人教版物理必修二:第七章习题课(二).doc
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卫星变轨问题和双星问题课后练习题一、选择题1. 1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星,该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动.如图1所示,设卫星在近地点、远地点的速度分别为v 1、v 2,近地点到地心的距离为r ,地球质量为M ,引力常量为G .则( )图1A.v 1>v 2,v 1=GMr B.v 1>v 2,v 1>GMr C.v 1<v 2,v 1=GMrD.v 1<v 2,v 1>GMr答案 B解析 根据开普勒第二定律知,v 1>v 2,在近地点画出近地圆轨道,由GMm r 2=m v 2r 可知,过近地点做匀速圆周运动的速度为v =GMr,由于“东方红一号”在椭圆轨道上运动,所以v 1>GMr,故B 正确.2.(2019·北京市石景山区一模)两个质量不同的天体构成双星系统,它们以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动,下列说法正确的是( ) A.质量大的天体线速度较大B.质量小的天体角速度较大C.两个天体的向心力大小一定相等D.两个天体的向心加速度大小一定相等 答案 C解析 双星系统的结构是稳定的,故它们的角速度相等,故B 项错误;两个星球间的万有引力提供向心力,根据牛顿第三定律可知,两个天体的向心力大小相等,而天体质量不一定相等,故两个天体的向心加速度大小不一定相等,故C 项正确,D 错误;根据牛顿第二定律有: G m 1m 2L 2=m 1ω2r 1,Gm 1m 2L 2=m 2ω2r 2,其中r 1+r 2=L 故r 1=m 2m 1+m 2L ,r 2=m 1m 1+m 2L ,故v 1v 2=r 1r 2=m 2m 1故质量大的天体线速度较小,故A 错误.3.(2019·定州中学期末)如图2,“嫦娥三号”探测器经轨道 Ⅰ 到达P 点后经过调整速度进入圆轨道 Ⅱ,再经过调整速度变轨进入椭圆轨道Ⅲ,最后降落到月球表面上.下列说法正确的是( )图2A.“嫦娥三号”在地球上的发射速度大于11.2 km/sB.“嫦娥三号”由轨道Ⅰ经过P 点进入轨道Ⅱ时要加速C.“嫦娥三号”在轨道Ⅲ上经过P 点的速度大于在轨道Ⅱ上经过P 点的速度D.“嫦娥三号”稳定运行时,在轨道Ⅱ上经过P 点的加速度与在轨道Ⅲ上经过P 点的加速度相等 答案 D4. 如图3所示,发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q 点,轨道2、3相切于P 点,则当卫星分别在1、2、3轨道正常运行时,下列说法中不正确的是( )图3A.卫星在轨道3上的周期小于在轨道1上的周期B.卫星在轨道3上的速率小于在轨道1上的速率C.卫星在轨道2上运行时,经过Q 点时的速率大于经过P 点时的速率D.卫星在轨道2上运行时,经过Q 点时加速度大于经过P 点的加速度 答案 A解析 根据开普勒第三定律r 3T 2=k 知,卫星的轨道半径越大,则周期也越大,故卫星在轨道3上的周期大于在轨道1上的周期,故A 不正确;由卫星运行时所受万有引力提供向心力,即GMmr 2=m v 2r ,可知v =GMr,因此卫星的轨道半径越大,运行速率越小,则卫星在轨道3上的速率小于在轨道1上的速率,故B 正确;根据开普勒第二定律知,卫星在轨道2上运行时,从Q 点向P 点运动,速度逐渐减小,经过Q 点时的速率大于经过P 点时的速率,故C 正确;卫星离地面越远,万有引力越小,根据牛顿第二定律,加速度也越小,故卫星在轨道2上运行时经过Q 点时加速度大于经过P 点的加速度,故D 正确.5.(2019·杨村一中期末)如图4所示,两颗星球组成的双星,在相互之间的万有引力作用下,绕其连线上的O 点做周期相同的匀速圆周运动.现测得两颗星之间的距离为L ,质量之比为m 1∶m 2=3∶2,下列说法中正确的是( )图4A.m 1、m 2做圆周运动的线速度大小之比为3∶2B.m 1、m 2做圆周运动的角速度之比为3∶2C.m 1做圆周运动的半径为25LD.m 2做圆周运动的半径为25L答案 C解析 设双星m 1、m 2距转动中心O 的距离分别为r 1、r 2,双星绕O 点转动的角速度均为ω,据万有引力定律和牛顿第二定律得G m 1m 2L 2=m 1r 1ω2=m 2r 2ω2,又r 1+r 2=L ,m 1∶m 2=3∶2,解得r 1=25L ,r 2=35Lm 1、m 2运动的线速度大小分别为v 1=r 1ω,v 2=r 2ω 故v 1∶v 2=r 1∶r 2=2∶3.综上所述,选项C 正确.6 如图5所示,我国发射“神舟十号”飞船时,先将飞船发送到一个椭圆轨道上,其近地点M 距地面200 km ,远地点N 距地面340 km.进入该轨道正常运行时,通过M 、N 点时的速率分别是v 1和v 2,加速度大小分别为a 1和a 2.当某次飞船通过N 点时,地面指挥部发出指令,点燃飞船上的发动机,使飞船在短时间内加速后进入离地面340 km 的圆形轨道,开始绕地球做匀速圆周运动,这时飞船的速率为v 3,加速度大小为a 3,比较飞船在M 、N 、P 三点正常运行时(不包括点火加速阶段)的速率和加速度大小,下列结论正确的是( )图5A.v 1>v 3>v 2,a 1>a 3>a 2B.v 1>v 2>v 3,a 1>a 2=a 3C.v 1>v 2=v 3,a 1>a 2>a 3D.v 1>v 3>v 2,a 1>a 2=a 3 答案 D解析 根据万有引力提供向心力,即GMm r 2=ma n 得:a n =GMr 2,由题图可知r 1<r 2=r 3,所以a 1>a 2=a 3;当某次飞船通过N 点时,地面指挥部发出指令,点燃飞船上的发动机,使飞船在短时间内加速后进入离地面340 km 的圆形轨道,所以v 3>v 2,假设飞船在半径为r 1的圆轨道上做匀速圆周运动,经过M 点时的速率为v 1′,根据GMm r 2=m v 2r得:v =GMr,又因为r 1<r 3,所以v 1′>v 3,飞船在圆轨道M 点时需加速才能进入椭圆轨道,则v 1>v 1′,故v 1>v 3>v 2,故选D.7.我国未来将建立月球基地,并在绕月轨道上建造空间站.如图6所示,关闭发动机的航天飞机仅在月球引力作用下沿椭圆轨道向月球靠近,并将在椭圆的近月点B 处与空间站对接.已知空间站C 绕月轨道半径为r ,周期为T ,引力常量为G ,月球的半径为R ,忽略月球自转.那么以下选项正确的是( )图6A.月球的质量为4π2r 3GT2B.航天飞机到达B 处由椭圆轨道进入空间站圆轨道时必须加速C.航天飞机从A 处到B 处做减速运动D.月球表面的重力加速度为4π2RT 2答案 A解析 设空间站质量为m ,在圆轨道上,由G mM r 2=m 4π2r T 2,得M =4π2r 3GT 2,A 正确;要使航天飞机在椭圆轨道的近月点B 处与空间站C 对接,必须在B 点时减速,否则航天飞机将继续做椭圆运动,B 错误;航天飞机飞向B 处,根据开普勒第二定律可知,向近月点靠近做加速运动,C 错误;月球表面物体重力等于月球对物体的引力,则有mg 月=G Mm R 2,可得g 月=GM R 2=4π2r 3R 2T2,D 错误.8.