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类型高考物理动能定理的综合应用常见题型及答题技巧及练习题(含答案)含解析.docx

  • 上传人:HR专家
  • 文档编号:11744226
  • 上传时间:2020-12-29
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    高考物理动能定理的综合应用常见题型及答题技巧及练习题(含答案)含解析.docx
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    1、高考物理动能定理的综合应用常见题型及答题技巧及练习题( 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 北京老山自行车赛场采用的是250m 椭圆赛道,赛道宽度为7.6m 。赛道形如马鞍形,由直线段、过渡曲线段以及圆弧段组成,圆弧段倾角为45(可以认为赛道直线段是水平的,圆弧段中线与直线段处于同一高度)。比赛用车采用最新材料制成,质量为9kg。已知直线段赛道每条长80m ,圆弧段内侧半径为14.4m,运动员质量为61kg。求:( 1)运动员在圆弧段内侧以 12m/s 的速度骑行时,运动员和自行车整体的向心力为多大;( 2)运动员在圆弧段内侧骑行时,若自行车所受的侧向摩擦力恰为零,

    2、则自行车对赛道的压力多大;(3)若运动员从直线段的中点出发,以恒定的动力92N 向前骑行,并恰好以12m/s 的速度进入圆弧段内侧赛道,求此过程中运动员和自行车克服阻力做的功。(只在赛道直线段给自行车施加动力)。【答案】( 1) 700N;( 2) 7002 N;( 3) 521J【解析】【分析】【详解】(1)运动员和自行车整体的向心力(Mm) v2Fn=R解得Fn=700N(2)自行车所受支持力为Mm gFNcos45解得FN=7002 N根据牛顿第三定律可知F 压=FN=7002 N(3)从出发点到进入内侧赛道运用动能定理可得WF-Wf 克 +mgh= 1 mv22FLWF=2h= 1 d

    3、 cos 45o =1.9m2Wf 克 =521J2 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 3 0.1 10N3N.(2)设小物块在水平面上滑动的最大距离为l ,对小物块运动的整个过程由动能定理得m

    4、gR 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3 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、 C 间运动时阻力

    5、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 的大小;f(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 =2ax根据牛顿第二定律得Hmgsin 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到达 C的过程中,由动能定理有,在由 Bmgh+W= 1 mvC2- 1 mvB222设运

    6、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4 如图光滑水平导轨AB 的左端有一压缩的弹簧,弹簧左端固定,右端前放一个质量为m=1kg 的物块(可视为质点),物块与弹簧不粘连,B 点与水平传送带的左端刚好平齐接触,传送带的长度BC的长为 L=6m ,沿逆时针方向以恒定速度v=2m/s

    7、匀速转动 CD 为光滑的水平轨道,C 点与传送带的右端刚好平齐接触,DE 是竖直放置的半径为R=0.4m 的光滑半圆轨道, DE 与 CD 相切于 D 点已知物块与传送带间的动摩擦因数=0.2,取g=10m/s2(1)若释放弹簧,物块离开弹簧,滑上传送带刚好能到达C 点,求弹簧储存的弹性势能Ep ;(2)若释放弹簧,物块离开弹簧,滑上传送带能够通过C 点,并经过圆弧轨道DE,从其最高点 E 飞出,最终落在CD 上距 D 点的距离为x=1.2m 处( CD 长大于 1.2m),求物块通过 E 点时受到的压力大小;(3)满足( 2)条件时,求物块通过传送带的过程中产生的热能【答案】( 1) Ep1

    8、2J( 2) N=12.5N( 3) Q=16J【解析】【详解】(1)由动量定理知:mgL01 mv22由能量守恒定律知:Ep1mv22解得: Ep12J(2)由平抛运动知:竖直方向:y2R1 gt 22水平方向: x vEt在 E 点,由牛顿第二定律知:Nmg m vE2R解得: N=12.5N(3)从 D 到 E,由动能定理知:mg 2R1 mvE21 mvD222解得: vD5m / s从 B 到 D,由动能定理知mgL1 mvD21 mvB222解得: vB7m / s对物块 LvB vD t2解得: t=1s;s相对Lvt62 1m8m由能量守恒定律知:QmgLs相对解得: Q=16

    9、J5 如图所示,质量4 6m 2.0 10 kg、电荷量q1.0 10 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 g10 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3t 0.20 sE2 4.0 10N/C,且方向不变求在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344【答案】 (1)2.0 10(2)8.0 10J(3)8.0 10JN/C,方向向上【解析】【详解】(1)设电场强度为E,则: Eqmg ,代入数据解得:Emg2.010 4

    10、 10 N / C2.0103 N / C ,方向向上q1010 6(2)在 t0 时刻,电场强度突然变化为:E24.0 103 N / C ,设微粒的加速度为a ,在 t 0.20s 时间内上升高度为hW,则: qE2 mg ma1,电场力做功为解得 : a110 m / s2根据:12h1,解得 : h0.20ma t2电场力做功: WqE2 h8.010 4 J(3)设在 t0.20s 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Ek ,则: vat , Ekmgh1mv22解得: Ek8.010 4 J6 如图的竖直平面内,一小物块 (视为质点 )从 H=10m 高处,由

    11、静止开始沿光滑弯曲轨道 AB 进入半径 R=4m 的光滑竖直圆环内侧,弯曲轨道 AB 在 B 点与圆环轨道平滑相接。之后物块沿 CB 圆弧滑下,在 B 点 (无动量损失 )进入右侧的粗糙水平面上压缩弹簧。已知物块的质量 m=2kg,与水平面间的动摩擦因数为 0.2,弹簧自然状态下最左端 D 点与 B 点距离L=15m,求: (g=10m/s2)(1)物块从 A 滑到 B 时的速度大小;(2)物块到达圆环顶点C 时对轨道的压力;(3)若弹簧最短时的弹性势能,求此时弹簧的压缩量。【答案】 (1)m/s ; (2)0N; (3)10m。【解析】【分析】【详解】(1)对小物块从A 点到 B 点的过程中

