高考物理動(dòng)能定理的綜合應(yīng)用題20套(帶答案)

1、高考物理動(dòng)能定理的綜合應(yīng)用題 20套(帶答案)一、高中物理精講專題測(cè)試動(dòng)能定理的綜合應(yīng)用1.如圖所示，半徑為 R= 1 m,內(nèi)徑很小的粗糙半圓管豎直放置，一直徑略小于半圓管內(nèi)徑、質(zhì)量為m = 1 kg的小球，在水平恒力F=250N的作用下由靜止沿光滑水平面從A點(diǎn)17運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，A、B間的距離x= "m,5當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到 B點(diǎn)時(shí)撤去外力F,小球經(jīng)半圓管道運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)C,此時(shí)球?qū)ν廛壍膲毫N=2.6mg,然后垂直打在傾角為0= 45°的斜面上(g= 10 m/s 2).求：(1)小球在B點(diǎn)時(shí)的速度的大小;(2)小球在C點(diǎn)時(shí)的速度的大小；(3)小球由B到C的過程中克服摩擦力做的功

2、；(4)D點(diǎn)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】對(duì)AB段，運(yùn)用動(dòng)能定理求小球在B點(diǎn)的速度的大??；小球在 C點(diǎn)時(shí)，由重力和軌道對(duì)球的壓力的合力提供向心力，由牛頓第二定律求小球在C點(diǎn)的速度的大小；小球由 B到C的過程，運(yùn)用動(dòng)能定理求克服摩擦力做的功；小球離開 C點(diǎn)后做平拋運(yùn)動(dòng)，由平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī) 律和幾何知識(shí)結(jié)合求 D點(diǎn)距地面的高度.【詳解】12小球從A到B過程，由動(dòng)能定理得：Fx -mvB2解得：vb = 10 m/s2(2)在C點(diǎn)，由牛頓第二定律得 mg+ Fn= m R又據(jù)題有：Fn= 2.6mg解得：vc= 6 m/s.1

3、 一 21 一 2(3)由B到C的過程，由動(dòng)能定理得：一mg 2R- Wf= 2 mx2 m解得克服摩擦力做的功：Wf=12 J(4)設(shè)小球從C點(diǎn)到打在斜面上經(jīng)歷的時(shí)間為t, D點(diǎn)距地面的高度為h,則在豎直方向上有：2R h= - gt2由小球垂直打在斜面上可知gt=tan 45聯(lián)立解得：h=0.2 m【點(diǎn)睛】本題關(guān)鍵是對(duì)小球在最高點(diǎn)處時(shí)受力分析，然后根據(jù)向心力公式和牛頓第二定律求出平拋 的初速度，最后根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的分位移公式列式求解2.如圖所示，傾角為37。的粗糙斜面AB底端與半徑R=0.4 m的光滑半圓軌道 BC平滑相連，0 點(diǎn)為軌道圓心，BC為圓軌道直徑且處于豎直方向,A、C兩點(diǎn)等高.質(zhì)

4、量 m=1 kg的滑塊從A點(diǎn)由靜止開始下滑，恰能滑到與。點(diǎn)等高的D點(diǎn),g取10 m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8 ,求：(1)求滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)科；(2)要使滑塊能到達(dá) C點(diǎn)，求滑塊從A點(diǎn)沿斜面滑下時(shí)初速度 V0的最小值；(3)若滑塊離開C點(diǎn)的速度為4 m/s,求滑塊從C點(diǎn)飛出至落到斜面上所經(jīng)歷的時(shí)間.【答案】(1 ) 0.375 (2) 2j3m/s (3) 0.2s【解析】試題分析：滑塊在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，受重力mg、接觸面的彈力 N和斜面的摩擦力f作用，彈力始終不做功，因此在滑塊由A運(yùn)動(dòng)至D的過程中，根據(jù)動(dòng)能定理有：mgR-mgcos37 2

