高中物理动能与动能定理试题(有答案和解析).docx
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高中物理动能与动能定理专项训练及答案含解析一、高中物理精讲专题测试动能与动能定理1.如图所示,竖直平面内有一固定的光滑轨道ABCD,其中AB是足够长的水平轨道,B端与半径为R的光滑半圆轨道BCD平滑相切连接,半圆的直径BD竖直,C点与圆心O等高.现有一质量为m的小球Q静止在B点,另一质量为2m的小球P沿轨道AB向右匀速运动并与Q发生对心碰撞,碰撞后瞬间小球Q对半圆轨道B点的压力大小为自身重力的7倍,碰撞后小球P恰好到达C点.重力加速度为g.(1)求碰撞前小球P的速度大小;(2)求小球Q离开半圆轨道后落回水平面上的位置与B点之间的距离;(3)若只调节光滑半圆轨道BCD半径大小,求小球Q离开半圆轨道D点后落回水平面上的位置与B点之间的距离最大时,所对应的轨道半径是多少?【答案】(1)(2)(3)【解析】【分析】【详解】设小球Q在B处的支持力为;碰后小球Q的速度为,小球P的速度为;碰前小球P 的速度为;小球Q到达D点的速度为.(1)由牛顿第三定律得小球Q在B点碰后小球Q在B点由牛顿第二定律得:碰后小球P恰好到C点,由动能定理得:P、Q对心碰撞,由动量守恒得:联立解得:(2)小球Q从B到D的过程中,由动能定理得:解得,所以小球Q能够到达D点由平抛运动规律有:联立解得(3)联立解得:当时x 有最大值所以【点睛】解决本题时要抓住弹簧的形变量相等时弹性势能相等这一隐含的条件,正确分析能量是如何转化,分段运用能量守恒定律列式是关键.2.如图所示,斜面高为h ,水平面上D 、C 两点距离为L 。
可以看成质点的物块从斜面顶点A 处由静止释放,沿斜面AB 和水平面BC 运动,斜面和水平面衔接处用一长度可以忽略不计的光滑弯曲轨道连接,图中没有画出,不计经过衔接处B 点的速度大小变化,最终物块停在 水平面上C 点。
已知物块与斜面和水平面间的滑动摩擦系数均为μ。
请证明:斜面倾角θ稍微增加后,(不改变斜面粗糙程度)从同一位置A 点由静止释放物块,如图中虚线所示,物块仍然停在同一位置C 点。
课时分层作业(十四)动能动能定理题组一动能的理解1.下面有关动能的说法正确的是()A.物体只有做匀速运动时,动能才不变B.物体做平抛运动时,水平方向速度不变,物体的动能也不变C.物体做自由落体运动时,重力做功,物体的动能增加D.物体的动能变化时,速度不一定变化,速度变化时,动能一定变化C[物体只要速率不变,动能就不变,A错;动能是标量,不能分解,做平抛运动的物体动能逐渐增大,B错;物体做自由落体运动时,其合力等于重力,重力做正功,物体的动能增加,故C正确;物体的动能变化时,速度一定变化,速度变化时,动能不一定变化,故D错。
]2.改变消防车的质量和速度,能使消防车的动能发生改变。
在下列几种情况下,消防车的动能是原来的2倍的是()A.质量不变,速度增大到原来的2倍B.质量减半,速度增大到原来的4倍C.速度不变,质量增大到原来的2倍D.速度减半,质量增大到原来的2倍C[设物体的原始质量为2,原始的速度为1,由公式E k=12m v2,代入数据得,原始动能E k=1。
质量不变,则m=2,速度变为原来的2倍,则v=2,由公式E k=12m v2,代入数据得动能E k1=4,动能变为原来4倍,故A错误;质量减半,则m=1,速度变为原来的4倍,则v=4,由公式E k=12m v2,代入数据得动能E k2=8,动能变为原来的8倍,故B错误;速度不变,则v=1,质量变为原来的2倍,则m=4,由公式E k=12m v2,代入数据得动能E k3=2,动能变为原来的2倍,故C正确;速度减半,则v=12,质量增大到原来的2倍,则m=4,由公式E k=12m v2,代入数据得动能E k4=12,动能变为原来的12,故D错误。
]3.一物体的速度为v0时,其动能为E k,当其速度变为2v0时,其动能变为()A.2E k B.12E kC.4E k D.14E kC[由动能定义式E k=12m v2可知,当物体的速度增大为原来的2倍时,物体的动能变为E′k=12m(2v0)2=4E k,故C正确,A、B、D错误。
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)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。
