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.北京老山自行車賽場(chǎng)采用的是250m橢圓賽道，賽道寬度為 7.6m。賽道形如馬鞍形，由直線段、過渡曲線段以及圓弧段組成，圓弧段傾角為45。(可以認(rèn)為賽道直線段是水平的，圓弧段中線與直線段處于同一高度)。比賽用車采用最新材料制成，質(zhì)量為9kgo已知直線段賽道每條長(zhǎng) 80m,圓弧段內(nèi)側(cè)半徑為 14.4m,運(yùn)動(dòng)員質(zhì)量為61kg。求：(1)運(yùn)動(dòng)員在圓弧段內(nèi)側(cè)以12m/s的速度騎行時(shí)，運(yùn)動(dòng)員和自行車整體的向心力為多大；(2)運(yùn)動(dòng)員在圓弧段內(nèi)側(cè)騎行時(shí)，若自行車所受的側(cè)向摩擦力恰為零，則自行車對(duì)賽道的 壓力多大；(3)

2、若運(yùn)動(dòng)員從直線段的中點(diǎn)出發(fā)，以恒定的動(dòng)力92N向前騎行，并恰好以12m/s的速度進(jìn)入圓弧段內(nèi)側(cè)賽道，求此過程中運(yùn)動(dòng)員和自行車克服阻力做的功。(只在賽道直線段 給自行車施加動(dòng)力)。州瓠【答案】(1) 700N; (2) 700 72 N; (3) 521J【解析】【分析】【詳解】(1)運(yùn)動(dòng)員和自行車整體的向心力2(M m)vFn=-R解得Fn=700N(2)自行車所受支持力為M m gFn 三cos45解得Fn=700 2 N根據(jù)牛頓第三定律可知FmFn=700V2 N(3)從出發(fā)點(diǎn)到進(jìn)入內(nèi)側(cè)賽道運(yùn)用動(dòng)能定理可得12WF-Wf克+mgh= - mvFLWf=21 . oh= d cos45 =1

3、.9m2Wf 克=521J2.如圖所示，軌道 ABC被豎直地固定在水平桌面上， A距水平地面高 H= 0.75m, C距水 平地面高h(yuǎn) = 0.45m。一個(gè)質(zhì)量m=0.1kg的小物塊自A點(diǎn)從靜止開始下滑，從 C點(diǎn)以水平 速度飛出后落在地面上的 D點(diǎn)?，F(xiàn)測(cè)得C、D兩點(diǎn)的水平距離為 x= 0.6m。不計(jì)空氣阻力，取 g= 10m/s2。求(1)小物塊從C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間t；(2)小物塊從C點(diǎn)飛出時(shí)速度的大小vc；(3)小物塊從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過程中克服摩擦力做的功?！敬鸢浮?1) t=0.3s (2) vc=2.0m/s (3)0.1J【解析】【詳解】12(1)小物塊從C水平飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)

4、，由 h - gt2 2得小物塊從C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間t 部 0,3s(2)小物塊從C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到D,由x Vet得小物塊從C點(diǎn)飛出時(shí)速度的大小 vC- 2.0m/st(3)小物塊從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過程中，根據(jù)動(dòng)能定理 TOC o 1-5 h z 2 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 得 mg HhWfmvC0 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 2,.WfmvCmgHh-0.1J此過程中克服摩擦力做的功WfWf0,1J.如圖所示，AB是豎直面內(nèi)的四分之一圓弧形光滑軌道，下端B點(diǎn)與水平直軌道相切.

5、一個(gè)小物塊自 A點(diǎn)由靜止開始沿軌道下滑，已知軌道半徑為R= 0.2m,小物塊的質(zhì)量為m = 0.1kg,小物塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)尸0.5, g取10m/s2.求：(1)小物塊在B點(diǎn)時(shí)受到的圓弧軌道的支持力大小;(2)小物塊在水平面上滑動(dòng)的最大距離.【答案】3N (2)0.4m【解析】(1)由機(jī)械能守恒定律，得1 mgR = -mvi% - mg = m聯(lián)立以上兩式得 FN=3mg= 3X0.1 x WNN.(2)設(shè)小物塊在水平面上滑動(dòng)的最大距離為l,對(duì)小物塊運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程由動(dòng)能定理得mgR- mg 1=0,R 0.2I = = 0 4 由代入數(shù)據(jù)得X 05【點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵知道只有重力