5、 = 00sin 37解得：尸0.375滑塊要能通過最高點(diǎn) C,則在C點(diǎn)所受圓軌道的彈力 N需滿足：N> 02在C點(diǎn)時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律有：mg + N = mvCR2R 1 o在滑塊由A運(yùn)動(dòng)至C的過程中，根據(jù)動(dòng)能定理有：一mgcos37= - mvC -sin 37212 _一 mv0 2由 式聯(lián)立解得滑塊從 A點(diǎn)沿斜面滑下時(shí)的初速度 vo需滿足：V03gR = 2>/3 m/s 即V0的最小值為：V0min = 2 J3 m/s滑塊從C點(diǎn)離開后將做平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知，在水平方向上的位移為：x=vt 1 2在豎直方向白位移為：y= gt2，一，、一，。2R y根據(jù)圖中

6、幾何關(guān)系有：tan37 =y由 式聯(lián)立解得：t = 0.2s考點(diǎn)：本題主要考查了牛頓第二定律、平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律、動(dòng)能定理的應(yīng)用問題，屬于中檔 題.3 .某滑沙場(chǎng)的示意圖如圖所示，某旅游者乘滑沙橇從A點(diǎn)由靜止開始滑下，最后停在水平沙面上的C點(diǎn).設(shè)滑沙橇和沙面間的動(dòng)摩擦因數(shù)處處相同，斜面和水平面連接處可認(rèn)為是圓滑的，滑沙者保持一定姿勢(shì)坐在滑沙橇上不動(dòng)，若測(cè)得AC間水平距離為x, A點(diǎn)高為h,求滑沙橇與沙面間的動(dòng)摩擦因數(shù)科.【答案】h/x【解析】【分析】對(duì)A到C的全過程運(yùn)用動(dòng)能定理，抓住動(dòng)能的變化量為零，結(jié)合動(dòng)能定理求出滑沙橇與沙 面間的動(dòng)摩擦因數(shù)及【詳解】IR-mgh -tirngcasl) iinw

7、x2 Q設(shè)斜面的傾角為也對(duì)全過程運(yùn)用動(dòng)能定理得,+ X2-yu二一因?yàn)?，則有地。也一小然二口,解得 x【點(diǎn)睛】本題考查了動(dòng)能定理的基本運(yùn)用，運(yùn)用動(dòng)能定理解題關(guān)鍵選擇好研究的過程，分析過程中有哪些力做功，再結(jié)合動(dòng)能定理進(jìn)行求解，本題也可以結(jié)合動(dòng)力學(xué)知識(shí)進(jìn)行求解.4 .如圖所示，小物體沿光滑弧形軌道從高為h處由靜止下滑，它在水平粗糙軌道上滑行的最遠(yuǎn)距離為s,重力加速度用g表示，小物體可視為質(zhì)點(diǎn)，求:(1)求小物體剛剛滑到弧形軌道底端時(shí)的速度大小V；(2)水平軌道與物體間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為比h【答案】(1)而h (2)s【解析】mgh i mv2【詳解】解：(1)小物體沿弧形軌道下滑的過程，根據(jù)機(jī)械能

8、守恒定律可得:解得小物體剛滑到弧形軌道底端時(shí)的速度大小:v 2gh(2)對(duì)小物體從開始下滑直到最終停下的過程，根據(jù)動(dòng)能定理則有:mgh mgs 0解得水平軌道與物體間的動(dòng)摩擦因數(shù):5.如圖所示，在粗糙水平面上有一質(zhì)量為M、高為h的斜面體，斜面體的左側(cè)有一固定障礙物Q,斜面體的左端與障礙物的距離為d.將一質(zhì)量為m的小物塊置于斜面體的頂端，小物塊恰好能在斜面體上與斜面體一起保持靜止；現(xiàn)給斜面體施加一個(gè)水平向左的推力，使斜面體和小物塊一起向左勻加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)斜面體到達(dá)障礙物與其碰撞后，斜面體立即停止運(yùn)動(dòng)，小物 塊水平拋出，最后落在障礙物的左側(cè)P處(圖中未畫出，已知斜面體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為中，斜面傾