1.关于做功和物体动能变化的关系,不正确的是().A.只有动力对物体做功时,物体的动能增加B.只有物体克服阻力做功时,它的功能减少C.外力对物体做功的代数和等于物体的末动能和初动能之差D.动力和阻力都对物体做功,物体的动能一定变化2.下列关于运动物体所受的合外力、合外力做功和动能变化的关系正确的是().A.如果物体所受的合外力为零,那么合外力对物体做的功一定为零B.如果合外力对物体所做的功为零,则合外力一定为零C.物体在合外力作用下作变速运动,动能一定变化D.物体的动能不变,所受的合外力必定为零3.两个材料相同的物体,甲的质量大于乙的质量,以相同的初动能在同一水平面上滑动,最后都静止,它们滑行的距离是().A.乙大B.甲大C.一样大D.无法比较4.一个物体沿着高低不平的自由面做匀速率运动,在下面几种说法中,正确的是().A.动力做的功为零B.动力做的功不为零C.动力做功与阻力做功的代数和为零D.合力做的功为零5.放在水平面上的物体在一对水平方向的平衡力作用下做匀速直线运动,当撤去一个力后,下列说法中错误的是().A.物体的动能可能减少B.物体的动能可能增加C.没有撤去的这个力一定不再做功D.没有撤去的这个力一定还做功平面上做匀速圆周运动,拉力为某个值F时,转动半径为B,当拉力逐渐减小到了F/4时,物体仍做匀速圆周运动,半径为2R,则外力对物体所做的功大小是().A、FR/4B、3FR/4C、5FR/2D、零7. 一物体质量为2kg,以4m/s的速度在光滑水平面上向左滑行。
从某时刻起作用一向右的水平力,经过一段时间后,滑块的速度方向变为水平向右,大小为4m/s,在这段时间内,水平力做功为()A. 0B. 8JC. 16JD. 32J8.质量为5×105kg的机车,以恒定的功率沿平直轨道行驶,在3minl内行驶了1450m,其速度从10m/s增加到最大速度15m/s.若阻力保持不变,求机车的功率和所受阻力的数值.9. 一小球从高出地面Hm 处,由静止自由下落,不计空气阻力,球落至地面后又深入沙坑h米后停止,求沙坑对球的平均阻力是其重力的多少倍。
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。
2024全国高考真题物理汇编动能和动能定理一、单选题 1.(2024江西高考真题)两个质量相同的卫星绕月球做匀速圆周运动,半径分别为1r 、2r ,则动能和周期的比值为( )A.k121k212,E r T E r T ==B.k111k222,E r T E r T ==C.k121k212,E r T E r T ==D.k111k222E r T E r T ==,2.(2024北京高考真题)水平传送带匀速运动,将一物体无初速度地放置在传送带上,最终物体随传送带一起匀速运动。
下列说法正确的是( ) A .刚开始物体相对传送带向前运动 B .物体匀速运动过程中,受到静摩擦力 C .物体加速运动过程中,摩擦力对物体做负功 D .传送带运动速度越大,物体加速运动的时间越长3.(2024安徽高考真题)某同学参加户外拓展活动,遵照安全规范,坐在滑板上,从高为h 的粗糙斜坡顶端由静止下滑,至底端时速度为v .已知人与滑板的总质量为m ,可视为质点.重力加速度大小为g ,不计空气阻力.则此过程中人与滑板克服摩擦力做的功为( ) A .mghB .212mvC .212mgh mv +D .212mgh mv -4.(2024测试,测试时配重小车被弹射器从甲板上水平弹出后,落到海面上。
调整弹射装置,使小车水平离开甲板时的动能变为调整前的4倍。
忽略空气阻力,则小车在海面上的落点与其离开甲板处的水平距离为调整前的( ) A .0.25倍B .0.5倍C .2倍D .4倍5.(2024福建高考真题)先后两次从高为 1.4m OH =高处斜向上抛出质量为0.2kg m =同一物体落于12Q Q 、,测得128.4m,9.8m OQ OQ ==,两轨迹交于P 点,两条轨迹最高点等高且距水平地面高为3.2m ,下列说法正确的是( )A4 B .第一次过P 点比第二次机械能少1.3J C .落地瞬间,第一次,第二次动能之比为72:85D .第二次抛出时速度方向与落地瞬间速度方向夹角比第一次大二、解答题 6.(2024全国高考真题)将重物从高层楼房的窗外运到地面时,为安全起见,要求下降过程中重物与楼墙保持一定的距离。
【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。