(多选)如图7所示,在嫦娥探月工程中,设月球半径为R ,月球表面的重力加速度为g 0.飞船在半径为4R 的圆形轨道Ⅰ上运动,到达轨道的A 点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ,到达轨道的近月点B 时,再次点火进入近月轨道Ⅲ绕月球做圆周运动,忽略月球的自转,则( )图7A.飞船在轨道Ⅲ上的运行速率大于g 0RB.飞船在轨道Ⅰ上的运行速率小于在轨道Ⅱ上B 处的运行速率C.飞船在轨道Ⅰ上的向心加速度小于在轨道Ⅱ上B 处的向心加速度D.飞船在轨道Ⅰ、轨道Ⅲ上运行的周期之比T Ⅰ∶T Ⅲ=4∶1 答案 BC解析 由m v 2R=mg 0知,v =g 0R ,即飞船在轨道Ⅲ上的运行速率等于g 0R ,A 错误;由v =GMr知,v Ⅰ<v Ⅲ,而飞船在轨道Ⅱ上的B 点做离心运动,有v ⅡB >v Ⅲ,则有v ⅡB >v Ⅰ,B 正确;由a n =GMr 2知,飞船在轨道Ⅰ上的向心加速度小于在轨道Ⅱ上B 处的向心加速度,C 正确;由T =2πr 3GM知,飞船在轨道Ⅰ、轨道Ⅲ上运行的周期之比T Ⅰ∶T Ⅲ=8∶1,D 错误.9.双星系统由两颗恒星组成,两恒星在相互引力的作用下,分别围绕其连线上的某一点做周期相同的匀速圆周运动.研究发现,双星系统演化过程中,两星的总质量、距离和周期均可能发生变化.若某双星系统中两星做匀速圆周运动的周期为T ,经过一段时间演化后,两星总质量变为原来的k 倍,两星之间的距离变为原来的n 倍,则此时匀速圆周运动的周期为( )A.n 3k 2T B.n 3k T C.n 2kT D.n kT 答案 B解析 设两恒星的质量分别为m 1、m 2,距离为L , 双星靠彼此的引力提供向心力,则有G m 1m 2L 2=m 1r 14π2T 2 G m 1m 2L 2=m 2r 24π2T 2 并且r 1+r 2=L解得T =2πL 3G (m 1+m 2)当两星总质量变为原来的k 倍,两星之间距离变为原来的n 倍时T ′=2πn 3L 3Gk (m 1+m 2)=n 3kT 故选项B 正确.10.(多选)(2019·雅安中学高一下学期期中)国际研究小组借助于智利的甚大望远镜,观测到了一组双星系统,它们绕两者连线上的某点O 做匀速圆周运动,如图8所示,此双星系统中体积较小成员能“吸食”另一颗体积较大星体表面物质,达到质量转移的目的,被吸食星体的质量远大于吸食星体的质量.假设在演变的过程中两者球心之间的距离保持不变,则在最初演变的过程中( )图8A.它们做圆周运动的万有引力保持不变B.它们做圆周运动的角速度不断变大C.体积较大星体圆周运动轨迹半径变大D.体积较大星体圆周运动的线速度变大 答案 CD解析 由F =Gm 1m 2L 2知F 增大,A 错误;设体积较小者质量为m 1,轨迹半径为r 1,体积较大者质量为m 2,轨迹半径为r 2,则有Gm 1m 2L 2=m 1ω2r 1,Gm 1m 2L 2=m 2ω2r 2得:ω=G (m 1+m 2)L 3,因m 1+m 2及L 不变,故ω不变,B 错误;半径r 2=Gm 1ω2L 2,因m 1增大,故r 2变大,C 正确;线速度大小v 2=ωr 2,变大,D 正确.11.(2019·扬州中学模拟)进行科学研究有时需要大胆的想象,假设宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的四颗星组成的四星系统(忽略其他星体对它们的引力作用),这四颗星恰好位于正方形的四个顶点上,并沿外接于正方形的圆形轨道运行,若此正方形边长变为原来的一半,要使此系统依然稳定存在,星体的角速度应变为原来的( ) A.1倍 B.2倍 C.12倍 D.22倍答案 D解析 设正方形边长为L ,每颗星的轨道半径为r =22L ,对其中一颗星受力分析,如图所示,由合力提供向心力:2×Gm 2L 2cos 45°+Gm 22L2=mω2r得:ω=(2+22)Gm L L,所以当边长变为原来的一半,星体的角速度变为原来的22倍,故D 项正确.二、非选择题12.中国自行研制、具有完全自主知识产权的“神舟号”飞船,目前已经达到或优于国际第三代载人飞船技术,其发射过程简化如下:飞船在酒泉卫星发射中心发射,由长征运载火箭送入近地点为A 、远地点为B 的椭圆轨道上,A 点距地面的高度为h 1,飞船飞行5圈后进行变轨,进入预定圆轨道,如图9所示.设飞船在预定圆轨道上飞行n 圈所用时间为t ,若已知地球表面重力加速度为g ,地球半径为R ,忽略地球的自转,求:图9(1)飞船在B 点经椭圆轨道进入预定圆轨道时是加速还是减速; (2)飞船经过椭圆轨道近地点A 时的加速度大小; (3)椭圆轨道远地点B 距地面的高度h 2. 答案 (1)加速 (2)gR 2(R +h 1)2 (3)3gR 2t 24n 2π2-R 解析 (2)在地球表面有mg =GMmR 2① 根据牛顿第二定律有:G Mm(R +h 1)2=ma A ②由①②式联立解得,飞船经过椭圆轨道近地点A 时的加速度大小为a A =gR 2(R +h 1)2(3)飞船在预定圆轨道上,由万有引力提供向心力,有G Mm (R +h 2)2=m 4π2T 2(R +h 2)③由题意可知,飞船在预定圆轨道上运行的周期为T =tn④由①③④式联立解得h 2=3gR 2t 24n 2π2-R . 13 如图10所示,质量分别为m 和M 的两个星球A 和B 在引力作用下都绕O 点做匀速圆周运动,星球A 和B 两者中心之间距离为L .已知星球A 、B 的中心和O 三点始终共线,星球A 和B 分别在O 的两侧.引力常量为G .图10(1)求两星球做圆周运动的周期;(2)在地月系统中,若忽略其他星球的影响,可以将月球和地球看成上述星球A 和B ,月球绕其轨道中心运行的周期记为T 1.但在近似处理问题时,常常认为月球是绕地心做圆周运动的,这样算得的运行周期记为T 2.已知地球和月球的质量分别为5.98×1024 kg 和7.35×1022 kg.求T 2与T 1两者平方之比.(计算结果保留四位有效数字)答案 (1)2πL 3G (M +m )(2)1.012解析 (1)两星球围绕同一点O 做匀速圆周运动,其角速度相同,周期也相同,其所需向心力由两者间的万有引力提供,设A 、B 的轨道半径分别为r 1、r 2,由牛顿第二定律知: 对B 有:G Mm L 2=M 4π2T 2r 2对A 有:G Mm L 2=m 4π2T 2r 1又r 1+r 2=L联立解得T =2πL 3G (M +m )(2)若认为地球和月球都围绕中心连线某点O 做匀速圆周运动,根据题意可知M 地=5.98×1024 kg ,m 月=7.35×1022 kg ,地月距离设为L ′,由(1)可知地球和月球绕其轨道中心的运行周期为T 1=2πL ′3G (M 地+m 月)若认为月球围绕地心做匀速圆周运动,由万有引力定律和牛顿第二定律得 GM 地m 月L ′2=m 月4π2T 22L ′解得T 2=2πL ′3GM 地则T 2T 1=M 地+m 月M 地故T 22T 21=M 地+m 月M 地≈1.012.。