6、做功，機(jī)械能守恒，掌握運(yùn)用機(jī)械能守恒定律以及 動(dòng)能定理進(jìn)行解題.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)均為困h【答案】(1)而h (2)s【解析】【詳解】C解：(1)小物體沿弧形軌道下滑的過程，根據(jù)機(jī)械能守恒定律可得：mgh -mv2mgh mgs 0解得小物體剛滑到弧形軌道底端時(shí)的速度大?。篤 J麗 (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:解得水平軌道與物體間的動(dòng)摩擦因數(shù):5.如圖所示，半徑為

7、R的圓管BCD豎直放置，一可視為質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量為m的小球以某一初速度從A點(diǎn)水平拋出，恰好從 B點(diǎn)沿切線方向進(jìn)入圓管，到達(dá)圓管最高點(diǎn)D后水平射出.已知小球在 D點(diǎn)對(duì)管下壁壓力大小為 1mg,且A、D兩點(diǎn)在同一水平線上，BC弧對(duì)2應(yīng)的圓心角0=60,不計(jì)空氣阻力.求：(1)小球在A點(diǎn)初速度的大小；(2)小球在D點(diǎn)角速度的大小；(3)小球在圓管內(nèi)運(yùn)動(dòng)過程中克服阻力做的功.【答案】(1)，樂；(2) 基;(3) 1mgR【解析】【分析】(1)根據(jù)幾何關(guān)系求出平拋運(yùn)動(dòng)下降的高度，從而求出豎直方向上的分速度，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的 合成和分解求出初速度的大小.(2)根據(jù)向心力公式求出小球在D點(diǎn)的速度，從而求解小球在D點(diǎn)角

8、速度.(3)對(duì)A到D全程運(yùn)用動(dòng)能定理，求出小球在圓管中運(yùn)動(dòng)時(shí)克服阻力做的功.【詳解】(1)小球從 A 至ijB,豎直方向：Vy2 = 2gR(1+cos 60 )解得 Vy= 73gR在 B 點(diǎn)：vo = y0- = JgR .tan60(2)在D點(diǎn)，由向心力公式得 mg- - mg = mVD2 R解得VD=誣(3)從A到D全過程由動(dòng)能定理：一 W克=mvD2 mv02221斛得W克=mgR.【點(diǎn)睛】本題綜合考查了平拋運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)，難度不大，關(guān)鍵搞清平拋運(yùn)動(dòng)在水平方 向和豎直方向上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以及圓周運(yùn)動(dòng)向心力的來源.如圖所示，BC為半徑等于2J2 m豎直放置的光滑細(xì)圓管，O為細(xì)

9、圓管的圓心，在圓5管的末端C連接傾斜角為45。、動(dòng)摩擦因數(shù) 科=0.6的足夠長(zhǎng)粗糙斜面，一質(zhì)量為m = 0.5kg的小球從O點(diǎn)正上方某處 A點(diǎn)以vo水平拋出，恰好能垂直 OB從B點(diǎn)進(jìn)入細(xì)圓管，小球從進(jìn)入圓管開始受到始終豎直向上的力F=5N的作用，當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到圓管的末端C時(shí)作用力F立即消失，小球能平滑地沖上粗糙斜面.(g=10m/s2)求：(1)小球從O點(diǎn)的正上方某處 A點(diǎn)水平拋出的初速度 vo為多少？(2)小球在圓管中運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)圓管的壓力是多少？(3)小球在CD斜面上運(yùn)動(dòng)的最大位移是多少?【答案】(1) 2m/s； (2) 7.1N; (3) 0.35m.(1)小球從A運(yùn)動(dòng)到B為平拋運(yùn)動(dòng), 水平

10、方向：rsin45 =v0t,在B點(diǎn)：v gttan45 = ,v0 v0解得：v0=2m/s ；(2)小球到達(dá)在 B點(diǎn)的速度：v 一v0- 26m/s ,cos45由題意可知：mg=0.5 x 10=5N=重力與F的合力為零，小球所受合力為圓管的外壁對(duì)它的彈力，該力不做功，小球在管中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，管壁的彈力提供向心力,2 v F m 一r0.5由牛頓第三定律可知，小球?qū)A管的壓力大小:(2.2)2界5FN 7.1N7.1N ;(3)小球在CD上滑行到最高點(diǎn)過程，由動(dòng)能定理得:mg sin 45 ?S mg cos45 a0 1mv22解得:s= 0.35中.如圖所示，在光滑的水平地面上有一