高中物理动能与动能定理专项训练100(附答案)含解析一、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 ==2.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122A QELaL mv =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 =,'112B A QELmv 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:1102A mLaQEvt -==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:21233mLQEt t == ()221112222A A QELa a mv 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:()2220t mgg mL t Qat QE Et m B Q ⎛⎫==<≤ ⎪ ⎪⎝⎭从第一次碰撞到发生第二次碰撞:()222232t mL mL t QE QE mL E t QE m B Q ⎛⎫=<≤ ⎪ ⎪⎛⎫⎝⎭- ⎪⎝⎭ 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。
高考物理动能与动能定理题20套(带答案)含解析一、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。
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。
高中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,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 ==2.如图所示,光滑水平轨道距地面高h=0.8m ,其左端固定有半径R=0.6m 的内壁光滑的半圆管形轨道,轨道的最低点和水平轨道平滑连接.质量m 1=1.0kg 的小球A 以v 0=9m/s 的速度与静止在水平轨道上的质量m2=2.0kg的小球B发生对心碰撞,碰撞时间极短,小球A被反向弹回并从水平轨道右侧边缘飞出,落地点到轨道右边缘的水平距离s=1.2m.重力加速度g=10m/s2.求:(1)碰后小球B的速度大小v B;(2)小球B运动到半圆管形轨道最高点C时对轨道的压力.【答案】(1)6m/s(2)20N,向下【解析】【详解】(1)根据得:则规定A的初速度方向为正方向,AB碰撞过程中,系统动量守恒,以A运动的方向为正方向,有:m1v0=m2v B-m1v A,代入数据解得:v B=6m/s.(2)根据动能定理得:代入数据解得:根据牛顿第二定律得:解得:,方向向下根据牛顿第三定律得,小球对轨道最高点的压力大小为20N,方向向上.【点睛】本题考查了动能定理、动量守恒定律、牛顿第二定律的综合,涉及到平抛运动、圆周运动,综合性较强,关键要理清过程,选择合适的规律进行求解.3.如图所示,质量m=2kg的小物块从倾角θ=37°的光滑斜面上的A点由静止开始下滑,经过B点后进入粗糙水平面,已知AB长度为3m,斜面末端B处与粗糙水平面平滑连接.试求:(1)小物块滑到B 点时的速度大小.(2)若小物块从A 点开始运动到C 点停下,一共经历时间t =2.5s ,求BC 的距离. (3)上问中,小物块与水平面的动摩擦因数μ多大?(4)若在小物块上始终施加一个水平向左的恒力F ,小物块从A 点由静止出发,沿ABC 路径运动到C 点左侧3.1m 处的D 点停下.求F 的大小.(sin37°=0.6,cos37°=0.8 ) 【答案】(1)6m/s (2)1.5s (3)0.4μ=(4) 2.48N F = 【解析】 【详解】(1)根据机械能守恒得:21sin 372AB B mgs mv ︒=解得:2sin3721030.6m/s 6m/s B AB v gs =︒=⨯⨯⨯=;(2)物块在斜面上的加速度为:21sin 6m/s a g θ==在斜面上有:2112AB s a t =代入数据解得:11s t =物块在BC 段的运动时间为:21 1.5s t t t =-=BC 段的位移为:21(0) 4.5m 2BC B s v t =+=(3)在水平面上,有:220B v a t =﹣解得:2224m/s Bv a t -==-. 根据牛顿第二定律有:2mg ma μ=﹣代入数据解得:0.4μ=.(4)从A 到D 的过程,根据动能定理得:()sin cos 0AB BD AB BD mgs F s s mgs θθμ++-=代入数据解得:2.48N F = 【点睛】连接牛顿第二定律与运动学公式的纽带就是加速度,所以在做这一类问题时,特别又是多过程问题时,先弄清楚每个过程中的运动性质,根据牛顿第二定律求加速度然后根据加速度用运动学公式解题或者根据运动学公式求解加速度然后根据加速度利用牛顿第二定律求解力.4.