9、角為。，重力加速度為g,滑動(dòng)摩擦力等于最大靜摩擦力，求：(1)小物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)科2；(2)要使物塊在地面上的落點(diǎn)P距障礙物Q最遠(yuǎn)，水平推力F為多大;(3)小物塊在地面上的落點(diǎn)P距障礙物Q的最遠(yuǎn)距離.【答案】一、 1-Mm gsin 一(1) 2 tan (2) F i M mg (3)cos tan sin2 2hdsinh' cos tan sin tan【解析】【分析】對(duì)m受力分析，由共點(diǎn)力平衡條件可以求出動(dòng)摩擦因數(shù)；以 m為研究對(duì)象，求出最大加速度，以系統(tǒng)為研究對(duì)象，由牛頓第二定律求出最大推力；對(duì)系統(tǒng)由動(dòng)能定理求出最大速度，然后由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律求出最大水平位移.【詳解】對(duì)

10、m由平衡條件得： mgsin & mgcos 0=0解得：=tan 0 (2)對(duì)m設(shè)其最大加速度為 am,由牛頓第二定律得 水平方向： Nsin卅wNcos =mam豎直方向：Ncos 0- M2Nsin -mg=02g sin解得：a cos tan sin對(duì)M、m整體由牛頓第二定律得：F-崗(M+m)g=(M+m)am解得：Fcostan sin2 M m g sin1 2對(duì)M、m整體由動(dòng)能定理得：Fd 1Mm gd M m v 2解得：v-diin-,cos tan sin對(duì)m由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律得：水平方向：xp vtp tan一、-12豎直方向：h gt2,.一2h：sin一,co

11、s tan sinhtan本題主要考查了應(yīng)用平衡條件、牛頓第二定律、動(dòng)能定理、平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律即可正確解題.6.如圖所示，光滑斜面 AB的傾角0=53°, BC為水平面，BC的長(zhǎng)度Ibc=1.10 m, CD為光滑,1 -的一圓弧，半徑R=0.60 m . 一個(gè)質(zhì)重m=2.0 kg的物體，從斜面上 A點(diǎn)由靜止開始下滑，物4體與水平面BC間的動(dòng)摩擦因數(shù) 月0.20.軌道在B, C兩點(diǎn)光滑連接.當(dāng)物體到達(dá) D點(diǎn)時(shí)， 繼續(xù)豎直向上運(yùn)動(dòng)，最高點(diǎn)距離 D點(diǎn)的高度 h=0.20 m , sin 53 = 0.8, cos 53 =0.6.g取10 m/s2 求：(1)物體運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)速度大小vc(2

12、)A點(diǎn)距離水平面的高度 H物體最終停止的位置到 C點(diǎn)的距離s.【答案】(1)4 m/s (2)1.02 m (3)0.4 m【解析】【詳解】12(1)物體由C點(diǎn)到最局點(diǎn)，根據(jù)機(jī)械能守恒得：mg R h- mvc2代入數(shù)據(jù)解得：Vc 4m/s12人(2)物體由A點(diǎn)到C點(diǎn)，根據(jù)動(dòng)能定理得：mgHmg%c - mvc 02代入數(shù)據(jù)解得：H 1.02m(3)從物體開始下滑到停下，根據(jù)能量守恒得:mgx mgH代入數(shù)據(jù)，解得：x 5.1m由于 x 41bc 0.7 m所以，物體最終停止的位置到C點(diǎn)的距離為：s 0.4m.【點(diǎn)睛】本題綜合考查功能關(guān)系、動(dòng)能定理等；在處理該類問題時(shí)，要注意認(rèn)真分析能量關(guān)系，

13、正 確選擇物理規(guī)律求解.7.如圖所示，ABC是一條長(zhǎng)L=10m的絕緣水平軌道，固定在離水平地面高h(yuǎn)=1.25m處，A、C為端點(diǎn)，B為中點(diǎn)，軌道BC處在方向豎直向上，大小E=5X 15N/C的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一質(zhì)量m=0.5kg,電荷量q=+1.0x10iC的可視為質(zhì)點(diǎn)的滑塊以初速度vo=6m/s在軌道上自A點(diǎn)開始向右運(yùn)動(dòng)，經(jīng) B點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)，從 C點(diǎn)離開電場(chǎng)，已知滑塊與軌道間動(dòng)摩擦因數(shù)=0.2, g 取 10m/s2。求：滑塊(1)到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度大??；(2)從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)所用的時(shí)間；(3)落地點(diǎn)距C點(diǎn)的水平距離。1L t - vB(3)滑塊在C點(diǎn)的速度vc =4m/s；滑塊從C點(diǎn)做平拋運(yùn)動(dòng)，則平

