《高中物理高考物理动能定理的综合应用的技巧及练习题及练习题(含答案).docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理高考物理动能定理的综合应用的技巧及练习题及练习题(含答案).docx（20页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、高中物理高考物理动能定理的综合应用的技巧及练习题及练习题( 含答案 )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R1 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 m1 kg 的小球，在水平恒力F 250N 的作用下由静止沿光滑水平面从A 点17运动到 B 点， A、 B 间的距离 x 17m，当小球运动到 B 点时撤去外力F，小球经半圆管道5运动到最高点 C，此时球对外轨的压力FN 2.6mg ，然后垂直打在倾角为 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
2、 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 ： Fx1mvB22解得 ： vB10 m/s(2)在 C 点，由牛顿第二定律得Nvc2mg F mR又据题
3、有 ： FN 2.6mg解得 ： vC 6 m/s.1212(3)由 B 到 C 的过程，由动能定理得 ： mg 2R Wf 2mvc2 mvB解得克服摩擦力做的功 ： Wf 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 1gt22gt tan 45由小球垂直打在斜面上可知：vc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 如图所示， AC 为光滑的水平桌面，轻弹簧的一端固定在A 端的竖直墙壁上.质量m1kg
4、的小物块将弹簧的另一端压缩到B 点，之后由静止释放，离开弹簧后从C 点水平飞出，恰好从 D 点以 vD10m / s 的速度沿切线方向进入竖直面内的光滑圆弧轨道DEF ( 小物体与轨道间无碰撞).O 为圆弧轨道的圆心，E 为圆弧轨道的最低点，圆弧轨道的半径 R1m ， DOE60o ，EOF37.o 小物块运动到 F 点后，冲上足够长的斜面FG，斜面 FG 与圆轨道相切于F 点，小物体与斜面间的动摩擦因数0.5.sin37 o0.6，cos37o0.8 ，取 g 10m / s2 . 不计空气阻力 . 求：（1）弹簧最初具有的弹性势能；（2）小物块第一次到达圆弧轨道的E 点时对圆弧轨道的压力大
5、小；（3）判断小物块沿斜面 FG 第一次返回圆弧轨道后能否回到圆弧轨道的D 点？若能，求解小物块回到 D 点的速度；若不能，求解经过足够长的时间后小物块通过圆弧轨道最低点E的速度大小【答案】1 1.25J? ； 230 N； 32 m / s 【解析】【分析】【详解】（1）设小物块在 C 点的速度为v C ，则在 D 点有： vC vD cos60o设弹簧最初具有的弹性势能为Ep ，则： EP1 mv C22代入数据联立解得：Ep1.25J ；2 设小物块在 E 点的速度为 v E ，则从 D 到 E 的过程中有：mgR 1 cos60o 1 mv E21 mv D222设在 E 点，圆轨道对
6、小物块的支持力为N，则有：v E2N mgR代入数据解得： vE2 5m / s ， N 30N由牛顿第三定律可知，小物块到达圆轨道的E 点时对圆轨道的压力为30 N；3 设小物体沿斜面FG上滑的最大距离为x，从 E 到最大距离的过程中有：mgR 1 cos37omgsin37 omgcos37ox 01 mv E22小物体第一次沿斜面上滑并返回F 的过程克服摩擦力做的功为Wf ，则Wf2x mgcos37o小物体在 D 点的动能为 EKD ，则： EKD1mv D22代入数据解得： x0.8m ， Wf6.4J ， EKD5J因为 EKD Wf ，故小物体不能返回D 点 .小物体最终将在 F