如图甲所示为某一玩具汽车的轨道,其部分轨道可抽象为图乙的模型.AB 和BD 为两段水平直轨道,竖直圆轨道与水平直轨道相切于B 点,D 点为水平直轨道与水平半圆轨道的切点.在某次游戏过程中,通过摇控装置使静止在A 点的小车以额定功率启动,当小车运动到B 点时关闭发动机并不再开启,测得小车运动到最高点C 时对轨道的压力大小5.6N N F =,小车通过水平半圆轨道时速率恒定.小车可视为质点,质量400g m =,额定功率20W P =,AB 长1m l =,BD 长0.75m s =,竖直圆轨道半径25cm R =,水平半圆轨道半径10cm r =.小车在两段水平直轨道所受的阻力大小均为4N f =,在竖直圆轨道和水平半圆轨道所受的阻力均忽略不计,重力加速度取210m/s g =.求:(1)小车运动到C 点时的速度大小; (2)小车在BD 段运动的时间; (3)水平半圆轨道对小车的作用力大小;(4)要使小车能通过水平半圆轨道,发动机开启的最短时间. 【答案】(16m/s ;(2)0.3s ;(3)42N .;(4)0.35s . 【解析】 【详解】(1)由小车在C 点受力得:2N c v F mg m R+=解得:C v =(2)从C 点到B 点,由动能定理得:2211222B C mgR mv mv =-解得:4m/s B v =小车在BD 段运动的加速度大小为:210m/s fa m== 由运动学公式:212B s v t at =-解得:0.3s t =(3)从B 点到D 点,由运动学公式:D B v v at =-,解得:1m/s D v =小车在水平半圆轨道所需的向心力大小:2Dn v F m r=,代入数据可得:4N n F =()222n F F mg =+水平半圆轨道对小车的作用力大小为:F =.(4)设小车恰能到C 点时的速度为1v ,对应发动机开启的时间为1t ,则:21v mg m R=211122Pt fl mgR mv --=解得10.325s t =.在此情况下从C 点到D 点,由动能定理得:211222D C mgR Fs mv mv -=-解得2 2.5Dv=-即小车无法到达D点.设小车恰能到D点时对应发动机开启的时间为2t,则有:() 20Pt f l s-+=,解得20.35st=.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。
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 。
高中物理动能与动能定理解题技巧讲解及练习题( 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/s 2.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=v0t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??2.如图所示,小滑块(视为质点)的质量m= 1kg AB的倾角;固定在地面上的斜面=37 °、长 s=1m ,点 A 和斜面最低点B 之间铺了一层均质特殊材料,其与滑块间的动摩擦因数μ可在 0≤μ≤1.5之间调节。
点B与水平光滑地面平滑相连,地面上有一根自然状态下的轻弹簧一端固定在O 点另一端恰好在 B 点。
认为滑块通过点 B 前、后速度大小不变;最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
(物理)物理动能与动能定理练习题含答案一、高中物理精讲专题测试动能与动能定理1.如图所示,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。
(1) 在C 点,竖直分速度: 22 1.5/y v gh m s ==0sin37y c v v =,解得: 2.5/c v m s =(2)C 点的水平分速度与B 点的速度相等,则372/B x C v v v cos m s ︒===从A 到B 点的过程中,据动能定理得: 2112f B mgh W mv -=,解得: 1f W J = (3) 滑块在传送带上运动时,根据牛顿第二定律得: 3737mgcos mgsin ma μ︒︒-=解得: 20.4/a m s = 达到共同速度所需时间5cv v t s a-== 二者间的相对位移52cv v x t vt m +∆=-= 由于3737mgsin mgcos μ︒<︒,此后滑块将做匀速运动。
滑块在传送带上运动时与传送带摩擦产生的热量0cos3732Q mg x J μ⋅∆==2.如图所示,斜面高为h ,水平面上D 、C 两点距离为L 。
