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)
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高考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,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,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 =osin 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 =3.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 =4.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5.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。
高考物理动能定理的综合应用解题技巧及经典题型及练习题(含答案)含解析一、高中物理精讲专题测试动能定理的综合应用1.某物理小组为了研究过山车的原理提出了下列的设想:取一个与水平方向夹角为θ=53°,长为L 1=7.5m 的倾斜轨道AB ,通过微小圆弧与足够长的光滑水平轨道BC 相连,然后在C 处连接一个竖直的光滑圆轨道.如图所示.高为h =0.8m 光滑的平台上有一根轻质弹簧,一端被固定在左面的墙上,另一端通过一个可视为质点的质量m =1kg 的小球压紧弹簧,现由静止释放小球,小球离开台面时已离开弹簧,到达A 点时速度方向恰沿AB 方向,并沿倾斜轨道滑下.已知小物块与AB 间的动摩擦因数为μ=0.5,g 取10m/s 2,sin53°=0.8.求:(1)弹簧被压缩时的弹性势能; (2)小球到达C 点时速度v C 的大小;(3)小球进入圆轨道后,要使其不脱离轨道,则竖直圆弧轨道的半径R 应该满足什么条件. 【答案】(1)4.5J ;(2)10m/s ;(3)R ≥5m 或0<R ≤2m 。
【解析】 【分析】 【详解】(1)小球离开台面到达A 点的过程做平抛运动,故有02 3m/s tan y v ghv θ=== 小球在平台上运动,只有弹簧弹力做功,故由动能定理可得:弹簧被压缩时的弹性势能为201 4.5J 2p E mv ==; (2)小球在A 处的速度为5m/s cos A v v θ== 小球从A 到C 的运动过程只有重力、摩擦力做功,故由动能定理可得221111sin cos 22C A mgL mgL mv mv θμθ-=- 解得()212sin cos 10m/s C A v v gL θμθ=+-=;(3)小球进入圆轨道后,要使小球不脱离轨道,即小球能通过圆轨道最高点,或小球能在圆轨道上到达的最大高度小于半径;那么对小球能通过最高点时,在最高点应用牛顿第二定律可得21v mg m R≤;对小球从C 到最高点应用机械能守恒可得2211152222C mv mgR mv mgR =+≥ 解得202m 5Cv R g<≤=;对小球能在圆轨道上到达的最大高度小于半径的情况应用机械能守恒可得212C mv mgh mgR =≤ 解得2=5m 2C v R g≥;故小球进入圆轨道后,要使小球不脱离轨道,则竖直圆弧轨道的半径R ≥5m 或0<R ≤2m ;2.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 J3.我国将于2022年举办冬奥会,跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一.如图1-所示,质量m =60 kg 的运动员从长直助滑道AB 的A 处由静止开始以加速度a =3.6 m/s 2匀加速滑下,到达助滑道末端B 时速度v B =24 m/s ,A 与B 的竖直高度差H =48 m .为了改变运动员的运动方向,在助滑道与起跳台之间用一段弯曲滑道衔接,其中最低点C 处附近是一段以O 为圆心的圆弧.助滑道末端B 与滑道最低点C 的高度差h =5 m ,运动员在B 、C 间运动时阻力做功W =-1530 J ,g 取10 m/s 2.