 点的时间为2t ,02cos L v t θ=①,2212sin L gt θ=②, 联立①、②两式得20.4s t =;则021.13m cos v t L θ==. 答:(1)小球到达B 点时速度的大小是2m/s ;(2)小球离开B 点后能落到斜面上,第一次落在斜面上的位置据B 的距离为1.13m .11.如图所示,光滑曲面与粗糙平直轨道平滑相接,B 为连接点,滑块(视为质点)自距水平轨道高为h 的A 点,由静止自由滑下,滑至C 点速度减为零.BC 间距离为L .重力加速度为g ,忽略空气阻力,求:(1)滑块滑至B 点的速度大小; (2)滑块与水平面BC 间的动摩擦因数;(3)若在平直轨道BC 间的D 点平滑接上一半圆弧形光滑竖直轨道(轨道未画出),34DC L =,再从A 点释放滑块,滑块恰好能沿弧形轨道内侧滑至最高点.不考虑滑块滑入半圆弧形光滑轨道时碰撞损失的能量,半圆弧的半径应多大?【答案】(1) 2v gh =h L μ= (3) 310R h =【解析】 【详解】(1)滑块从A 到B ,由动能定理: 212mgh mv =解得滑块经过B 点的速度2v gh = (2)滑块从A 到C ,由全程的动能定理:0mgh fL -=滑动摩擦力:N f F μ=而N F mg =,联立解得:hLμ=. (3)设滑块刚好经过轨道最高点的速度为0v ,轨道半径为R , 滑块刚好经过轨道最高点时,20v mg m R= 滑块从A 到轨道最高点,由能量守恒201-242L mgh mgmg R mv μ=+ 联立解得 310R h =.12.如图所示,质量为2kg 的物体在竖直平面内高h =1m 的光滑弧形轨道A 点,以初速度0v =4m/s 沿轨道下滑,并进入水平轨道BC .BC =1.8m ,物体在BC 段所受到的阻力为8N 。