高中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.某小型设备工厂采用如图所示的传送带传送工件。
传送带由电动机带动,以v 2m/s的速度顺时针匀速转动,倾角37。
工人将工件轻放至传送带最低点A,由传送带传送至最高点 B 后再由另一工人运走,工件与传送带间的动摩擦因数为7,所运送的每个工8件完全相同且质量 m 2kg 。
传送带长度为L6m ,不计空气阻力。
(工件可视为质点,sin37 0.6 , cos370.8,g10m / s2)求:(1)若工人某次只把一个工件轻放至 A 点,则传送带将其由最低点 A 传至 B 点电动机需额外多输出多少电能?(2)若工人每隔 1 秒将一个工件轻放至 A 点,在传送带长时间连续工作的过程中,电动机额外做功的平均功率是多少?【答案】 (1)104J; (2)104W【解析】【详解】(1)对工件mg cos mgsin ma2v2axv at1t1 2s得x 2mx带vt12xx相x带x 2m由能量守恒定律E电Q E p E k即E电mg cos x相 mgL sin 1 mv22代入数据得E电104J(2)由题意判断,每 1s 放一个工件,传送带上共两个工件匀加速,每个工件先匀加速后匀速运动,与带共速后工件可与传送带相对静止一起匀速运动。
匀速运动的相邻的两个工件间距为x v t2mL x n x得n 2所以,传送带上总有两个工件匀加速,两个工件匀速则传送带所受摩擦力为f 2 mg cos2mg sin电动机因传送工件额外做功功率为P fv104W2.如图所示,在娱乐节目中,一质量为m=60 kg 的选手以 v0= 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v1,则- mg(L- Lcos θ)=mv12- mv02,v1= 5m/s(2)设选手放开抓手时的水平速度为v2, v2= v1cos θ①选手在传送带上减速过程中a=-μg② v= v2+ at1③④匀速运动的时间 t2, s- x1= vt2⑤选手在传送带上的运动时间t = t1+ t2⑥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. 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.2QELBm 2 g【答案】 (1) v A1 0vB1(2) 5QEL2mL(3) 2E tmQ QE2mL 2mL)(t3QEQE【解析】QE2QEL;碰前 B 的速度 v B1(1) A 球的加速度 am ,碰前 A 的速度vA12aLm''设碰后 A 、 B 球速度分别为v A1 、 vB1,两球发生碰撞时,由动量守恒和能量守恒定律有:''1 21'2 1 '2mvA 1mvA1mv B1 ,2 m v A1 2 m v A12mvB1所以 B 碰撞后交换速度:''2QELvA1,v B1vA1m(2)设 A 球开始运动时为计时零点,即 t 0 , A 、 B 球发生第一次、第二次的碰撞时刻分别为 t 1 、 t 2 ;由匀变速速度公式有: t 1v A12mLaQE第一次碰后,经 t 2t 1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v A 2和v B 2,由位移关系有:'122mLvB1t 2 t 12at 2 t 1 ,得到: t 23t 13QE2QEL'v A 2a t 2t 12a t 12vA12m; v B 2vB11 212由功能关系可得: W 电= 2 m vA22 mv B 25QEL(另解:两个过程A 球发生的位移分别为x 1、 x 2 , x 1L ,由匀变速规律推论x 24L ,根据电场力做功公式有: W QEx 1x 25QEL )(3)对 A 球由平衡条件得到:QBv Amg , vA at , aQE m从 A 开始运动到发生第一次碰撞:B tmgm 2 g2mL2tQatQ EtQEB tm 2g2mL 2mL2mL t3从第一次碰撞到发生第二次碰撞:2tQEQEQ EQE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.4. 如图所示,在倾角为 θ=30°m 的 的固定斜面上固定一块与斜面垂直的光滑挡板,质量为 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。
A与 B 半径均为 R ,曲面均光滑,半圆柱体 A 底面与斜面间的动摩擦因数为μ.现用平行斜面向上的力拉 A ,使 A 沿斜面向上缓慢移动,直至 B 恰好要降到斜面.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g 。
