《高考物理动能定理的综合应用答题技巧及练习题(含答案)及解析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理动能定理的综合应用答题技巧及练习题(含答案)及解析.docx（12页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、高考物理动能定理的综合应用答题技巧及练习题( 含答案 ) 及解析一、高中物理精讲专题测试动能定理的综合应用1 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 m0.1kg，小物块与水平面间的动摩擦因数 0.5， g 取10m/s 2.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 FN 3mg 10N3N. 3 0.1(2)设小物块在水平面上
2、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 mgl0，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2一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 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、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
4、产生的内能J （1 分）3 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动，从 E 滑出该轨道进入 EF 水平轨道小球由静止从D 进入该轨道，沿轨道内侧运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
5、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】（ 1）28gR（ 2） 6.6mg，竖直向下（ 3） R 0.92R5【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mg (5R sin 3701.8R)mg cos370 5R1 mvc2 （ 2 分）2可得 vc5.6gR （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Nmgm vc2， （ 2 分） 其中 r 满足 r+r sin530=1.8R （ 1 分）r联立上式可得： N=6.6m
6、g（ 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m vP2mg （ 1 分）R小球从 C 直到 P 点过程，由动能定理，有mgR mg 2R1 mvP21 mvc2 （1 分）22可得 R23 R 0.92 R （ 1 分）25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mgR mg R01mvc2 （ 1 分）2R2.3R （1 分）若 R2.5R，由上面分析可知，小球必定滑回D，设其能向左滑过 D
7、C 轨道，并沿 CB 运动到达B 点，在 B 点的速度为 vB,，则由能量守恒定律有1mvc21mvB2mg 1.8R2 mgR （ 1 分）22由 式，可得 vB0 （ 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1mvc2mgS （1分）2由 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4 如图所示，位于竖直平面内的轨道BCDE，由一半径为R=2m 的 1
8、光滑圆弧轨道BC和光4滑斜直轨道DE 分别与粗糙水平面相切连接而成现从B 点正上方 H=1.2m 的 A 点由静止释放一质量m=1kg 的物块，物块刚好从B 点进入 1 圆弧轨道已知CD 的距离 L=4m，物块4与水平面的动摩擦因数=0.25，重力加速度g 取 10m/s 2，不计空气阻力求：(1)物块第一次滑到C 点时的速度；(2)物块第一次滑上斜直轨道DE 的最大高度；(3)物块最终停在距离D 点多远的位置【答案】 (1) 8m/s (2) 2.2m (3) 0.8m【解析】【分析】根据动能定理可求物块第一次滑到C 点时的速度 ；物块由 A 到斜直轨道最高点的过程，由动能定理求出物块第一次
9、滑上斜直轨道DE 的最大高度 ；物块将在轨道BCDE上做往返运动，直至停下，设物块在水平轨道CD上通过的总路程为S，根据动能定理求出【详解】解： (1)根据动能定理可得 mg( H R)1 mv22解得 v8m / s(2)物块由 A 到斜直轨道最高点的过程，由动能定理有：mg ( HR)mgLmgh0解得： h2.2m(3)物块将在轨道BCDE上做往返运动，直至停下，设物块在水平轨道CD上通过的总路程为S，则： mg( HR)mgS0解得： S12.8m因: S3L0.8m ,故物块最终将停在距离D 点 0.8m 处的位置5 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