14、拋運(yùn)動(dòng)時(shí)間【答案】(1) 4m/s (2) 1.25s (3) 2m【解析】【詳解】(1)滑塊從A到B的運(yùn)動(dòng)過程只受重力、支持力、摩擦力作用，只有摩擦力做功，故由 動(dòng)能定理可得：mgLmvB2 1mv02222所以滑塊到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度大小vB= v02gL=4m/s(2)滑塊從B運(yùn)動(dòng)到C的過程受合外力F=科(mg-qE) =0;故滑塊從B到C做勻速運(yùn)動(dòng)；設(shè)從 B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)所用的時(shí)間為t,則有:5-s 1.25s42h ,=0.5s故落地點(diǎn)距C點(diǎn)的水平距離x=vct' =2m ；8 .如圖所示，在水平路段 AB上有一質(zhì)量為2kg的玩具汽車，正以10m/s的速度向右勻速 運(yùn)動(dòng)，玩具汽車前

15、方的水平路段AB、BC所受阻力不同，玩具汽車通過整個(gè)ABC路段的v-t圖象如圖所示(在t=15s處水平虛線與曲線相切)，運(yùn)動(dòng)過程中玩具汽車電機(jī)的輸出功率.(解題時(shí)將玩具保持20W不變，假設(shè)玩具汽車在兩個(gè)路段上受到的阻力分別有恒定的大小 汽車看成質(zhì)點(diǎn))10010(i)求汽車在AB路段上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力fi；(2)求汽車剛好開過B點(diǎn)時(shí)的加速度a求BC路段的長(zhǎng)度.【答案】(i) fi = 5N (2) a= i.5 m/s2x=58m 【解析】【分析】根據(jù)“汽車電機(jī)的輸出功率保持20W不變”可知，本題考查機(jī)車的啟動(dòng)問題，根據(jù)圖象知汽車在 AB段勻速直線運(yùn)動(dòng)，牽引力等于阻力，而牽引力大小可由瞬時(shí)功率表

16、達(dá)式 求出；由圖知，汽車到達(dá)B位置將做減速運(yùn)動(dòng)，瞬時(shí)牽引力大小不變，但阻力大小未知，考慮在t=i5s處水平虛線與曲線相切，則汽車又瞬間做勻速直線運(yùn)動(dòng)，牽引力的大小與BC段阻力再次相等，有瞬時(shí)功率表達(dá)式求得此時(shí)的牽引力數(shù)值即為阻力數(shù)值，由牛頓第二定 律可得汽車剛好到達(dá) B點(diǎn)時(shí)的加速度；BC段汽車做變加速運(yùn)動(dòng)，但功率保持不變，需由動(dòng) 能定理求得位移大小.【詳解】(1)汽車在AB路段時(shí)，有Fi = fiP= Fivi聯(lián)立解得：fi = 5N (2)t=i5 s時(shí)汽車處于平衡態(tài)，有 F2=f2P= F2v2聯(lián)立解得：f2=2Nt= 5s時(shí)汽車開始加速運(yùn)動(dòng)，有Fi - f2 = ma解得 a= i.5m

17、/s21 1 I對(duì)于汽車在BC段運(yùn)動(dòng)，由動(dòng)能定理得：Pt - /好=- /彳解得：x=58m【點(diǎn)睛】抓住汽車保持功率不變這一條件，利用瞬時(shí)功率表達(dá)式求解牽引力，同時(shí)注意隱含條件汽 車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)牽引力等于阻力；對(duì)于變力做功，汽車非勻變速運(yùn)動(dòng)的情況，只能從能量的 角度求解.9 .如圖所示，一傾角 。二37的斜面底端與一傳送帶左端相連于B點(diǎn)，傳送帶以v=6m/s的速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，有一小物塊從斜面頂端點(diǎn)以w=4m/s的初速度沿斜面下滑，當(dāng)物塊滑到斜面的底端點(diǎn)時(shí)速度恰好為零，然后在傳送帶的帶動(dòng)下，從傳送帶右端的C點(diǎn)水平拋出，最后落到地面上的 D點(diǎn)，已知斜面長(zhǎng)度 Li=8m,傳送帶長(zhǎng)度L2=18m,物塊與