11、平板小車質(zhì)量為M=2kg,靠在一起的滑塊甲和乙質(zhì)量均為m=1kg,三者處于靜止?fàn)顟B(tài)。某時(shí)刻起滑塊甲以初速度V1=2m/s向左運(yùn)動(dòng)，同時(shí)滑塊乙以V2=4m/s向右運(yùn)動(dòng)。最終甲、乙兩滑塊均恰好停在小車的兩端。小車長(zhǎng) L=9.5m,兩滑塊與小車間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同，( g取10m/s2,滑塊甲和乙可視為質(zhì)點(diǎn))求： (1)最終甲、乙兩滑塊和小車的共同速度的大小(2)兩滑塊與小車間的動(dòng)摩擦因數(shù);(3)兩滑塊運(yùn)動(dòng)前滑塊乙離右端的距離?！敬鸢浮?1) 0.5m/s (2) 0.1 (3) 7.5m【詳解】(1)兩滑塊與小車組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，以向右為正方向，由動(dòng)量守恒定律得mv2 mv1 (M m m)v解得

12、v=0.5m/s(2)對(duì)整體由能量守恒定律得12 1212mgLmv1 mv2 - M m m v222解得：0.1(3)經(jīng)分析，滑塊甲運(yùn)動(dòng)到左端時(shí)速度剛好減為0,在滑塊甲運(yùn)動(dòng)至左端前，小車靜止,之后滑塊甲和小車一起向右做勻加速運(yùn)動(dòng)到三者共速。法一：應(yīng)用動(dòng)能定理甲、乙從開始運(yùn)動(dòng)到最終兩滑塊均恰好停在小車的兩端的過程中，設(shè)滑塊乙的對(duì)地位移為Xi,滑塊甲和小車一起向右運(yùn)動(dòng)的位移為 由動(dòng)能定理對(duì)滑塊乙有X2。212mgx1 mv 一 mv2 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 2對(duì)滑塊甲和小車有 12mgx2 - m M v滑塊乙離右端的距離s X1

13、x2解得：s=7.5m法二：應(yīng)用動(dòng)量定理甲、乙從開始運(yùn)動(dòng)到最終兩滑塊均恰好停在小車的兩端的過程中，設(shè)滑塊乙的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t1 ,滑塊甲向左運(yùn)動(dòng)至小車左端的時(shí)間為t2。由動(dòng)量定理對(duì)滑塊乙有mgt1 mv mv2對(duì)滑塊甲滑塊甲和小車一起向右運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式滑塊乙離右端的距離：解得：mgt2 0 mv1t t1 t2V2 vs=7.5m法三：轉(zhuǎn)換研究對(duì)象，以甲為研究對(duì)象設(shè)滑塊甲離左端距離為 X1 ,由牛頓第二定律得mg ma由速度位移公式v2 2ax1解得：x, 2m滑塊乙離右端的距離s L x1 7.5m8.如圖，圖象所反映的物理情景是：物體以大小不變的初速度vo沿木板滑動(dòng)，若木板傾角。不同

14、，物體沿木板上滑的距離 S也不同，便可得出圖示的 S-。圖象.問:(1)物體初速度V0的大小.(2)木板是否粗糙？若粗糙，則動(dòng)摩擦因數(shù)科為多少？(3)物體運(yùn)動(dòng)中有否最大加速度以及它發(fā)生在什么地方？53 ,s 12m3g cos g sin g cos4sin 得到,【答案】(1) Vo 17.3m/s (2)0.75 (3)最大加速度點(diǎn)坐標(biāo)【解析】【分析】【詳解】(1)當(dāng) 打90o時(shí)，物體做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)速度位移公式可知:Vo2gs1 10.3 17.3m/s12(2)當(dāng)9=0。時(shí)，根據(jù)動(dòng)能te理得，mgs - mv0 ,解得:2立0.752gs 2 10 20mg cos mg sin(

15、3)加速度a m2 12當(dāng)9=53o時(shí)，a有極大值am 12.5m /s ,由動(dòng)能定理得，0 mv0 mas ,所以2s 12m所以最大加速度點(diǎn)坐標(biāo)53 ,s 12m9.如圖所示，一傾角 。=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u(píng))=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 L1=8m,傳送帶長(zhǎng)度L2=18m,物塊與傳送帶之間的 動(dòng)摩擦因數(shù) (j2=0.3, (sin37=0.6, cos37 =0.8, g=10m/

16、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. It【答案】(1)34s；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|Sin37* 一 k jingl os374代入數(shù)據(jù)解得二(2)物塊在傳送帶上由牛頓第二定律:隆mg=ma2 a= I ,-二 達(dá)到傳送帶速

17、度所需時(shí)間為t=-：1二s加速前進(jìn)位移為真制Zt=2彳1P6口 18m滑塊在傳送帶上再勻速運(yùn)動(dòng),t ,Ln Xi IB- 6勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)間為/ -=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 甲廣府itan Ct =- v聯(lián)立解得h=3.2m vy J2X10X3.2下洛所需時(shí)間為,g 10水平位移為XCD=vt=6 x 0.8s=4.8m林為三答：(1)求物塊與斜而之間的動(dòng)摩擦因數(shù)(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)