7、 点与关于过圆轨道圆心的竖直线对称的点之间做往复运动，小物体的机械能守恒，设最终在最低点的速度为v Em ，则有：mgR 1 cos37o1 mv Em22代入数据解得： vEm2m / s答：1 弹簧最初具有的弹性势能为1.25J；23小物块第一次到达圆弧轨道的E 点时对圆弧轨道的压力大小是30 N；小物块沿斜面FG 第一次返回圆弧轨道后不能回到圆弧轨道的D 点 . 经过足够长的时间后小物块通过圆弧轨道最低点E 的速度大小为2 m / s 【点睛】（1）物块离开C 点后做平抛运动，由D 点沿圆轨道切线方向进入圆轨道，知道了到达D点的速度方向，将 D 点的速度分解为水平方向和竖直方向，根据角度
8、关系求出水平分速度，即离开 C 点时的速度 ，再研究弹簧释放的过程，由机械能守恒定律求弹簧最初具有的弹性势能；2 物块从 D 到 E，运用机械能守恒定律求出通过E 点的速度 ，在 E 点，由牛顿定律和向心力知识结合求物块对轨道的压力；3 假设物块能回到D 点，对物块从A 到返回 D 点的整个过程，运用动能定理求出D 点的速度，再作出判断，最后由机械能守恒定律求出最低点的速度3 质量 m 1.5kg 的物块（可视为质点）在水平恒力F 作用下，从水平面上A 点由静止开始运动，运动一段距离撤去该力，物块继续滑行t2.0s 停在 B 点，已知 A、 B 两点间的距离 s 5.0m ，物块与水平面间的动
9、摩擦因数0.20 ，求恒力 F 多大（ g10m / s2 ）【答案】 15N【解析】设撤去力前物块的位移为，撤去力时物块的速度为，物块受到的滑动摩擦力对撤去力后物块滑动过程应用动量定理得由运动学公式得对物块运动的全过程应用动能定理由以上各式得代入数据解得思路分析：撤去 F 后物体只受摩擦力作用，做减速运动，根据动量定理分析，然后结合动能定律解题试题点评：本题结合力的作用综合考查了运动学规律，是一道综合性题目4一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=30kg，长 L=2 06m，圆弧轨道半径R=0 8m现将一质量 m=1 0kg
10、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
11、速度，则有（ 1分）解得s （ 1 分）由于s1 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）5 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 14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
12、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） 4R（ 2）7 mg，竖直向下（3）1 R555【解析】【详解】（1）设极限运动员在B点的速度为v0，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=v0t012R-xsin30 =gt2v0gttan 300解得 x=0.8R（2）由（ 1）可得： v02 gR5通过 B 点时轨道对极限运动员的支持力大小为FNFN mgm v02R极限运动员对轨道的压力大小为FN，则 FN
13、 =FN，解得 FN7 mg ，方向竖直向下；5（3） P 点与 B 点的高度差为12h,则 mgh=mv 02解得 h=R/56 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 m60 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 vB 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、
14、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Ff 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 ，则有vB2 =2axH根据牛顿第二定律得mgsin Ff=ma 又 sin =x由以上三式联立解得Ff =144N（2）设运动员到达C 点时的速度为vC，在由 B 到达 C的过程中，由动能定理有12 12mgh+W=mvC -mvB22
