高考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
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1、高考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 为了备战2022 年北京冬奥会,一名滑雪运动员在倾角=30的山坡滑道上进行训练,运动员及装备的总质量m=70 kg滑道与水平地面平滑连接,如图所示他从滑道上由静止开始匀加速下滑,经过t=5s 到达坡底,滑下的路程x=50 m滑雪运动员到达坡底后又在水平面上滑行了一段距离后静止运动员视为质点,重力加速度g=10m/s2 ,求:( 1)滑雪运动员沿山坡下滑时的加速度大小a;( 2)滑雪运动员沿山坡下滑过程中受到的阻力大小f ;( 3)滑雪运动员在全过程中克服阻力做的功Wf【答案】 (
2、1) 4m/s 2( 2)f = 70N (3) 1.75 4J10【解析】【分析】( 1)运动员沿山坡下滑时做初速度为零的匀加速直线运动,已知时间和位移,根据匀变速直线运动的位移时间公式求出下滑的加速度( 2)对运动员进行受力分析,根据牛顿第二定律求出下滑过程中受到的阻力大小( 3)对全过程,根据动能定理求滑雪运动员克服阻力做的功【详解】12(1)根据匀变速直线运动规律得:x= at2解得: a=4m/s2(2)运动员受力如图,根据牛顿第二定律得:mgsin -f=ma解得: f=70N(3)全程应用动能定理,得:mgxsin -Wf =0解得: W 4f =1.7510J【点睛】解决本题的
3、关键要掌握两种求功的方法,对于恒力可运用功的计算公式求对于变力可根据动能定理求功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 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 ,EOF 37.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
4、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
5、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 1mv E21mv D222设在 E 点,圆轨道对小物块的支持力为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 omgcos37o x 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
6、动能为 EKD ,则: EKD1 mv D22代入数据解得: x0.8m , Wf6.4J , EKD 5J因为 EKD Wf ,故小物体不能返回D 点 .小物体最终将在 F 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
7、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 如图所示 ,竖直平面内的轨道由直轨道AB
8、 和圆弧轨道BC组成,直轨道AB 和圆弧轨道BC 平滑连接,小球从斜面上A 点由静止开始滑下,滑到斜面底端后又滑上一个半径为R=0.4m 的圆轨道;(1)若接触面均光滑,小球刚好能滑到圆轨道的最高点C,求斜面高h;( 2)若已知小球质量 m=0.1kg,斜面高 h=2m,小球运动到 C 点时对轨道压力为 mg,求全过程中摩擦阻力做的功【答案】( 1) 1m;( 2)-0.8J;【解析】【详解】(1)小球刚好到达C 点 ,重力提供向心力,由牛顿第二定律得:mgm v2R从 A 到 C 过程机械能守恒 ,由机械能守恒定律得:mg h 2R1 mv2,2解得:h 2.5R 2.5 0.4m 1m ;
9、( 2)在 C点 ,由牛顿第二定律得:2mgmgm vC ,R从 A 到 C 过程,由动能定理得:mg h 2R W f1 mvC20 ,2解得:W f0.8J ;4 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
10、h 5 m,运动员在 B、 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 的长度为角为 ,则有R 至少应为x,斜面的倾2vB =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1212mgh
11、+W=mvC -2mvB2设运动员在C 点所受的支持力为FNNvC2,由牛顿第二定律得 F mg=mR由运动员能承受的最大压力为其所受重力的6 倍,即有 FN=6mg 联立解得 R=12 5m考点:牛顿第二定律;动能定理【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5 某人欲将质量 m 50kg 的货箱推上高h1.0m 的卡车,他使用的是一个长 L 5.0m的斜面(斜面与水平面在A 处平滑连接)。假设货箱与水平面和斜面的动摩擦因数均为0.30 。(说明把货箱做质点处理,
12、当sin0.2 时, cos0.98)(1)如果把货箱静止放在这个斜面上,则货箱受到的摩擦力多大?(2)如果用平行于斜面的力在斜面上把货箱匀速向上推,所需的推力是多大?(3)如果把货箱放在水平面上的某处,用水平力推力F0 4.0 102 N 推它并在 A 处撤去此力,为使货箱能到达斜面顶端,需从距A 点至少多远的地方推动货箱?【答案】 (1)100N; (2)247N; (3)4.94m【解析】【分析】【详解】(1)如果把货箱静止放在这个斜面上,则货箱受到的摩擦力为静摩擦力,大小为fmg sin50100.2N=100N(2)如果用平行于斜面的力在斜面上把货箱匀速向上推,所需的推力为Fmg c
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