2018-2019年高中物理人教版《必修2》《第七章机械能守恒定律》《第一节追寻守恒量》课后练习试卷【3】含答案考点及解析班级:___________ 姓名:___________ 分数:___________1.答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息2.请将答案正确填写在答题卡上一、选择题1.长l的轻杆一端固定着一个小球A,另一端可绕光滑水平轴O在竖直面内做圆周运动,如图所示,下面叙述符合实际的是()A.小球在最高点的速度至少为B.小球在最高点的速度大于时,受到杆的拉力作用C.当球在直径ab下方时,一定受到杆的拉力D.当球在直径ab上方时,一定受到杆的支持力【答案】BC【解析】试题分析:小球在最高点的速度至少为0,A错误;球在最高点的速度大于时,向心力大于mg,一定受到杆的拉力作用,B正确;当球在直径ab下方时,重力和轻杆的力提供向心力,一定受到杆的拉力,C正确;当球在直径ab上方时,可能受到杆的支持力或拉力,D错误。
考点:本题考查了竖直面内的圆周运动问题。
2.为了探测月球,嫦娥三号探测器先在以月球中心为圆心,高度为h的圆轨道上运动,随后飞船多次变轨,最后围绕月球做近月表面的圆周飞行,周期为To引力常量G已知。
则A.可以确定月球的质量B.可以确定月球的半径C.可以确定月球的平均密度D.可以确定嫦娥三号探测器做近月表面圆周飞行时,其质量在增大【解析】试题分析:月球的质量M=,由于不知道月球的半径r,也就不知道嫦娥三号探测器围绕月球做近月表面的圆周飞行的半径,也就没有办法确定月球的质量的,所以A、B错误;密度ρ=,所以可以确定月球的平均密度,故C正确;可以确定嫦娥三号探测器做近月表面圆周飞行时,其质量是不变,故D错误。
考点:人造卫星;万有引力定律及其应用3.如图所示,可视为质点的、质量为m的小球,在半径为R的竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动,下列有关说法中正确的是()A.小球能够通过最高点时的最小速度为0B.小球能够通过最高点时的最小速度为C.如果小球在最高点时的速度大小为2,则此时小球对管道的外壁有作用力D.如果小球在最低点时的速度大小为,则小球通过最高点时与管道间无相互作用力【答案】ACD【解析】当小球运动到最高点速度大于零就可以通过,所以A对;B错;当通过最高点只由重力提供向心力时,小球对管道内外壁都没有作用力,由最低点到最高点只有重力做功,所以机械能守恒,设最低点为零势面,D 对;所以当小球到达最高点的速度大于时,外壁对小球有弹力作用,C对;4.物体受到几个恒力的作用而处于平衡状态,若再对物体施加一个恒力,则物体可能做( )A.静止或匀速直线运动B.匀变速直线运动C.曲线运动D.匀变速曲线运动【答案】BCD【解析】若物体在几个恒力的作用处于平衡状态时,是静止的,故再施加一个恒力后,物体受力恒定,做匀加速直线运动,若物体在几个恒力的作用处于平衡状态时,是运动的,再施加一个恒力后,如果这个恒力与速度方向共线,则物体做匀变速直线运动,若不共线,物体做曲线运动,因为受力恒定,为匀变速曲线运动,BCD正确。
《功能关系专项训练》教学设计【教学设计理念】本节课利用典型习题,并对典型习题进行分类,讲解过程中充分调动学生的积极主动性,各个击破,总结归纳出功能关系类问题的求解方法。
根据建构主义理论,体现“以学生为中心”的教学理念,利用:复习导入——功能关系,协作——小组合作,会话——小组讨论、教师引导下全班交流讨论,等学习环境要素充分发挥学生的主动性,完成意义建构——学生掌握功能关系类相关知识。
【教材与学情分析】一、教材的地位和作用功能关系属于高中物理必修2 的内容,涵盖了功、动能定理、机械能守恒、能量守恒等相关的知识点,属于机械能及其守恒定律这个主题,而必修 2 共有三个主题,并且机械能及其守恒定定律在考试大纲中属于Ⅱ级要求,具有举足轻重的地位。
二、学情分析1.知识层面学生已经学习了动能定理、机械能守恒等知识,已经有了做功是能量转化的量度的清晰认识,并且已经总结建立了现阶段常见的五种功能关系,但是在利用功能关系解决实际问题方面还比较生疏,需要进行思路和方法的培养。
2.能力层面(1)大多数学生以形象思维为基本思维方式,欠缺对问题的深入思考及理性化的分析,需要老师的积极引导。
(2)经过近1年的训练,学生已经具备了小组合作学习以及自主讲解习题的能力。
所以本节课将放手给学生,由学生自己主导,以小组合作的形式解决实际问题。
三、教学目标1.进一步理解常见力做功和能量转化的关系。
2.能利用功能关系解决实际问题。
【教学重点、难点】难点:利用功能关系解决实际问题。
【教法学法】教法:讨论教学法,启发教学法,目标教学法。
学法:合作,探究,讨论,分析,归纳。
【课型及课时】习题课,1课时。
【教学过程设计】课前分组:课前根据学生平时的表现以及学案的批阅情况,把全班分为若干个小组(每四人或六人一组),分组的原则是“组内异质,组间同质”。
秀的同学名单和答案。
学案完成比较优秀的同学。
2.组织学生核对学案的答案。
明确自己的作业完成情况,核对答案完成情况,认清和其他同学的差距。
人教版高中物理必修第二册全册课时练习第五章1曲线运动A组:合格性水平训练1.(曲线运动的理解)做曲线运动的物体,在运动过程中,一定发生变化的物理量是()A.速率B.速度C.加速度D.合力答案 B解析做曲线运动的物体速度方向一定变化,但大小可能变,也可能不变,B 正确,A错误;做曲线运动的物体一定具有加速度,加速度可能不变,也可能变化,故C、D错误。
2.(曲线运动的理解)关于曲线运动,下列说法正确的是()A.物体在恒力作用下不可能做曲线运动B.物体在变力作用下一定做曲线运动C.做曲线运动的物体,其速度大小一定变化D.加速度(不为0)不变的运动可能是曲线运动答案 D解析物体做曲线运动的条件是合外力方向与速度方向不在同一条直线上,而不一定是恒力或变力,A、B错误;做曲线运动的物体速度方向变化,但速度大小和加速度不一定变化,C错误,D正确。
3.(曲线运动的理解)自然界中有很多物体做曲线运动,在所有的曲线运动中,物体的运动速度()A.方向一定改变B.方向一定不变C.大小一定改变D.大小一定不变答案 A解析物体速度方向为运动轨迹切线方向,则曲线运动的速度方向一定会发生变化,大小有可能不变,也有可能改变,故A正确,B、C、D错误。
4.(曲线运动的条件)物体做曲线运动的条件为()A.物体运动的初速度不为0B.物体所受合外力为变力C.物体所受的合外力的方向与速度的方向不在同一条直线上D.物体所受的合外力的方向与加速度的方向不在同一条直线上答案 C解析当物体受到的合力方向与初速度方向不共线时,做曲线运动,故C正确。
5.(曲线运动的条件)对做曲线运动的物体,下列说法正确的是()A.速度方向与合外力方向不可能在同一条直线上B.加速度方向与合外力方向可能不在同一条直线上C.加速度方向与速度方向有可能在同一条直线上D.合外力的方向一定是变化的答案 A解析由物体做曲线运动的条件可知,速度方向与合外力(加速度)方向不在同一条直线上,所以A正确,C错误;根据牛顿第二定律,加速度与合外力一定同向,所以B错误;在恒力作用下,物体也可以做曲线运动,只要合外力方向与速度方向不共线就可以,D错误。