15、设运动员在C 点所受的支持力为FN，由牛顿第二定律得由运动员能承受的最大压力为其所受重力的6 倍，即有考点：牛顿第二定律；动能定理2FN mg=m vCRFN=6mg 联立解得R=12 5m【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 37 一种氢气燃料的汽车，质量为m=2.010kg，发动机的额定输出功率为80kW ，行驶在平直公路上时所受阻力恒为车重的0.1 倍。若汽车从静止开始先匀加速启动，加速度的大小为 a=1.0m/s 2 。达到额定输出功率后，汽车保持功率
16、不变又加速行驶了800m，直到获得最大速度后才匀速行驶。求：(g=10m/s 2)(1)汽车的最大行驶速度。(2)汽车从静止到获得最大行驶速度所用的总时间。【答案】（ 1） 40m/s；（ 2）55s【解析】【详解】（ 1）设汽车的最大行驶速度为 vm汽车做匀速直线运动，牵引力等于阻力，速度达到最大，即有： F=f根据题意知，阻力为：f=0.1mg=2000N再根据公式P=Fv得： vm=P/f=40m/s ；即汽车的最大行驶速度为40m/s（2）汽车匀变速行驶的过程中，由牛顿第二定律得Ffma得匀变速运动时汽车牵引力F4000N则汽车匀加速运动行驶得最大速度为v0P20m / sF由 a1
17、t1=v0，得汽车匀加速运动的时间为：t 1=20s汽车实际功率达到额定功率后到速度达到最大的过程，由动能定理WF fk，即得：+W= EPt2 0.1mgs2=1mvm21mv0222得： t2=35s所以汽车从静止到获得最大行驶速度所用的总时间为：t=t1 +t 2=55s8 如图甲所示，带斜面的足够长木板P，质量 M=3kg。静止在水平地面上，其右侧靠竖直墙壁，倾斜面BC 与水平面 AB 的夹角 =37、两者平滑对接。 t=0 时，质量 m=1kg、可视为质点的滑块Q 从顶点 C 由静止开始下滑，图乙所示为Q 在 06s 内的速率 v 随时间 t 变化的部分图线。已知P 与 Q 间的动摩
18、擦因数是P 与地面间的动摩擦因数的5 倍， sin37 =0.6，2cos37 =0.8，g 取10m/s 。求：(1)木板 P 与地面间的动摩擦因数；(2)t=8s 时，木板P 与滑块 Q 的速度大小；(3)08s 内，滑块Q 与木板 P 之间因摩擦而产生的热量。【答案】 (1) 2 0.03 ； (2) vP vQ 0.6m/s ； (3) Q 54.72J 【解析】【分析】【详解】(1)02s 内， P 因墙壁存在而不动，Q 沿着 BC 下滑， 2s 末的速度为v1 10m/s，设 P、 Q 间动摩擦因数为2；1， P 与地面间的动摩擦因数为对 Q，由 vt图像有a14.8m/s 2由牛
19、顿第二定律有mg sin 371mg cos37 ma1联立求解得110.15 ，20.035(2)2s 后， Q 滑到 AB 上，因1mg2 (mM ) g ，故 P、Q 相对滑动，且 Q减速、 P 加速，设加速度大小分别是a2、 a3， Q 从 B 滑动 AB 上到 P、 Q 共速所用的时间为t0对 Q 有1mgma2对 P 有1mg2 ( mM ) g Ma3共速时v1a2t0a3 t0解得a2=1.5m/s 2、 a3=0.1m/s 2、 t 6s故在 t 8s 时， P 和 Q 共速vpa3t0.6m / s(3)02s 内，根据 v-t 图像中面积的含义，Q 在 BC 上发生的位移
20、x1=9.6m28s 内， Q 发生的位移x2v1 vQ t0 30.6m2P 发生的位移x3vP t0 1.8m208s 内， Q 与木板 P 之间因摩擦而产生的热量Q1mgx1 cos37 o1mg( x2x3 )代入数据得Q54.72J9 如图所示，光滑斜面AB 的倾角 =53，BC为水平面， BC 的长度 l BC=1.10 m， CD 为光滑的 1 圆弧，半径R=0.60 m一个质量m=2.0 kg 的物体，从斜面上A 点由静止开始下滑，物4体与水平面BC 间的动摩擦因数=0.20.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=0.20