18、傳送帶之間的 動(dòng)摩擦因數(shù) M2=0.3, (sin37=°0.6, cos37 =0.8, g=10m/s2).(1)求物塊與斜而之間的動(dòng)摩擦因數(shù)U；(2)求物塊在傳送帶上運(yùn)動(dòng)時(shí)間；(3)若物塊在D點(diǎn)的速度方向與地面夾角為a=53 ；求C點(diǎn)到地面的高度和 C、D兩點(diǎn)間的水平距離.|7【答案】(1)出 O(2) 4s；(3) 4.8m .【解析】試題分析：(1)從A到B由動(dòng)能定理即可求得摩擦因數(shù)(2)由牛頓第二定律求的在傳送帶上的加速度，判斷出在傳送帶上的運(yùn)動(dòng)過程，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式即可求的時(shí)間；(3)物體做平拋運(yùn)動(dòng)，在豎直方向自由落體運(yùn)動(dòng)，解：(1)從A到B由動(dòng)能定理可知mgL/口37&q

19、uot; - |1 jmgLjCosST0 二。-1鬲代入數(shù)據(jù)解得二丁(2)物塊在傳送帶上由牛頓第二定律：圖mg二ma達(dá)到傳送帶速度所需時(shí)間為t=-.- 5a 3 19 L _ ?加速前進(jìn)位移為 冥=專><3>< 2加6口 v18m滑塊在傳送帶上再勻速運(yùn)動(dòng)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)間為/上二!二”二士產(chǎn)v 6故經(jīng)歷總時(shí)間為t總工+t ' =4s(3)設(shè)高度為h,則豎直方向獲得速度為 vy=>/2ghtanQ =- v聯(lián)立解得h=3.2m下落所需時(shí)間為'". ''一210水平位移為 xcD=vt " =6 x 0.8s=4.8m答

20、：(1)求物塊與斜而之間的動(dòng)摩擦因數(shù)社為工O(2)求物塊在傳送帶上運(yùn)動(dòng)時(shí)間為4s；(3)若物塊在D點(diǎn)的速度方向與地面夾角為a=53。，C點(diǎn)到地面的高度為 3.2m和C、D兩點(diǎn)間的水平距離為 4.8m .【點(diǎn)評(píng)】本題主要考查了動(dòng)能定理、平拋運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，運(yùn)動(dòng)學(xué)基本公式的應(yīng)用，要注 意傳動(dòng)帶順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，要分析物體的運(yùn)動(dòng)情況，再根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)基本公式求解.10.質(zhì)量為2kg的物體，在豎直平面內(nèi)高h(yuǎn) = 1m的光滑弧形軌道 A點(diǎn)，以v=4m/s的初速度沿軌道滑下，并進(jìn)入 BC軌道，如圖所示。已知BC段的動(dòng)摩擦系數(shù)0.4。(g取10m/s2)求：(1)物體滑至B點(diǎn)時(shí)的速度；(2)物體最后停止在離 B點(diǎn)多

21、遠(yuǎn)的位置上?！敬鸢浮?1) 6m/s ； ( 2) 4.5m【解析】【詳解】(1)由A到B段由動(dòng)能定理得：mgh : mvB2122 mV。Vb .；2gh v02 6m/s ；(2)由B到C段由動(dòng)能定理得：mgx 0 1mvB2所以:2vBx 4.5m。2 g11 .某學(xué)校探究性學(xué)習(xí)小組對(duì)一輛自制小遙控車的性能進(jìn)行研究.他們讓這輛小車在水平 的地面上由靜止開始運(yùn)動(dòng)，并將小車運(yùn)動(dòng)的全過程記錄下來，通過數(shù)據(jù)處理得到如圖所示的vt圖象，已知小車在 02 s內(nèi)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，210 s內(nèi)小車牽引力的功率保持 不變，在10 s末停止遙控讓小車自由滑行，小車質(zhì)量 m = 1 kg,整個(gè)過程中小車受到的阻力大小不變.