10、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1BC弧对mg，且 A、 D 两点在同一水平线上，2应的圆心角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】 (1)gR ； (2)g ； (3) 1 mgR2R4【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
11、 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 : vy2 2gR(1 cos 60 )解得 vy3gRvy在 B 点： v0gR .0（2）在 D 点，由向心力公式得mg- 1 mg mvD22R解得 vD2gR2vDg.R2R（3）从 A 到 D 全过程由动能定理：1212W 克mvD 2mv02解得 W 克 1mgR.4【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6 如图所示，固定斜面的倾角=30，用一沿斜面向上的拉力将质量m=1kg 的物
12、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=3 . 重力加速度 g=10m/s2. 求：6(1)拉力所做的功；(2)拉力的大小 .【答案】 (1) WF40J (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：WFmgcoshmgh0sin解得拉力所做的功WF40J（2） WF Fx由位移公式有 x1 at 22由牛顿第二定律有Fmgcosmgsinma解得拉力的大小F=10N.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
13、度不同的微粒高度为h的探测屏竖直放置，离P点的水AB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】 (1)3hgvg(3)22h(2)L2hg4h【解析】【分析】【详解】（1）若微粒打在探测屏AB 的中点，则有：3h12=gt2，2解得： t3hg（2）设打在 B 点的微粒的初速度为1V1，则有： L=V1t 1， 2h= gt122g得： v1 L4h同理，打在 A 点的微粒初速度为：v2gL2h所以微粒的初
14、速度范围为：ggL vL4h2h（31mv21）打在 A 和 B 两点的动能一样，则有：2+mgh=22联立解得： L=22 h2mv1 +2mgh8 滑板运动是深受青少年喜爱的一项极限运动。如图所示为某一滑道的示意图，轨道AB可视为竖直平面内半径为R 的 1 光滑圆弧，圆心为O， OA 水平。轨道最低点B 距水平面41m，由 A 点CD 高度为 R ， C 点位于 B 点正下方。滑板和运动员（可看作质点）总质量为4静止下滑，从轨道中 B 点飞出，落在水平面上的E 点。重力加速度为 g。求：（ 1）运动员运动到 B 点时速度的大小；（ 2）运动员运动到 B 点时对轨道压力的大小；（ 3） C、
15、 E 两点间的距离。【答案】 (1) vB2gR (2) 3mg (3)R【解析】【详解】(1) 运动员从 A 到 B，根据动能定理mgR1 mvB202解得：vB2gR(2) 运动员到达 B 点时N BvB2mg mR运动员对轨道的压力为N N B3mg(3)运 空中 行 h 1 gt 22解得：Rt2gC、 E 距离 xv B tR9 遥控 玩具 的 道装置如 所示， 道ABCDEFAB段和BD段粗糙，中水平 道AB=BD=2.5R，小 在 AB 和 BD 段无制 运行 所受阻力是其重力的0.02 倍， 道其余部分摩擦不 。斜面部分DE 与水平部分 BD、 弧部分 EF均平滑 接， 道BC
16、 的半径 R，小段 弧EF的半径 4R， 道BC 最高点C与 弧 道EF 最高点F 等高。 道右 有两个与水平 道AB、 BD 等高的框子M 和N，框M 和框N 的右 到F 点的水平距离分别为 R 和 2R。 定功率 P， 量 m 可 点的小 ，在AB 段从 A 点由静止出 以 定功率行 一段 t（ t 未知）后立即关 机，之后小 沿 道从B 点 入 道 最高点 C 返回 B点，再向右依次 点 D、 E、 F，全程没有脱离 道，最后从F 点水平 出，恰好落在框N 的右 。（ 1）求小 在运 到 F 点 道的 力；（ 2）求小 以 定功率行 的 t ；（3）要使小 入M 框，小 采取在AB 段加