21、m， sin 53 =0.8， cos 53 =0.6.g 取10m/s 2.求：(1)物体运动到C点时速度大小vC(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】【详解】(1)物体由 C 点到最高点，根据机械能守恒得：mg R h1 mvc22代入数据解得： vC4m/ s(2)物体由 A 点到 C 点，根据动能定理得： mgHmglBC1 mvc202代入数据解得： H1.02m(3)从物体开始下滑到停下，根据能量守恒得：mgxmgH代入数据，解得：x5.1m由于 x4l BC0.7 m所以，
22、物体最终停止的位置到C 点的距离为：s0.4m 【点睛】本题综合考查功能关系、动能定理等；在处理该类问题时，要注意认真分析能量关系，正确选择物理规律求解 10 如图所示，处于原长的轻质弹簧放在固定的光滑水平导轨上，左端固定在竖直的墙上，右端与质量为 mB=2kg 的滑块 B 接触但不连接，此时滑块B 刚好位于 O 点光滑的水平导轨右端与水平传送带理想连接，传送带长度L=2.5m，皮带轮沿顺时针方向转动，带动皮带以恒定速率 v=4.0m/s 匀速传动现用水平向左的推力将滑块B 缓慢推到 M 点（弹簧仍在弹性限度内），当撤去推力后，滑块B 沿轨道向右运动，滑块B 脱离弹簧后以速度vB=2.0m/s
23、 向右运动，滑上传送带后并从传送带右端Q 点滑出落至地面上的 P 点已知滑块 B 与传送带之间的动摩擦因数=0.10，水平导轨距地面的竖直高度h=1.8m ，重力加速度g 取 10m/s2 求：（ 1）水平向左的推力对滑块B 所做的功W；（ 2）滑块 B 从传送带右端滑出时的速度大小；（ 3）滑块 B 落至 P 点距传送带右端的水平距离【答案】（ 1） 4J （ 2）3m/s （ 3） 1.8m【解析】试题分析：（ 1）设滑块B 脱离弹簧时推力对B 所做的功为W，根据动能定理，有：W1 mBvB224J （2 分）（2）滑块 B 滑上传送带后做匀加速运动，设滑块度 v 所用的时间为 t，加速度
24、大小为 a，在时间B 从滑上传送带到速度达到传送带的速 t 内滑块 B 的位移为 x，根据牛顿第二定律和运动学公式得：mgma （1分）vvBat （ 1 分）xvB t12at 2 （ 1 分）解得：x6mL （ 1 分）即滑块B 在传送带上一直做匀加速运动，设滑出时的速度为v由 v 2 vB2 2aL解得： v3m/s （1 分）（3）由平抛运动的规律，则有：h 1 gt 2 （ 1 分）2x v t （ 1 分）解得： x1.8m （ 1 分）考点：本题考查了平抛运动、动能定理和匀变速运动规律的应用11 城市中为了解决交通问题，修建了许多立交桥，如图所示，桥面为半径R=130m的圆弧形的
25、立交桥AB，横跨在水平路面上，桥高h=10m。可以认为桥的两端A、B 与水平路面的连接处是平滑的。一辆小汽车的质量m=1000kg，始终以额定功率P=20KW 从A 端由静止开始行驶，经t=15s 到达桥顶，不计车受到的摩擦阻力（g 取10m/ s2）。求（ 1）小汽车冲上桥顶时的速度是多大；（ 2）小汽车在桥顶处对桥面的压力的大小。【答案】（ 1） 20m/s ；（ 2） 6923N；【解析】【详解】（1）小汽车从A 点运动到桥顶，设其在桥顶速度为v，对其由动能定理得：ptmgh 1 mv22即2 104 15104 101103v22解得：v=20m/s；（2）在最高点由牛顿第二定律有mg
26、N m v2R即104N103 20 20130解得N=6923N根据牛顿第三定律知小汽车在桥顶时对桥的压力N=N=6923N；12 如图所示，半圆轨道的半径为R=10m， AB 的距离为S=40m，滑块质量m=1kg，滑块在恒定外力F 的作用下从光滑水平轨道上的A 点由静止开始运动到B 点，然后撤去外力，又沿竖直面内的光滑半圆形轨道运动，且滑块通过最高点C 后又刚好落到原出发点A；g=10m/s2求：（ 1）滑块在C 点的速度大小vc(2) 在 C 点时，轨道对滑块的作用力NC（3）恒定外力F 的大小【答案】（ 1） vc=20m/s （ 2） Nc=30N ，方向竖直向下（3） F=10N【解析】试题分析：（ 12R1gt 2） C 点飞出后正好做平抛运动，则 2xvt联立上述方程则vc=20m/s（2）根据向心力知识则mg FNv2mrFN=30N，方向竖直向下。（3）根据动能定理Fs1 mvB2022mgR1 mvC 21 mvB222联立上述方程则F=10N考点：平抛运动、圆周运动、动能定理点评：本题考查了常见的平抛运动、圆周运动、动能定理的理解和应用，属于简单题型，并通过三者的有机结合考察了综合运用知识能力。