(1)求运动员在AB 段下滑时受到阻力F f 的大小;(2)若运动员能够承受的最大压力为其所受重力的6倍,则C 点所在圆弧的半径R 至少应为多大?【答案】(1)144 N (2)12.5 m 【解析】试题分析:(1)运动员在AB 上做初速度为零的匀加速运动,设AB 的长度为x ,斜面的倾角为α,则有 v B 2=2ax根据牛顿第二定律得 mgsinα﹣F f =ma 又 sinα=Hx由以上三式联立解得 F f =144N(2)设运动员到达C 点时的速度为v C ,在由B 到达C 的过程中,由动能定理有 mgh+W=12mv C 2-12mv B 2 设运动员在C 点所受的支持力为F N ,由牛顿第二定律得 F N ﹣mg=m 2Cv R由运动员能承受的最大压力为其所受重力的6倍,即有 F N=6mg 联立解得 R=12.5m考点:牛顿第二定律;动能定理【名师点睛】本题中运动员先做匀加速运动,后做圆周运动,是牛顿第二定律、运动学公式、动能定理和向心力的综合应用,要知道圆周运动向心力的来源,涉及力在空间的效果,可考虑动能定理.4.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v0=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h1=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/s2,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h 3=1.8m②当离传送带高度为h 4时物块进入传送带后一直匀减速运动,h 4=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≤9.0m5.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 -=⨯6.如图所示,一质量为m 的小球从半径为R 的竖直四分之一圆弧轨道的顶端无初速释放,圆弧轨道的底端水平,离地面高度为R 。
高考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。
已知它落到水面上时相对于O 点(D 点正下方)的水平距离10m OB =。
为了能让滑车抛到水面上的更远处,有人在轨道的下方紧贴D 点安装一水平传送带,传送带右端轮子的圆心与D 点的水平距离为8m ,轮子半径为0.4m (传送带的厚度不计),若传送带与玩具滑车之间的动摩擦因数为0.4,玩具滑车的质量为4kg ,不计空气阻力(把玩具滑车作质点处理),求 (1)玩具滑车到达D 点时对D 点的压力大小。
(2)如果传送带保持不动,玩具滑车到达传送带右端轮子最高点时的速度和落水点位置。
(3)如果传送带是在以某一速度匀速运动的(右端轮子顺时针转),试讨论玩具滑车落水点与传送带速度大小之间的关系。
【答案】(1)80N ;(2)6m/s ,6m ;(3)见解析。
【解析】 【详解】(1)玩具滑车到达D 点时,由牛顿第二定律:2DD v F mg m R-=解得2210=404=80N 10D D v F mg m R =++⨯;(2)若无传送带时,由平抛知识可知:D x v t =解得1s t =如果传送带保持不动,则当小车滑到最右端时,由动能定理:221122D mv mv mgL μ-=- 解得v =6m/s因为6m/s 2m/s v gR =>=,则小车从右端轮子最高点做平抛运动,则落水点距离传送带右端的水平距离:'6m x vt ==(3)①若传送带的速度v ≤6m/s ,则小车在传送带上运动时一直减速,则到达右端的速度为6m/s ,落水点距离传送带右端的水平距离为6m ; ②若小车在传送带上一直加速,则到达右端时的速度满足'221122D mv mv mgL μ-= 解得'241m/s v =若传送带的速度241m/s v ≥,则小车在传送带上运动时一直加速,则到达右端的速度为241m/s ,落水点距离传送带右端的水平距离为241m x vt ==;③若传送带的速度10m/s≥v ≥6m/s ,则小车在传送带上运动时先减速到v ,然后以速度v 匀速,则到达右端的速度为v ,落水点距离传送带右端的水平距离为vt=v m ;④若传送带的速度241m/s ≥v ≥10m/s ,则小车在传送带上运动时先加速到v ,然后以速度v 匀速,则到达右端的速度为v ,落水点距离传送带右端的水平距离为vt =v m 。