求:(1)未拉 A 时, B 受到 A 的作用力 F 大小;(2)在 A 移动的整个过程中,拉力做的功W ;(3)要保持 A 缓慢移动中拉力方向不变,动摩擦因数的最小值μmin .【答案】( 1) F =1 3) mgR (3)5 33 mg ( 2) W(9min92【解析】 【详解】(1)研究 B ,据平衡条件,有F =2mg cos θ解得F = 3 mg (2)研究整体,据平衡条件,斜面对 A 的支持力为N =3mgcosθ= 3 3mg 2f =μ N= 3 3μmg 2由几何关系得 A 的位移为x =2Rcos30 °= 3 R 克服摩擦力做功Wf =fx =4.5μ mgR 由几何关系得 A 上升高度与 B 下降高度恰均为h =3R 2据功能关系W + 2mgh - mgh - Wf = 0解得1W(93) mgR2(3) B 刚好接触斜面时,挡板对 B 弹力最大研究 B 得2mg4mgN msin 30研究整体得f min + 3mgsin30°=N′m解得f min = 2.5mg可得最小的动摩擦因数:f min 5 3minN95.如图所示,质量m=2kg 的小物块从倾角θ=37°的光滑斜面上的A 点由静止开始下滑,经过B 点后进入粗糙水平面,已知 AB 长度为 3m ,斜面末端 B 处与粗糙水平面平滑连接.试求:(1)小物块滑到 B 点时的速度大小.(2)若小物块从 A 点开始运动到 C 点停下,一共经历时间t=2.5s,求 BC 的距离.(3)上问中,小物块与水平面的动摩擦因数μ多大?(4)若在小物块上始终施加一个水平向左的恒力F,小物块从 A 点由静止出发,沿ABC 路径运动到 C 点左侧 3.1m 处的 D 点停下.求 F 的大小.( sin37 °=0.6, cos37°=0.8 )【答案】( 1) 6m/s (2)1.5s(3)0.4( 4)F 2.48N【解析】【详解】(1)根据机械能守恒得:mgs AB sin 371mv B22解得:v B2gs AB sin37 2 10 3 0.6m/s6m/s ;(2)物块在斜面上的加速度为:a1g sin6m/s 2在斜面上有:sAB1a1t 22代入数据解得:t11s物块在 BC 段的运动时间为:t2t t1 1.5sBC 段的位移为:s BC 1 (v B0)t2 4.5m2(3)在水平面上,有:0﹣ v B a2t2解得:a2v B4m/s 2.t2根据牛顿第二定律有:﹣ mg ma2代入数据解得:0.4 .(4)从 A 到 D 的过程,根据动能定理得:mgs AB sin F s BD s AB cos mgs BD0代入数据解得:F 2.48N【点睛】连接牛顿第二定律与运动学公式的纽带就是加速度,所以在做这一类问题时,特别又是多过程问题时,先弄清楚每个过程中的运动性质,根据牛顿第二定律求加速度然后根据加速度用运动学公式解题或者根据运动学公式求解加速度然后根据加速度利用牛顿第二定律求解力 .6.如图所示,两个半圆形的光滑细管道(管道内径远小于半圆形半径)在竖直平面内交叠,组成“S字”形通道.大半圆BC 的半径 R=0.9m,小半圆CD 的半径r=0.7m .在“S字”形通道底部 B 连结一水平粗糙的细直管AB.一质量 m=0.18kg 的小球(可视为质点)从 A 点以V =12m/s 的速度向右进入直管道,经t =0.5s 到达 B 点,在刚到达半圆轨道 B 点时,对 B01点的压力为 N Bg=10m/s 2)求:=21.8N.(取重力加速度(1)小球在 B 点的速度 V B及小球与 AB 轨道的动摩擦因数?(2)小球到达“S字”形通道的顶点 D 后,又经水平粗糙的细直管DE,从 E 点水平抛出,其水平射程 S=3.2m.小球在 E 点的速度 V E为多少?(3)求小球在到达 C 点后的瞬间,小球受到轨道的弹力大小为多少?方向如何?【答案】( 1) V B=10m/s ,=0.4( 2) V E=S/ t=4m/s ( 3) N C=18.25N 方向向上【解析】【详解】(1)根据牛顿第二定律有 N B-mg=mV B2/RV B=10m/sa=(V0-V B)/t=4m/s 2mg=m a a =mg=0.4(2) H=2R+2r=3.2m2Ht=gV E=S/ t=4m/s(3) N C- mg=mV C2/r11m V B2=2mg R+m V C222N C=18.25N 方向向上7.如图所示,四分之一光滑圆弧轨道AO 通过水平轨道OB 与光滑半圆形轨道BC 平滑连接, B、 C 两点在同一竖直线上,整个轨道固定于竖直平面内,以O 点为坐标原点建立直角坐标系xOy。