第七章万有引力与宇宙航行万有引力定律课后篇巩固提升合格考达标练1.月球在如图所示的轨道上绕地球运行,近地点、远地点受地球的万有引力分别为F1、F2,则F1、F2的大小关系是()A.F1<F2B.F1>F2C.F1=F2D.无法确定,当两物体的质量确定时,引力与物体之间的距离的二次方成反比,有F1>F2,选项B正确。
2.关于万有引力定律,下列说法正确的是()A.牛顿是在开普勒揭示的行星运动规律的基础上,发现了万有引力定律,因此万有引力定律仅适用于天体之间B.卡文迪什首先用实验比较准确地测定了引力常量G的数值C.两物体各自受到对方引力的大小不一定相等,质量大的物体受到的引力也大D.万有引力定律对质量大的物体适用,对质量小的物体不适用,A、D错误;根据物理学史可知卡文迪什首先用实验比较准确地测定了引力常量G的数值,B正确;两物体各自受到对方的引力遵循牛顿第三定律,大小相等,C错误。
3.根据万有引力定律,两个质量分别是m1和m2的物体,它们之间的距离为r时,它们之间的吸引力大,式中G是引力常量,若用国际单位制的基本单位表示G的单位应为()小为F=Gm1m2r2A.kg·m/s2B.N·kg2/m2C.m3/(s2·kg)D.m2/(s2·kg2)m、距离r、力F的基本单位分别是kg、m、kg·m/s2,根据万有引力定律,得到用国际单位制的基本单位表示G的单位为m3/(s2·kg),选项C正确。
F=Gm1m2r24.图甲是用来“显示桌(或支持)面的微小形变”的演示实验;图乙是用来“测量万有引力常量”的实验。
由图可知,两个实验共同的物理思想方法是( )A.极限的思想方法B.放大的思想方法C.控制变量的思想方法D.猜想的思想方法5.地球对月球具有相当大的引力,可它们没有靠在一起,这是因为( )A.不仅地球对月球有引力,月球对地球也有引力,这两个力大小相等,方向相反,互相抵消了B.不仅地球对月球有引力,太阳系中的其他星球对月球也有引力,这些力的合力为零C.地球对月球的引力还不算大D.地球对月球的引力不断改变月球的运动方向,使得月球围绕地球做圆周运动,作用在两个物体上,不能互相抵消,选项A 错误;地球对月球的引力提供了月球绕地球做圆周运动的向心力,从而不断改变月球的运动方向,选项B 、C 错误,D 正确。
第七章万有引力与宇宙航行相对论时空观与牛顿力学的局限性课后篇巩固提升合格考达标练1.如图所示,强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮,壮壮的飞行速度为0.5c。
强强向壮壮发出一束光进行联络,则壮壮观测到该光速的传播速度为()A.0.4cB.0.5cC.0.9cD.1.0c,在任何参照系中测量的光速都是c,D正确。
2.(多选)下列运动中经典力学规律适用的是()A.子弹的飞行B.飞船绕地球的运行C.列车的运行D.粒子接近光速的运动,子弹的飞行、飞船绕地球的运行、列车的运动,经典力学能适用,选项A、B、C正确;对于微观、高速的情形经典力学不再适用,选项D错误。
3.关于经典力学,下列说法正确的是()A.仅适用于微观粒子的运动B.适用于宏观物体的低速运动C.经典力学中,物体的质量与其运动速度有关D.经典力学中,物体的长度与其运动速度有关,对微观、高速运动不再适用,选项A错误,B正确。
在狭义相对论中,物体的质量、长度与其运动速度有关,经典力学中,物体的质量、长度与其运动速度无关,选项C、D错误。
4.假设地面上有一列火车以接近光速的速度运行,其内站立着一个中等身材的人,站在路旁的人观察车里的人,观察的结果是()A.这个人是一个矮胖子B.这个人是一个瘦高个子C.这个人矮但不胖D.这个人瘦但不高)2可知,在运动方向上,人的宽度要减小,在垂直于运动方向上,人的高度不变。
l=l0√1-(vc5.惯性系S中有一边长为l的正方形,从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图像是()l=l0√1-(vc)2可知沿速度方向即x轴方向的长度变短了,而垂直于速度方向,即y轴上的边长不变,故C对。
6.如果飞船以0.75c的速度从你身边飞过,飞船上的人看飞船上的一个灯亮了10 min,你观测到这个灯亮的时间约为多少?15 minτ,则τ=0√1-(vc)2=√1-(0.75cc)min=15 min。
高一物理复习专题六:万有引力与宇宙航行【行星的运动】1. 地球公转轨道的半径在天文学上常用来作为长度单位,叫作天文单位,用来量度太阳系内天体与太阳的距离。
(这只是个粗略的说法。
在天文学中,“天文单位”有严格的定义,用符号AU表示。
)已知火星公转的轨道半径是1.5 AU,根据开普勒第三定律,火星公转的周期是多少个地球日?2. 开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳的运动,也适用于卫星绕行星的运动。
如果一颗人造地球卫星沿椭圆轨道运动,它在离地球最近的位置(近地点)和最远的位置(远地点),哪点的速度比较大?3. 在力学中,有的问题是根据物体的运动探究它受的力,有的问题则是根据物体所受的力推测它的运动。
这一节的讨论属于哪一种情况?你能从过去学过的内容或做过的练习中各找出一个例子吗?4. 对于这三个等式来说,有的可以在实验室中验证,有的则不能,这个无法在实验室验证的规律是怎么得到的?【万有引力定律】1.既然任何物体间都存在着引力,为什么当两个人接近时他们不会吸在一起?我们通常分析物体的受力时是否需要考虑物体间的万有引力?请你根据实际情况,应用合理的数据,通过计算说明以上两个问题。
2. 你在读书时,与课桌之间有万有引力吗?如果有,试估算一下这个力的大小,它的方向如何?3.大麦哲伦云和小麦哲伦云是银河系外离地球最近的星系(很遗憾,在北半球看不见)。
大麦哲伦云的质量为太阳质量的1010倍,即2.0×1040 kg,小麦哲伦云的质量为太阳质量的109倍,两者相距5×104光年,求它们之间的引力。
4.太阳质量大约是月球质量的2.7×107倍,太阳到地球的距离大约是月球到地球距离的3.9×102倍,试比较太阳和月球对地球的引力。
5. 木星有4颗卫星是伽利略发现的,称为伽利略卫星,其中三颗卫星的周期之比为1∶2∶4。
小华同学打算根据万有引力的知识计算木卫二绕木星运动的周期,她收集到了如下一些数据。