    12、由动能定理解得 :;(2)小物块从 B 点到 C 由动能定理 :在 C 点,对小物块受力分析:代入数据解得C 点时对轨道压力大小为0N;(3)当弹簧压缩到最短时设此时弹簧的压缩量为x,对小物块从B 点到压缩到最短的过程中由动能定理 :由上式联立解得:x=10m【点睛】动能定理的优点在于适用任何运动包括曲线运动,了解研究对象的运动过程是解决问题的前提,根据题目已知条件和求解的物理量选择物理规律解决问题。动能定理的应用范围很广,可以求速度、力、功等物理量,特别是可以去求变力功。7 一质量为0.5kg 的小物块放在水平地面上的A 点,距离A 点 5m 的位置 B 处是一面墙,如图所示,物块以v0=9

    13、m/s 的初速度从 A 点沿 AB 方向运动,在与墙壁碰撞前瞬间的速度为 7m/s ,碰后以6m/s 的速度反向运动直至静止 g 取 10m/s 2(1)求物块与地面间的动摩擦因数;(2)若碰撞时间为0.05s,求碰撞过程中墙面对物块平均作用力的大小F【答案】 (1)0.32 ( 2) F=130N【解析】试题分析:( 1)对 A 到墙壁过程,运用动能定理得:,代入数据解得:=0.32(2)规定向左为正方向,对碰墙的过程运用动量定理得:F t=mvmv,代入数据解得:F=130N8 如图所示,摩托车做特技表演时,以v0 10m/s 的速度从地面冲上高台,t5s 后以同样大小的速度从高台水平飞出

    14、人和车的总质量2m 1.8 10kg,台高 h 5.0m.摩托车冲上高台过程中功率恒定为P 2kW,不计空气阻力,取g 10m/ s2.求:(1) 人和摩托车从高台飞出时的动能E ;k(2) 摩托车落地点到高台的水平距离s;(3) 摩托车冲上高台过程中克服阻力所做的功Wf .33【答案】 (1) 910J ( 2)10m(3) 1 10J【解析】【分析】【详解】试题分析:根据动能表达式列式求解即可;人和摩托车从高台飞出做平抛运动,根据平抛的运动规律即可求出平抛的水平距离;根据动能定理即可求解克服阻力所做的功(1)由题知,抛出时动能: Ek01 mv029103 J2(2)根据平抛运动规律,在竖

    15、直方向有:h1 gt 22解得: t=1s则水平距离 s v0t 10m(3)摩托车冲上高台过程中,由动能定理得:Pt mgh W f 0解得: Wf 1 103 J【点睛】本题考查了动能定理和平抛运动的综合,知道平抛运动水平方向和竖直方向上的运动规律,以及能够熟练运用动能定理9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

    16、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v =2.0m/s 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B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

    17、理,有:W1 mBvB24J (2 分)2(2)滑块 B 滑上传送带后做匀加速运动,设滑块B 从滑上传送带到速度达到传送带的速度 v 所用的时间为t,加速度大小为a,在时间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 t1 at 2 ( 1 分)2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:h1 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

    18、能定理和匀变速运动规律的应用10 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:

    19、ptmgh 1 mv22即2 104 15104 10 1 103v22解得:v=20m/s;(2)在最高点由牛顿第二定律有2mgN m vR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;11 如图所示,一个小球的质量m=2kg,能沿倾角37 的斜面由顶端B 从静止开始下滑,小球滑到底端时与A 处的挡板碰触后反弹(小球与挡板碰撞过程中无能量损失),若小球每次反弹后都能回到原来的2 处,已知 A、 B 间距离为 s02m , sin370.6 ,3cos37 0.8 , g 10m / s2,求:(1)小球与斜面间的动摩擦因数;

    20、(2)小球由开始下滑到最终静止的过程中所通过的总路程和克服摩擦力做的功。【答案】 (1)0.15; (2)10m ; 24J【解析】【详解】(1)设小球与斜面间的动摩擦因数为,小球第一次由静止从的B 点下滑和碰撞弹回上升到速度为零的过程,由动能定理得:mg( s2 )sin37mg (s2 s )cos37 0030030解得:1 tan37 0.155(2)球最终一定停在A 处,小球从 B 处静止下滑到最终停在A 处的全过程由动能定理得:mgs0 sin37mgcos37 gs0所以小球通过的总路程为:s0 tan 375s010ms克服摩擦力做的功:W fmgcos37 gs24J12 如

    21、图甲所示,游乐场的过山车在圆弧轨道上运行,可以把这种情形抽象为如图乙所示的模型:弧形轨道的下端与半径为R 的竖直圆轨道相接,B、C 分别为圆轨道的最低点和最高点质量为m 的小球(可视为质点)从弧形轨道上的A 点由静止滚下,经过B 点且恰好能通过C 点已知A、 B 间的高度差为h=4R,重力加速度为g求:(1)小球通过C 点时的速度vC ;(2)小球从A 点运动到C 点的过程中,损失的机械能E损【答案】(1)gR(2)1.5mgR【解析】【详解】(1) 小球恰能通过 C 点时,由重力提供向心力,由牛顿第二定律得:2mgm vCR则得:vCgR(2) 小球从 A 点运动到 C 点的过程中,根据动能定理得:mg( h 2R) Wf1 mv202C解得:Wf =1.5mgR则小球从 A 点运动到C 点的过程中,损失的机械能E损 =Wf1.5mgR

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