高中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,在水平轨道右侧固定半径为R 的竖直圆槽形光滑轨道,水平轨道的PQ 段长度为,上面铺设特殊材料,小物块与其动摩擦因数为,轨道其它部分摩擦不计。
高中物理动能与动能定理解题技巧讲解及练习题(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,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.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 。
A 套在光滑水平杆上,定滑轮离水平杆的高度为h 。
开始时让连着A 的细线与水平杆的夹角α。
现将A 由静止释放(设B 不会碰到水平杆,A 、B 均可视为质点;重力加速度为g )求:(1)当细线与水平杆的夹角为β(90αβ<<︒)时,A 的速度为多大? (2)从开始运动到A 获得最大速度的过程中,绳拉力对A 做了多少功?【答案】(1)22111cos sin sin A gh v ααβ⎛⎫=-⎪+⎝⎭(2)T sin h W mg h α⎛⎫=- ⎪⎝⎭ 【解析】 【详解】(2)A 、B 的系统机械能守恒P K E E ∆=∆减加2211sin sin 22A B h h mg mv mv αβ⎛⎫-=+ ⎪⎝⎭cos A B v v α=解得22111cos sin sin A gh v ααβ⎛⎫=-⎪+⎝⎭(2)当A 速度最大时,B 的速度为零,由机械能守恒定律得P K E E ∆=∆减加21sin 2Am h mg h mv α⎛⎫-= ⎪⎝⎭ 对A 列动能定理方程2T 12Am W mv =联立解得T sin h W mg h α⎛⎫=- ⎪⎝⎭3.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。
某弹珠游戏可简化成如图所示的竖直平面内OABCD 透明玻璃管道,管道的半径较小。
为研究方便建立平面直角坐标系,O 点为抛物口,下方接一满足方程y 59=x 2的光滑抛物线形状管道OA ;AB 、BC 是半径相同的光滑圆弧管道,CD 是动摩擦因数μ=0.8的粗糙直管道;各部分管道在连接处均相切。
A 、B 、C 、D 的横坐标分别为x A =1.20m 、x B =2.00m 、x C =2.65m 、x D =3.40m 。
已知,弹珠质量m =100g ,直径略小于管道内径。
E 为BC 管道的最高点,在D 处有一反弹膜能无能量损失的反弹弹珠,sin37°=0.6,sin53°=0.8,g =10m/s 2,求:(1)若要使弹珠不与管道OA 触碰,在O 点抛射速度ν0应该多大;(2)若要使弹珠第一次到达E 点时对轨道压力等于弹珠重力的3倍,在O 点抛射速度v 0应该多大;(3)游戏设置3次通过E 点获得最高分,若要获得最高分在O 点抛射速度ν0的范围。
【答案】(1)3m/s (2)2m/s (3)3m/s <ν0<6m/s 【解析】 【详解】 (1)由y 59=x 2得:A 点坐标(1.20m ,0.80m ) 由平抛运动规律得:x A =v 0t ,y A 212gt =代入数据,求得 t =0.4s ,v 0=3m/s ; (2)由速度关系,可得 θ=53° 求得AB 、BC 圆弧的半径 R =0.5m OE 过程由动能定理得: mgy A ﹣mgR (1﹣cos53°)2201122E mv mv =- 解得 v 0=2m/s ;(3)sinα 2.65 2.000.400.5--==0.5,α=30°CD 与水平面的夹角也为α=30°设3次通过E 点的速度最小值为v 1.由动能定理得 mgy A ﹣mgR (1﹣cos53°)﹣2μmgx CD cos30°=02112mv - 解得 v 1=3m/s设3次通过E 点的速度最大值为v 2.由动能定理得 mgy A ﹣mgR (1﹣cos53°)﹣4μmgx CD cos30°=02212mv - 解得 v 2=6m/s考虑2次经过E 点后不从O 点离开,有﹣2μmgx CD cos30°=02312mv解得 v 3=26m/s 故 23m/s <ν0<26m/s3.如图所示,倾角为θ=45°的粗糙平直导轨与半径为R 的光滑圆环轨道相切,切点为B ,整个轨道处在竖直平面内.