习题课2 动能定理的应用[学习目标] 1.进一步理解动能定理,领会应用动能定理解题的优越性.2.会利用动能定理分析变力做功、曲线运动以及多过程问题.一、利用动能定理求变力的功1.动能定理不仅适用于求恒力做功,也适用于求变力做功,同时因为不涉及变力作用的过程分析,应用非常方便.2.利用动能定理求变力的功是最常用的方法,当物体受到一个变力和几个恒力作用时,可以用动能定理间接求变力做的功,即W 变+W 其他=ΔE k .例1 如图1所示,质量为m 的小球自由下落d 后,沿竖直面内的固定轨道ABC 运动,AB 是半径为d 的14光滑圆弧,BC 是直径为d 的粗糙半圆弧(B 是轨道的最低点).小球恰能通过圆弧轨道的最高点C .重力加速度为g ,求:图1(1)小球运动到B 处时对轨道的压力大小. (2)小球在BC 运动过程中,摩擦力对小球做的功. 答案 (1)5mg (2)-34mgd解析 (1)小球下落到B 点的过程由动能定理得2mgd =12m v 2,在B 点:F N -mg =m v 2d ,得:F N =5mg ,根据牛顿第三定律:F N ′= F N =5mg .(2)在C 点,mg =m v C2d 2.小球从B 运动到C 的过程:12m v C 2-12m v 2=-mgd +W f ,得W f =-34mgd . 针对训练 如图2所示,某人利用跨过定滑轮的轻绳拉质量为10 kg 的物体.定滑轮的位置比A 点高3 m.若此人缓慢地将绳从A 点拉到B 点,且A 、B 两点处绳与水平方向的夹角分别为37°和30°,则此人拉绳的力做了多少功?(g 取10 m/s 2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,不计滑轮的摩擦)图2答案 100 J解析 取物体为研究对象,设绳的拉力对物体做的功为W .根据题意有h =3 m. 物体升高的高度Δh =h sin 30°-h sin 37°.①对全过程应用动能定理W -mg Δh =0.② 由①②两式联立并代入数据解得W =100 J. 则人拉绳的力所做的功W 人=W =100 J. 二、利用动能定理分析多过程问题一个物体的运动如果包含多个运动阶段,可以选择分段或全程应用动能定理.(1)分段应用动能定理时,将复杂的过程分割成一个个子过程,对每个子过程的做功情况和初、末动能进行分析,然后针对每个子过程应用动能定理列式,然后联立求解.(2)全程应用动能定理时,分析整个过程中出现过的各力的做功情况,分析每个力做的功,确定整个过程中合外力做的总功,然后确定整个过程的初、末动能,针对整个过程利用动能定理列式求解.当题目不涉及中间量时,选择全程应用动能定理更简单,更方便.注意:当物体运动过程中涉及多个力做功时,各力对应的位移可能不相同,计算各力做功时,应注意各力对应的位移.计算总功时,应计算整个过程中出现过的各力做功的代数和. 例2 如图3所示,右端连有一个光滑弧形槽的水平桌面AB 长L =1.5 m ,一个质量为m =0.5 kg 的木块在F =1.5 N 的水平拉力作用下,从桌面上的A 端由静止开始向右运动,木块到达B 端时撤去拉力F ,木块与水平桌面间的动摩擦因数μ=0.2,取g =10 m/s 2.求:图3(1)木块沿弧形槽上升的最大高度(木块未离开弧形槽); (2)木块沿弧形槽滑回B 端后,在水平桌面上滑动的最大距离.答案 (1)0.15 m (2)0.75 m解析 (1)设木块沿弧形槽上升的最大高度为h ,木块在最高点时的速度为零.从木块开始运动到沿弧形槽上升的最大高度处,由动能定理得: FL -F f L -mgh =0其中F f =μF N =μmg =0.2×0.5×10 N =1.0 N 所以h =FL -F f Lmg=(1.5-1.0)×1.50.5×10m =0.15 m(2)设木块离开B 点后沿桌面滑动的最大距离为x .由动能定理得: mgh -F f x =0所以:x =mgh F f =0.5×10×0.151.0 m =0.75 m三、动能定理在平抛、圆周运动中的应用动能定理常与平抛运动、圆周运动相结合,解决这类问题要特别注意:(1)与平抛运动相结合时,要注意应用运动的合成与分解的方法,如分解位移或分解速度求平抛运动的有关物理量.(2)与竖直平面内的圆周运动相结合时,应特别注意隐藏的临界条件:①有支撑效果的竖直平面内的圆周运动,物体能通过最高点的临界条件为v min =0. ②没有支撑效果的竖直平面内的圆周运动,物体能通过最高点的临界条件为v min =gR . 例3 如图4所示,一可以看成质点的质量m =2 kg 的小球以初速度v 0沿光滑的水平桌面飞出后,恰好从A 点沿切线方向进入圆弧轨道,其中B 为轨道的最低点,C 为最高点且与水平桌面等高,圆弧AB 对应的圆心角θ=53°,轨道半径R =0.5 m.已知sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,不计空气阻力,g 取10 m/s 2.图4(1)求小球的初速度v 0的大小;(2)若小球恰好能通过最高点C ,求在圆弧轨道上摩擦力对小球做的功. 答案 (1)3 m/s (2)-4 J解析 (1)在A 点由平抛运动规律得: v A =v 0cos 53°=53v 0.①小球由桌面到A 点的过程中,由动能定理得 mg (R +R cos θ)=12m v A 2-12m v 0 2②由①②得:v 0=3 m/s.(2)在最高点C 处有mg =m v C2R ,小球从桌面到C 点,由动能定理得W f =12m v C 2-12m v 02,代入数据解得W f =-4 J.1.(用动能定理求变力的功) 如图5所示,质量为m 的物体与水平转台间的动摩擦因数为μ,物体与转轴相距R ,物体随转台由静止开始转动.当转速增至某一值时,物体即将在转台上滑动,此时转台开始匀速转动.设物体的最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力,则在整个过程中摩擦力对物体做的功是( )图5A.0B.2μmgRC.2πμmgRD.μmgR2答案 D解析 物体即将在转台上滑动但还未滑动时,转台对物体的最大静摩擦力恰好提供向心力,设此时物体做圆周运动的线速度为v ,则有μmg =m v 2R.①在物体由静止到获得速度v 的过程中,物体受到的重力和支持力不做功,只有摩擦力对物体做功,由动能定理得:W =12m v 2-0.②联立①②解得W =12μmgR .2.(利用动能定理分析多过程问题)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6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,圆心角为60°,半径OC 与水平轨道CD 垂直,水平轨道CD 段粗糙且长8 m.某运动员从轨道上的A 点以3 m /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形轨道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60 kg ,B 、E 两点到水平轨道CD 的竖直高度分别为h 和H ,且h =2 m ,H =2.8 m ,g 取10 m/s 2.求:图6(1)运动员从A 点运动到达B 点时的速度大小v B ; (2)轨道CD 段的动摩擦因数μ;(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,则最后停在何处?答案 (1)6 m/s (2)0.125 (3)不能回到B 处,最后停在D 点左侧6.4 m 处(或C 点右侧1.6 m 处) 解析 (1)由题意可知:v B =v 0cos 60°解得:v B =6 m/s.(2)从B 点到E 点,由动能定理可得: mgh -μmgx CD -mgH =0-12m v B 2代入数据可得:μ=0.125.