17、速（加速 可 ），BD 段制 减速的方案， 小 在不脱离 道的前提下，在BD 段所受 的平均制 力至少 多少。【答案】（1）mg，方向 直向下；（2）；（ 3）mg【解析】【 解】（1）小 平抛 程，有：2R=vFt2R= gt 2? 由联立解得：vF=? 在 F 点，对小车由牛顿第二定律得：mg FN=m? 由得： FN= mg由牛顿第三定律得小车对轨道的压力大小为mg，方向竖直向下。（2）小车从静止开始到F 点的过程中，由动能定理得：Pt 0.02mg5R mg2R= mvF2? 由得： t=（3）平抛过程有：R=vFt、 2R= gt2要使小车进入M 框，小车在 F 点的最大速度为 vF
18、 =? 小车在 C 点的速度最小设为vCmgm?，则有：=设小车在 BD 段所受总的总的平均制动力至少为f ，小车从 C点运动到 F 点的过程中，由动能定理得：- f 2.5 R= mv F2- mvC2? 由得： f=mg10 如图所示，在E 103V/m 的竖直匀强电场中，有一光滑半圆形绝缘轨道QPN 与一水平绝缘轨道 MN 在 N 点平滑相接，半圆形轨道平面与电场线平行，其半径R 40 cm， N 为半圆形轨道最低点， P 为 QN 圆弧的中点，一带负电q10 4 C 的小滑块质量 m 10 g，与水平轨道间的动摩擦因数 0.15，位于 N 点右侧1.5 m 的 M 处， g 取 10
19、m/s 2，求：(1)小滑块从 M 点到 Q 点电场力做的功(2)要使小滑块恰能运动到半圆形轨道的最高点Q，则小滑块应以多大的初速度v0 向左运动？(3)这样运动的小滑块通过P 点时对轨道的压力是多大？【答案】 (1) - 0.08J(2) 7 m/s（ 3） 0.6 N【解析】【分析】【详解】（ 1） W= qE2RW= - 0.08J(2)设小滑块到达 Q 点时速度为 v，由牛顿第二定律得mg qE m v2R小滑块从开始运动至到达Q 点过程中，由动能定理得mg2R qE2R (mg qE)x 1mv 2 1mv22联立方程组，解得： v0 7m/s.(3)设小滑块到达P 点时速度为 v，
20、则从开始运动至到达P 点过程中，由动能定理得(mg qE)R(qE mg)x 12 1mvmv22又在 P 点时，由牛顿第二定律得FN m代入数据，解得：FN0.6Nv 2R由牛顿第三定律得，小滑块通过P 点时对轨道的压力FN FN 0.6N.【点睛】（ 1）根据电场力做功的公式求出电场力所做的功；（ 2）根据小滑块在 Q点受的力求出在 Q点的速度，根据动能定理求出滑块的初速度；（ 3）根据动能定理求出滑块到达P 点的速度，由牛顿第二定律求出滑块对轨道的压力，由牛顿第三定律得，小滑块通过P 点时对轨道的压力 11 如图所示，静止放在水平桌面上的纸带，其上有一质量为m0.1 kg 的铁块，它与纸
21、带右端的距离为L 0.5 m，铁块与纸带间、纸带与桌面间动摩擦因数均为 0.1.现用力 F水平向左将纸带从铁块下抽出，当纸带全部抽出时铁块恰好到达桌面边缘，铁块抛出后落地点离抛出点的水平距离为s0.8 m 已知 g 10 m/s 2，桌面高度为H 0.8 m，不计纸带质量，不计铁块大小，铁块不滚动求：（ 1）铁块抛出时速度大小；（ 2）纸带从铁块下抽出所用时间t 1；（ 3）纸带抽出过程全系统产生的内能E.【答案】 （1） 2m/s （2） 2s（ 3） 0.3J【解析】试题分析：（ 1）对铁块做平抛运动研究由 h= 1 gt 2，得 t=2h ， t=0.4s2gs则 v0 =2m/st（2
22、）铁块在纸带上运动时的加速度为a，2a=g =1m/s由 vo=at 得， t1=2s x1=2m（3）摩擦力产生的热量包括上下两个面所产生，Q 上 =mgL=0.05JQ 下 = mg（L+x1） =0.25J所以 Q= Q 上+Q 下=0.3J考点：考查了功能关系，平抛运动，牛顿第二定律的应用点评：本题关键是先分析清楚物体的运动情况，然后运用平抛运动的分位移公式、牛顿运动定律和运动学公式联立列式求解；同时由功能关系及相对位移求产生的内能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v0 =4m/s 沿轨道下滑，并进入水平轨道BCBC=1.8m ，
23、物体在 BC 段所受到的阻力为8N 。(g=10m/s2)。求：(1)物体刚下滑到B 点时的速度大小；(2)物体通过 BC 时在 C 点的动能；(3)物体上升到另一光滑弧形轨道CD后，又滑回BC轨道，最后停止在离B 点多远的位置。【答案】 (1)6m/s (2)21.6J (3)离 B 点 0.9m【解析】【详解】（1）物体在光滑弧形轨道上运动只有重力做功，故机械能守恒，则有1 mvB2 mgh1 mvA222所以物体刚下滑到B 点的速度大小vBv022gh6m/s ；（2）物体在BC上运动，只有摩擦力做功，设物体经过C 点的动能为EkC，则由动能定理可得：EkCEkBmgLBC1 mvB2mgLBC21.6J2（3）物体在整个过程中只有重力、摩擦力做功，设物体在BC上滑动的路程为x，则由动能定理可得：mgx1 mv2A2mgh，解得：x 4.5m=2 LBC+0.9m；故物块最后停在离B 点 0.9m 处；