一质量为m 的小滑块从导轨上离地面高为h=3R 的D 处无初速下滑进入圆环轨道.接着小滑块从圆环最高点C 水平飞出,恰好击中导轨上与圆心O 等高的P 点,不计空气阻力.求:(1)滑块运动到圆环最高点C 时的速度的大小; (2)滑块运动到圆环最低点时对圆环轨道压力的大小; (3)滑块在斜面轨道BD 间运动的过程中克服摩擦力做的功. 【答案】(1)Rg (2)6mg (3)12mgR 【解析】 【分析】 【详解】(1)小滑块从C 点飞出来做平抛运动,水平速度为v 0,竖直方向上:,水平方向上:,解得(2)小滑块在最低点时速度为v C 由机械能守恒定律得牛顿第二定律:由牛顿第三定律得:,方向竖直向下(3)从D 到最低点过程中,设DB 过程中克服摩擦力做功W 1,由动能定理h=3R【点睛】对滑块进行运动过程分析,要求滑块运动到圆环最低点时对圆环轨道压力的大小,我们要知道滑块运动到圆环最低点时的速度大小,小滑块从圆环最高点C 水平飞出,恰好击中导轨上与圆心O 等高的P 点,运用平抛运动规律结合几何关系求出最低点时速度.在对最低点运用牛顿第二定律求解.4.如图甲所示,长为4 m 的水平轨道AB 与半径为R =0.6 m 的竖直半圆弧轨道BC 在B 处相连接。
有一质量为1 kg 的滑块(大小不计),从A 处由静止开始受水平向右的力F 作用,F 随位移变化的关系如图乙所示。
滑块与水平轨道AB 间的动摩擦因数为μ=0.25,与半圆弧轨道BC 间的动摩擦因数未知,g 取10 m/s 2。
求: (1)滑块到达B 处时的速度大小;(2)若到达B 点时撤去F ,滑块沿半圆弧轨道内侧上滑,并恰好能到达最高点C ,滑块在半圆弧轨道上克服摩擦力所做的功。
【答案】(1)210 m/s 。
(2)5 J 。
【解析】 【详解】(1)对滑块从A 到B 的过程,由动能定理得:2113312B F x F x mgx mv μ--=, 即21202-101-0.251104J=12B v ⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯,得:210m/s B v =;(2)当滑块恰好能到达最高点C 时,2Cv mg m R=;对滑块从B 到C 的过程中,由动能定理得:2211222C B W mg R mv mv -⨯=-, 带入数值得:=-5J W ,即克服摩擦力做的功为5J ;5.如图所示,水平轨道的左端与固定的光滑竖直圆轨道相切于点,右端与一倾角为的光滑斜面轨道在点平滑连接(即物体经过点时速度的大小不变),斜面顶端固定一轻质弹簧,一质量为的滑块从圆弧轨道的顶端点由静止释放,经水平轨道后滑上斜面并压缩弹簧,第一次可将弹簧压缩至点,已知光滑圆轨道的半径,水平轨道长为,其动摩擦因数,光滑斜面轨道上长为,取,求(1)滑块第一次经过圆轨道上点时对轨道的压力大小;(2)整个过程中弹簧具有最大的弹性势能;(3)滑块在水平轨道上运动的总时间及滑块几次经过点.【答案】(1) (2) (3) 3次【解析】本题考查机械能与曲线运动相结合的问题,需运用动能定理、牛顿运动定律、运动学公式、功能关系等知识。
(1)滑块从点到点,由动能定理可得:解得:滑块在点:解得:由牛顿第三定律可得:物块经点时对轨道的压力(2)滑块第一次到达点时,弹簧具有最大的弹性势能.滑块从点到点,由动能定理可得:解得:(3)将滑块在段的运动全程看作匀减速直线运动加速度则滑块在水平轨道上运动的总时间滑块最终停止上在水平轨道间,设滑块在段运动的总路程为,从滑块第一次经过点到最终停下来的全过程,由动能定理可得:解得:结合段的长度可知,滑块经过点3次。
6.如图所示,倾角为30°的光滑斜面的下端有一水平传送带,传送带正以6 m/s 的速度运动,运动方向如图所示.一个质量为2 kg 的物体(物体可以视为质点),从h=3.2 m 高处由静止沿斜面下滑,物体经过A 点时,不管是从斜面到传送带还是从传送带到斜面,都不计其动能损失.物体与传送带间的动摩擦因数为0.5,物体向左最多能滑到传送带左右两端AB 的中点处,重力加速度g=10 m/s 2,求:(1)物体由静止沿斜面下滑到斜面末端需要多长时间; (2)传送带左右两端AB 间的距离l 至少为多少;(3)上述过程中物体与传送带组成的系统产生的摩擦热为多少; (4)物体随传送带向右运动,最后沿斜面上滑的最大高度h′为多少? 