(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,根据动能定理得: mgh -mgh ′-μmg ·2x CD =0-12m v B 2解得h ′=1.8 m<h =2 m所以第一次返回时,运动员不能回到B 点设运动员从B 点运动到停止,在CD 段的总路程为s ,由动能定理可得: mgh -μmgs =0-12m v B 2④解得:s =30.4 m因为s =3x CD +6.4 m ,所以运动员最后停在D 点左侧6.4 m 处或C 点右侧1.6 m 处. 3.(动能定理在平抛、圆周运动中的应用) 如图7所示,一个质量为m =0.6 kg 的小球以初速度v 0=2 m /s 从P 点水平抛出,从粗糙圆弧ABC 的A 点沿切线方向进入(不计空气阻力,进入圆弧时无动能损失)且恰好沿圆弧通过最高点C ,已知圆弧的圆心为O ,半径R =0.3 m ,θ=60°,g =10 m/s 2.求:图7(1)小球到达A 点的速度v A 的大小; (2)P 点到A 点的竖直高度H ;(3)小球从圆弧A 点运动到最高点C 的过程中克服摩擦力所做的功W . 答案 (1)4 m/s (2)0.6 m (3)1.2 J解析 (1)在A 点由速度的合成得v A =v 0cos θ,代入数据解得v A =4 m/s(2)从P 点到A 点小球做平抛运动,竖直分速度v y =v 0tan θ① 由运动学规律有v y 2=2gH ② 联立①②解得H =0.6 m (3)恰好过C 点满足mg =m v C 2R由A 点到C 点由动能定理得 -mgR (1+cos θ)-W =12m v C 2-12m v A 2代入数据解得W =1.2 J.课时作业一、选择题(1~7为单项选择题,8~9为多项选择题)1.在离地面高为h 处竖直上抛一质量为m 的物块,抛出时的速度为v 0,当它落到地面时速度为v ,用g 表示重力加速度,则在此过程中物块克服空气阻力所做的功等于( ) A.mgh -12m v 2-12m v 0 2B.12m v 2-12m v 0 2-mghC.mgh +12m v 0 2-12m v 2D.mgh +12m v 2-12m v 0 2答案 C解析 选取物块从刚抛出到正好落地时的过程,由动能定理可得: mgh -W f 克=12m v 2-12m v 0 2解得:W f 克=mgh +12m v 0 2-12m v 2.2.如图1所示,AB 为14圆弧轨道,BC 为水平直轨道,圆弧的半径为R ,BC 的长度也是R ,一质量为m 的物体,与两个轨道间的动摩擦因数都为μ,当它由轨道顶端A 从静止开始下落,恰好运动到C 处停止,那么物体在AB 段克服摩擦力所做的功为( )图1A.12μmgR B.12mgR C.-mgR D.(1-μ)mgR答案 D解析 设物体在AB 段克服摩擦力所做的功为W AB ,物体从A 运动到C 的全过程,根据动能定理,有mgR -W AB -μmgR =0.所以有W AB =mgR -μmgR =(1-μ)mgR .3.一质量为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所示,则拉力F 所做的功为( )图2A.mgl cos θB.mgl (1-cos θ)D.Fl sin θ 答案 B解析 小球缓慢移动,时时都处于平衡状态,由平衡条件可知,F =mg tan θ,随着θ的增大,F 也在增大,是一个变化的力,不能直接用功的公式求它所做的功,所以这道题要考虑用动能定理求解.由于物体缓慢移动,动能保持不变,由动能定理得:-mgl (1-cos θ)+W =0,所以W =mgl (1-cos θ).4.质量为m 的物体以初速度v 0沿水平面向左开始运动,起始点A 与一轻弹簧最右端O 相距s ,如图3所示.已知物体与水平面间的动摩擦因数为μ,物体与弹簧相碰后,弹簧的最大压缩量为x ,则从开始碰撞到弹簧被压缩至最短,物体克服弹簧弹力所做的功为(不计空气阻力)( )图3A.12m v 0 2-μmg (s +x )B.12m v 0 2-μmgxC.μmgsD.μmgx答案 A解析 设物体克服弹簧弹力所做的功为W ,则物体向左压缩弹簧过程中,弹簧弹力对物体做功为-W ,摩擦力对物体做功为-μmg (s +x ),根据动能定理有-W -μmg (s +x )=0-12m v 0 2,所以W =12m v 0 2-μmg (s +x ).5.质量为m 的小球被系在轻绳一端,在竖直平面内做半径为R 的圆周运动,如图4所示,运动过程中小球受到空气阻力的作用.设某一时刻小球通过轨道的最低点,此时绳子的张力为7mg ,在此后小球继续做圆周运动,经过半个圆周恰好能通过最高点,则在此过程中小球克服空气阻力所做的功是( )图4A.14mgR B.13mgR C.12mgR D.mgR解析 小球通过最低点时,设绳的张力为F T ,则 F T -mg =m v 1 2R ,6mg =m v 1 2R①小球恰好过最高点,绳子拉力为零,这时mg =m v 2 2R ②小球从最低点运动到最高点的过程中,由动能定理得 -mg ·2R -W f =12m v 2 2-12m v 1 2③由①②③式联立解得W f =12mgR ,选C.6.如图5所示,假设在某次比赛中运动员从10 m 高处的跳台跳下,设水的平均阻力约为其体重的3倍,在粗略估算中,把运动员当作质点处理,为了保证运动员的人身安全,池水深度至少为(不计空气阻力)( )图5A.5 mB.3 mC.7 mD.1 m答案 A解析 设水深为h ,对运动全程运用动能定理可得: mg (H +h )-F f h =0,mg (H +h )=3mgh .所以h =5 m.7.如图6所示,小球以初速度v 0从A 点沿粗糙的轨道运动到高为h 的B 点后自动返回,其返回途中仍经过A 点,则经过A 点的速度大小为( )图6A.v 0 2-4ghB.4gh -v 0 2C.v 0 2-2ghD.2gh -v 0 2答案 B解析 从A 到B 运动过程中,重力和摩擦力都做负功,根据动能定理可得mgh +W f =12m v 0 2,从B 到A 过程中,重力做正功,摩擦力做负功(因为是沿原路返回,所以两种情况摩擦力做功大小相等),根据动能定理可得mgh -W f =12m v 2,两式联立得再次经过A 点的速度为4gh -v 0 2,故B 正确.8.在平直公路上,汽车由静止开始做匀加速直线运动,当速度达到v max 后,立即关闭发动机直至静止,v -t 图象如图7所示,设汽车的牵引力为F ,受到的摩擦力为F f ,全程中牵引力做功为W 1,克服摩擦力做功为W 2,则( )图7A.F ∶F f =1∶3B.W 1∶W 2=1∶1C.F ∶F f =4∶1D.W 1∶W 2=1∶3答案 BC解析 对汽车运动的全过程,由动能定理得:W 1-W 2=ΔE k =0,所以W 1=W 2,选项B 正确,选项D 错误;由动能定理得Fx 1-F f x 2=0,由图象知x 1∶x 2=1∶4.所以 F ∶F f =4∶1,选项A 错误,选项C 正确.9.如图8所示,一个小环沿竖直放置的光滑圆环形轨道做圆周运动.小环从最高点A 滑到最低点B 的过程中,线速度大小的平方v 2随下落高度h 的变化图象可能是图中的( )图8答案 AB解析 对小环由动能定理得mgh =12m v 2-12m v 02,则v 2=2gh +v 0 2.