18、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.動(dòng)能定理和動(dòng)量定理不僅適用于質(zhì)點(diǎn)在恒力作用下的運(yùn)動(dòng)，也適用于質(zhì)點(diǎn)在變力作用下的運(yùn)動(dòng)，這時(shí)兩個(gè)定理表達(dá)式中的力均指平均力，但兩個(gè)定理中的平均力的含義不同，在動(dòng)量定理中的平均力Fi是指合力對(duì)時(shí)間的平均值，動(dòng)能定理中的平均力F2是合力指對(duì)位移的平均值.(1)質(zhì)量為1.0kg的物塊，受變力作用下由靜止開始沿直線運(yùn)動(dòng)，在2.0s的時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)了2.5m的位移，速度達(dá)到了2.0m/s .分別應(yīng)用動(dòng)量定理和動(dòng)能定理求出平均力Fi和F2的值.(2)如圖1所示，質(zhì)量為 m的物塊，在外

19、力作用下沿直線運(yùn)動(dòng)，速度由 V0變化到v時(shí)，經(jīng) 歷的時(shí)間為t,發(fā)生的位移為x.分析說明物體的平均速度 V與Vo、v滿足什么條件時(shí)，F(xiàn)i 和F2是相等的.(3)質(zhì)量為m的物塊，在如圖2所示的合力作用下，以某一初速度沿x軸運(yùn)動(dòng)，當(dāng)由位置x=0運(yùn)動(dòng)至x=A處時(shí)，速度恰好為 0,此過程中經(jīng)歷的時(shí)間為 t JU ,求此過程中物塊2 V k所受合力對(duì)時(shí)間t的平均值.x【答案】(1) Fi=1.0N, F2=0.8N； (2)當(dāng) v t【解析】Vo v ,_ _一時(shí)，F(xiàn)i=F2； (3) F 22kA解：(1)物塊在加速運(yùn)動(dòng)過程中，應(yīng)用動(dòng)量定理有：F1G mvtmvt解得：F1:1n2.01.0N12物塊在

20、加速運(yùn)動(dòng)過程中，應(yīng)用動(dòng)能te理有：F2 gx mvt2解得：F22mvt2x1.0 2.02 N 0.8N2 2.5(2)物塊在運(yùn)動(dòng)過程中，應(yīng)用動(dòng)量定理有：Ft mv mv0m(v v0) TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark156 o Current Document 解得：F1-p*物塊在運(yùn)動(dòng)過程中，應(yīng)用動(dòng)能定理有：F2x mv2 mv2 HYPERLINK l bookmark165 o Current Document 22 HYPERLINK l bookmark184 o Current Document 22解得：f2 m(v V。)2x當(dāng)Fi F

21、2時(shí)，由上兩式得：-紋一v t 2(3)由圖2可求得物塊由x 0運(yùn)動(dòng)至X A過程中，外力所做的功為:112W - kAgA- kA22設(shè)物塊的初速度為v。，由動(dòng)能定理得：W 0 mv。解得：v0設(shè)在t時(shí)間內(nèi)物塊所受平均力的大小為F ,由動(dòng)量定理得:Ft 0 mv0解得：F由題已知條件:2 kA.如圖所示，某工廠車間有甲、乙兩輛相同的運(yùn)料小車處于閑置狀態(tài)，甲車與乙車、乙 車與豎直墻面間的距離均為L(zhǎng),由于騰用場(chǎng)地，需把兩輛小車向墻角處移動(dòng)。一工人用手猛推了一下甲車，在甲車與乙車碰撞瞬間，立即通過掛鉤掛到了一起，碰后兩車沿甲車原 來的運(yùn)動(dòng)方向繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，在乙車運(yùn)動(dòng)到墻角時(shí)剛好停下。已知兩車的質(zhì)量均為 水平地面間的摩擦力均為車重的k倍，重力加速度大小為 g,求：(1)兩車將要相碰時(shí)甲車的速度大??；(2)工人推甲車時(shí)對(duì)甲車的沖量大小?！敬鸢浮?1) v1=2,2kgL ； (2) I mj10kgL【解析】設(shè)甲乙車鉤掛在一起后的速度為v2,從甲乙車鉤掛一起到停下過程1O根據(jù)動(dòng)能th理：2kmgL 0 2mv2(注：用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)方程解的也給分)甲乙兩車