【答案】(1)1.6s (2)12.8m (3)160J (4)h′=1.8m 【解析】(1)mgsinθ=ma, h/sinθ=,可得t="1.6" s.(2)由能的转化和守恒得:mgh=μmgl/2,l="12.8" m.(3)在此过程中,物体与传送带间的相对位移:x 相=l/2+v 带·t,又l/2=,而摩擦热Q=μmg·x 相, 以上三式可联立得Q="160" J.(4)物体随传送带向右匀加速,当速度为v 带="6" m/s 时向右的位移为x , 则μmgx=,x="3.6" m<l/2,即物体在到达A 点前速度与传送带相等,最后以v 带="6" m/s 的速度冲上斜面, 由=mgh′,得h′="1.8" m.滑块沿斜面下滑时由重力沿斜面向下的分力提供加速度,先求出加速度大小,再由运动学公式求得运动时间,由B 点到最高点,由动能定理,克服重力做功等于摩擦力做功,由此可求得AB 间距离,产生的内能由相互作用力乘以相对位移求得7.如图所示,半径R = 0.1m 的竖直半圆形光滑轨道BC 与水平面AB 相切,AB 距离x = 1m .质量m = 0.1kg 的小滑块1放在半圆形轨道末端的B 点,另一质量也为m = 0.1kg 的小滑块2,从A 点以0210v =的初速度在水平面上滑行,两滑块相碰,碰撞时间极短,碰后两滑块粘在一起滑上半圆形轨道.已知滑块2与水平面之间的动摩擦因数μ= 0.2.取重力加速度210m/s g =.两滑块均可视为质点.求(1)碰后瞬间两滑块共同的速度大小v ; (2)两滑块在碰撞过程中损失的机械能E ∆; (3)在C 点轨道对两滑块的作用力F .【答案】(1)v =3m/s (2)ΔE = 0.9J (3)F =8N ,方向竖直向下 【解析】 【详解】(1)物块2由A 到B 应用动能定理:22101122mgx mv mv μ-=- 解得v 1=6m/s两滑块碰撞前后动量守恒,根据动量守恒有:12mv mv = 解得:3/v m s = 方向:水平向右 (2)两滑块在碰撞过程中损失的机械能22111222E mv mv ∆=-⨯ 解得:0.9J E ∆=(3)两滑块从B 到C 机械能守恒,根据机械能守恒定律有:221122222c mv mv mgR ⨯=⨯+ 两滑块在C 点时:2N 22Cv mg F m R+=解得:N 8N F =据牛顿第三定律可得:在C 点轨道对两滑块的作用力F =8N ,方向竖直向下8.如图所示,将一根弹簧和一个小圆环穿在水平细杆上,弹簧左端固定,右端与质量为m 的小圆环相接触,BC 和CD 是由细杆弯成的1/4圆弧,BC 分别与杆AB 和弧CD 相切,两圆弧的半径均为R .O 点为弹簧自由端的位置.整个轨道竖直放置,除OB 段粗糙外,其余部分均光滑.当弹簧的压缩量为d 时释放,小圆环弹出后恰好能到达C 点,返回水平杆时刚好与弹簧接触,停在O 点,(已知弹簧弹性势能与压缩量的平方成正比,小球通过B 处和C 处没有能量损失),问:(1)当为弹簧的压缩量为d 时,弹簧具有的弹性势能P E 是多少?(2)若将小圆环放置在弹簧的压缩量为2d 时释放,求小圆环到达最高点D 时,轨道所受到的作用力.(3)为了使物块能停在OB 的中点,弹簧应具有多大的弹性势能?【答案】(1)P 2E mgR =(2)9mg ,方向竖直向上(3)''P 1=()2E n mgR + (n =0、1、2) 【解析】 【分析】 【详解】(1)设小圆环与OB 之间的摩擦力为f ,OB=L ;从释放到回到O 点,由能量关系可知,当弹簧的压缩量为d 时,弹簧具有的弹性势能P 2E fL =小圆环从释放能到达C 点到,由能量关系可知0P E fL mgR --=可得:P 2E mgR =(2)因弹簧弹性势能与压缩量的平方成正比,则弹簧的压缩量为2d 时弹性势能为E P ´=4E P =8mgR小圆环到达最高点D 时:'2P D 122E mv mg R fL =+⋅+解得D 10v gR =在最高点D 时由牛顿第二定律:2Dv N mg m R+=解得N =9mg ,方向竖直向下由牛顿第三定律可知在D 点时轨道受到的作用为9mg ,方向竖直向上;(3)为了使物块能停在OB 的中点,则要求滑块到达的最高点为D 点,然后返回,则''P 23E fL mgR mgR ≤+=为了使物块能停在OB 的中点,同时还应该满足:''P 1(21)()22L E n f n mgR =+⋅=+ 则只能取n =0、1、2;9.如图所示,水平传送带长为L =4m ,以02m /s v =的速度逆时针转动。