当v 0=0时,B 正确.当v 0≠0时,A 正确.二、非选择题10.如图9所示,光滑水平面AB 与一半圆形轨道在B 点相连,轨道位于竖直面内,其半径为R ,一个质量为m 的物块静止在水平面上,现向左推物块使其压紧弹簧,然后放手,物块在弹力作用下获得一速度,当它经B 点进入半圆形轨道瞬间,对轨道的压力为其重力的7倍,之后向上运动恰能完成半圆周运动到达C 点,重力加速度为g .求:图9(1)弹簧弹力对物块做的功;(2)物块从B 到C 克服阻力所做的功;(3)物块离开C 点后,再落回到水平面上时的动能.答案 (1)3mgR (2)12mgR (3)52mgR 解析 (1)由动能定理得W =12m v B 2 在B 点由牛顿第二定律得7mg -mg =m v B 2R解得W =3mgR(2)物块从B 到C 由动能定理得12m v C 2-12m v B2=-2mgR +W ′ 物块在C 点时mg =m v C 2R解得W ′=-12mgR ,即物块从B 到C 克服阻力做功为12mgR . (3)物块从C 点平抛到水平面的过程中,由动能定理得2mgR =E k -12m v C 2,解得E k =52mgR . 11.如图10所示,绷紧的传送带在电动机带动下,始终保持v 0=2 m/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 =10 kg 的工件轻轻地放在传送带底端,由传送带传送至h =2 m 的高处.已知工件与传送带间的动摩擦因数μ=32,g 取10 m/s 2.图10(1)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 =2 m 高处的过程中摩擦力对工件做了多少功?答案 (1)工件先以2.5 m /s 2的加速度做匀加速直线运动,运动0.8 m 与传送带达到共同速度2 m/s 后做匀速直线运动 (2)220 J解析 (1)工件刚放上传送带时受滑动摩擦力:F f =μmg cos θ,工件开始做匀加速直线运动,由牛顿运动定律:F f -mg sin θ=ma 可得:a =F f m-g sin θ =g (μcos θ-sin θ)=10×⎝⎛⎭⎫32cos 30°-sin 30° m/s 2 =2.5 m/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:x =v 0 22a =222×2.5 m =0.8 m <h sin θ=4 m 故工件先以2.5 m /s 2的加速度做匀加速直线运动,运动0.8 m 与传送带达到共同速度2 m/s 后做匀速直线运动.(2)在工件从传送带底端运动至h =2 m 高处的过程中,设摩擦力对工件做功为W f ,由动能定理得W f -mgh =12m v 0 2, 可得:W f =mgh +12m v 0 2=10×10×2 J +12×10×22 J =220 J. 12.如图11所示,光滑斜面AB 的倾角θ=53°,BC 为水平面,BC 长度l BC =1.1 m ,CD 为光滑的14圆弧,半径R =0.6 m.一个质量m =2 kg 的物体,从斜面上A 点由静止开始下滑,物体与水平面BC间的动摩擦因数μ=0.2,轨道在B、C两点光滑连接.当物体到达D点时,继续竖直向上运动,最高点距离D点的高度h=0.2 m.sin 53°=0.8,cos 53°=0.6.g取10 m/s2.求:图11(1)物体运动到C点时的速度大小v C;(2)A点距离水平面的高度H;(3)物体最终停止的位置到C点的距离s.答案(1)4 m/s(2)1.02 m(3)0.4 m解析(1)物体由C点运动到最高点,根据动能定理得:-mg(h+R)=0-122m v C代入数据解得:v C=4 m/s(2)物体由A点运动到C点,根据动能定理得:12-0=mgH-μmgl BC2m v C代入数据解得:H=1.02 m(3)从物体开始下滑到停下,根据动能定理得:mgH-μmgs1=0代入数据,解得s1=5.1 m由于s1=4l BC+0.7 m所以,物体最终停止的位置到C点的距离为:s=0.4 m.。
双基限时练(二十一)习题课(二)1.某物体同时受到两个在同一直线上的力F1、F2的作用,物体由静止开始做直线运动,其位移与力F1、F2的关系图象如图所示,在这4m内,物体具有最大动能时的位移是()A.1 m B.2 mC.3 m D.4m解析由图象可看出前2 m内合力对物体做正功,物体的动能增加,后2 m内合力对物体做负功,物体的动能减小,所以物体具有最大动能时的位移是2 m.答案 B2.一质量为m 的小球,用长为l 的轻绳悬挂于O 点.小球在水平力F 作用下,从平衡位置P 点很缓慢地移动到Q 点,如图所示,则力F 所做的功为( )A .mgl cos θB .Fl sin θC .mgl (1-cos θ)D .Fl cos θ解析 小球的运动过程是缓慢的,因而任一时刻都可看作是平衡状态,因此F 的大小不断变大,F 做的功是变力功.小球上升过程只有重力mg 和F 这两个力做功,由动能定理得W F -mgl (1-cos θ)=0,所以W F =mgl (1-cos θ).答案 C3.物体在水平恒力作用下,在水平面上由静止开始运动,当位移为x 时撤去F ,物体继续前进3x 后停止运动,若路面情况相同,则物体的摩擦力和最大动能分别是( )A.F 3,4Fx B.F 3,Fx C.F 4,Fx 3 D.F 4,3Fx 4解析 对整个过程应用动能定理得:Fx -F f ·4x =0,解得F f =F 4;最大动能E k =Fx -F f x =3Fx 4,故D 正确. 答案 D4.如图所示,质量为m 的物体在水平恒力F 的推动下,从山坡底部A 处由静止开始运动至高为h 的坡顶B 处,获得的速度为v ,A 、B 间的水平距离为x ,下列说法正确的是( )A .物体克服重力所做的功是mghB .合力对物体做的功是12m v 2 C .推力对物体做的功是Fx -mghD .物体克服阻力做的功是12m v 2+mgh -Fx 解析 设物体克服阻力做的功为W ,由动能定理得Fx -mgh -W =12m v 2-0,得W =Fx -mgh -12m v 2,故D 错误;因为F 是水平恒力,x 是水平位移,推力对物体做的功可由W =Fx 计算,故C 错误;由动能定理知,B 正确;物体克服重力所做的功为mgh ,A 正确.答案 AB5.质量为m 的物体以初速度v 0沿水平面向左开始运动,起始点A 与一轻弹簧O 端相距s ,如图所示.已知物体与水平面间的动摩擦因数为μ,物体与弹簧相碰后,弹簧的最大压缩量为x ,则从开始碰撞到弹簧被压缩至最短,物体克服弹簧弹力所做的功为( )A.12m v 20-μmg (s +x ) B.12m v 20-μmgx C .μmgs D .μmg (s +x )解析 由动能定理得-W -μmg (s +x )=-12m v 20,W =12m v 20-μmg (s +x ).答案 A6.如图所示,ABCD 是一个盆式容器,盆内侧壁与盆底BC 的连接处都是一段与BC 相切的圆弧,BC 为水平的,其距离d =0.50 m .盆边缘的高度为h =0.30 m .在A 处放一个质量为m 的小物块并让其从静止出发下滑.已知盆内侧壁是光滑的,而盆底BC 面与小物块间的动摩擦因数为μ=0.10,小物块在盆内来回滑动,最后停下来,则停止点到B 点的距离为( )A .0.50 mB .0.25 mC .0.10 mD .0解析 设物块在BC 面上运动的总路程为x .由动能定理知:W 合=E k1-E k0,其中E k1=E k0=0,所以,μmgx =mgh ,则x =h μ=0.300.10m =3 m ,因为d =0.5 m ,则x d =30.5=6,可见物块最后停在B 点,故D 正确.答案 D7.一物体沿直线运动的v -t 图象如图所示,已知在第1 s 内合外力对物体做的功为W ,则( )A .从第1 s 末到第3 s 末合外力做功为4WB .从第3 s 末到第5 s 末合外力做功为-2WC .从第5 s 末到第7 s 末合外力做功为WD .从第3 s 末到第4 s 末合外力做功为-34W 解析 由题知,第1 s 内合外力做功为W ,令物体质量为m ,则W =12m v 2,第1 s 末到第3 s 末,由动能定理得合外力做的功为0;从第3 s 末到第5 s 末,合外力做功为0-12m v 2=-W ;从第5 s 末到第7 s 末,合外力做的功为12m (-v )2-0=W ;从第3 s 末到第4 s 末,合外力做的功为12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫v 22-12m v 2=-34×12m v 2=-34W . 答案 CD8.一辆质量为m 、额定功率为P 的小车从静止开始以恒定的加速度a 启动,所受阻力为F f ,经时间t ,行驶距离x 后达到最大速度v m ,然后匀速运动,则从静止开始到达到最大速度过程中,机车牵引力所做的功为( )A .PtB .(F f +ma )x C.12m v 2m D.12m v 2m +F f x 解析 汽车开始做匀加速直线运动,功率不是恒定的,故A 错误;由牛顿第二定律知,开始匀加速阶段,机车牵引力为F f +ma ,但达到最大速度v m 前,有一段变加速过程,牵引力逐渐变小,故B错误;由动能定理可得:W 牵-F f x =12m v 2m ,所以W 牵=12m v 2m +F f x ,D 正确,C 错误.答案 D9.如图所示,长为L 的长木板水平放置,在木板的A 端放置一个质量为m 的小物块,现缓慢地抬高A 端,使木板以左端为轴转动,当木板转到与水平面的夹角为α时小物块开始滑动,此时停止转动木板,小物块滑到底端的速度为v ,则在整个过程中( )A.木板对物块做功一定大于12m v2B.静摩擦力对小物块做功为mgL sin αC.支持力对小物块做功为mgL sin αD.滑动摩擦力对小物块做功为12m v2-mgL sin α解析木板转动过程中,小物块受到的静摩擦力与运动方向垂直,静摩擦力做功为零,支持力做功为mgL sin α,小物块下滑过程中,支持力不做功,滑动摩擦力做负功,由mgL sin α+W f=12m v2得,滑动摩擦力对小物块做功为W f=12m v2-mgL sinα,故B错误,C、D正确;整个过程中,对物块应用动能定理得:W木板=12m v2,A错误.答案CD10.如图所示,质量为M、长度为l的小车静止在光滑的水平面上,质量为m的小物块(可视为质点)放在小车的最左端.现用一水平恒力F作用在小物块上,使物块从静止开始做匀加速直线运动.物块和小车之间的摩擦力为F f.物块滑到小车的最右端时,小车运动的距离为x.在这个过程中,以下结论正确的是()A.物块到达小车最右端时具有的动能为(F-F f)(l+x)B.物块到达小车最右端时,小车具有的动能为F f xC.物块克服摩擦力所做的功为F f(l+x)D.物块和小车增加的机械能为Fx解析根据动能定理,物块到达最右端时具有的动能为E k1=ΔE k1=F(l+x)-F f(l+x)=(F-F f)(l+x),A对;物块到达最右端时,小车具有的动能为E k2=ΔE k2=F f x,B对;物块和小车增加的机械能为ΔE=F(x+l)-F f l,D错;由功的定义,物块克服摩擦力所做的功为W f=F f(l+x),C对.答案ABC11.冰壶在水平冰面上的一次滑行可简化为如下过程:如图所示,运动员将静止于O点的冰壶(视为质点)沿直线OO′推到A点放手,此后冰壶沿AO′滑行,最后停于C点.已知冰面和冰壶间的动摩擦因数为μ,冰壶质量为m,AC=L,CO′=r,重力加速度为g.(1)求冰壶在A 点的速率;(2)若将BO ′段冰面与冰壶间的动摩擦因数减小为0.8μ,原本只能滑到C 点的冰壶能停于O ′点,求A 点与B 点之间的距离.解析 (1)对冰壶,从A 点放手到停止于C 点,设在A 点时的速度为v 1,应用动能定理有:-μmgL =-12m v 21, 解得v 1=2μgL .(2)设A 、B 之间距离为x ,对冰壶,从A 到O ′的过程,应用动能定理,-μmgx -0.8μmg (L +r -x )=0-12m v 21, 解得x =L -4r .答案 (1)2μgL (2)L -4r12.滑板运动已成为青少年所喜爱的一种体育运动,如图所示,某同学正在进行滑板运动.图中AB 段路面是水平的,BCD 是一段半径R =20 m 的拱起的圆弧路面,圆弧的最高点C 比AB 段路面高出h =1.25 m .已知人与滑板的总质量为M =60 kg.该同学自A 点由静止开始运动,在AB 路段他单腿用力蹬地,到达B 点前停止蹬地,然后冲上圆弧路段,结果到达C 点时恰好对地面压力为零,不计滑板与各路段之间的摩擦力及经过B 点时的能量损失(g 取10 m/s 2).求:(1)该同学到达C 点时的速度;(2)该同学在AB 段所做的功.解析 (1)该同学通过C 点时有Mg =M v 2C R ,代入数据得v C =10 2 m/s.(2)人和滑板从A 点运动到C 点的过程中,根据动能定理有W -Mgh =12M v 2C , 代入数据解得W =6 750 J.答案 (1)10 2 m/s (2)6 750 J13.如图是一个粗糙程度处处相同的斜面和水平面,其连接B处用一个弯曲的圆弧连接,小球经过此处时机械能不损失.一个质量为m 的滑块从高为h的斜面上A点静止下滑,结果停止在水平面上的C 点,设释放点到停止点的水平距离为s,(1)求证:μ=h s;(2)如果仅改变斜面的倾角或滑块的质量,水平距离s会变化吗?(3)现在要使物体由C点沿原路回到A点时速度为零,那么必须给小球以多大的初速度?(设小球经过B点处无能量损失,重力加速度为g)解析(1)设斜面的倾角为α,斜面的射影和水平面BC的长度分别为x、l,在斜面上,摩擦力做功为W f1=-μmg cos α·x cos α=-μmgx , 在平面上,摩擦力做功为W f2=-μmgl ,在全过程中,由动能定理得:W f1+W f2+mgh =0-0,由以上得:μ=h s .(2) 由(1)式得:μ=h s ,s 与小球的质量和斜面的倾角无关.(3)根据动能定理得:由A 到C :mgh -W f =0,由C 到A :-mgh -W f =0-12m v 2, 联立解得:v =2gh .答案 (1)见解析 (2) 不变化 (3)2gh。