当前位置:文档之家› 【物理】物理动能定理的综合应用题20套(带答案)

【物理】物理动能定理的综合应用题20套(带答案)

【物理】物理动能定理的综合应用题20套(带答案)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,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)2;(3)521J 【解析】 【分析】 【详解】(1)运动员和自行车整体的向心力F n =2(m)M v R+解得F n =700N(2)自行车所受支持力为()cos45NM m g F +=︒解得F N 2N根据牛顿第三定律可知F 压=F N 2N(3)从出发点到进入内侧赛道运用动能定理可得W F -W f 克+mgh =212mv W F =2FL h =1cos 452d o =1.9m W f 克=521J2.在某电视台举办的冲关游戏中,AB 是处于竖直平面内的光滑圆弧轨道,半径R=1.6m ,BC 是长度为L 1=3m 的水平传送带,CD 是长度为L 2=3.6m 水平粗糙轨道,AB 、CD 轨道与传送带平滑连接,参赛者抱紧滑板从A 处由静止下滑,参赛者和滑板可视为质点,参赛者质量m=60kg ,滑板质量可忽略.已知滑板与传送带、水平轨道的动摩擦因数分别为μ1=0.4、μ2=0.5,g 取10m/s 2.求:(1)参赛者运动到圆弧轨道B 处对轨道的压力;(2)若参赛者恰好能运动至D 点,求传送带运转速率及方向; (3)在第(2)问中,传送带由于传送参赛者多消耗的电能.【答案】(1)1200N ,方向竖直向下(2)顺时针运转,v=6m/s (3)720J 【解析】(1) 对参赛者:A 到B 过程,由动能定理 mgR(1-cos 60°)=12m 2B v 解得v B =4m /s在B 处,由牛顿第二定律N B -mg =m 2Bv R解得N B =2mg =1 200N根据牛顿第三定律:参赛者对轨道的压力 N′B =N B =1 200N ,方向竖直向下. (2) C 到D 过程,由动能定理-μ2mgL 2=0-12m 2C v 解得v C =6m /sB 到C 过程,由牛顿第二定律μ1mg =ma解得a =4m /s 2(2分) 参赛者加速至v C 历时t =C Bv v a-=0.5s 位移x 1=2B Cv v +t =2.5m <L 1 参赛者从B 到C 先匀加速后匀速,传送带顺时针运转,速率v =6m /s . (3) 0.5s 内传送带位移x 2=vt =3m 参赛者与传送带的相对位移Δx =x 2-x 1=0.5m 传送带由于传送参赛者多消耗的电能 E =μ1mg Δx +12m 2C v -12m 2B v =720J .3.质量为m =2kg 的小玩具汽车,在t =0时刻速度为v 0=2m/s ,随后以额定功率P =8W 沿平直公路继续前进,经t =4s 达到最大速度。

该小汽车所受恒定阻力是其重力的0.1倍,重力加速度g =10m/s 2。

求: (1)小汽车的最大速度v m ; (2)汽车在4s 内运动的路程s 。

【答案】(1)4 m/s ,(2)10m 。

【解析】 【详解】(1)当达到最大速度时,阻力等于牵引力:m m P Fv fv == 0.1f mg =解得:m 4m/s v =;(2)从开始到t 时刻根据动能定理得:22m 01122Pt fs mv mv -=- 解得:10m s =。

4.如图所示,一质量为m 的滑块从高为h 的光滑圆弧形槽的顶端A 处无初速度地滑下,槽的底端B 与水平传送带相接,传送带的运行速度恒为v 0,两轮轴心间距为L ,滑块滑到传送带上后做匀加速运动,滑到传送带右端C 时,恰好加速到与传送带的速度相同,求:(1)滑块到达底端B 时的速度大小v B ;(2)滑块与传送带间的动摩擦因数μ;(3)此过程中,由于克服摩擦力做功而产生的热量Q.【答案】(1)2gh(2)22 2v ghglμ-=(3)()222m v gh-【解析】试题分析:(1)滑块在由A到B的过程中,由动能定理得:212Bmgh mv-=,解得:2Bghν=;(2)滑块在由B到C的过程中,由动能定理得:μmgL=12mv02−12mv B2,解得,222v ghgLμ-=;(3)产生的热量:Q=μmgL相对,()2200(2)2BghLg相对=νννμ--=(或2(2)ghLν-),解得,21(2)2Q m ghν-=;考点:动能定理【名师点睛】本题考查了求物体速度、动摩擦因数、产生的热量等问题,分析清楚运动过程,熟练应用动能定理即可正确解题.5.如图所示,固定斜面的倾角α=30°,用一沿斜面向上的拉力将质量m=1kg的物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μ=3.重力加速度g=10m/s2.求:(1)拉力所做的功;(2)拉力的大小.【答案】(1)40JFW= (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:cos 0sin F hW mg mgh μαα-⋅-= 解得拉力所做的功40F W J = (2)F W Fx =由位移公式有212x at = 由牛顿第二定律有cos sin F mg mg ma μαα--=解得拉力的大小F=10N.6.一质量为m =0.1kg 的滑块(可视为质点)从倾角为θ=37°、长为L =6m 的固定租糙斜面顶端由静止释放,滑块运动到斜面底端时的速度大小为v ,所用的时间为t .若让此滑块从斜面底端以速度v 滑上斜面,利滑块在斜面上上滑的时间为12t .已知重力加速度g 取10m/s 2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求: (1)滑块通过斜面端时的速度大小v ;(2)滑块从斜而底端以速度v 滑上斜面又滑到底端时的动能.【答案】(1);(2)1.2J 【解析】 【详解】解:(1)设滑块和斜面间的动摩擦因数为μ,滑块下滑时的加速度大小为1a ,滑块上滑时的加速度大小为2a ,由牛顿第二定律可得 滑块下滑时有1mgsin mgcos ma θμθ-= 滑块上滑时有2mgsin mgcos ma θμθ+= 由题意有122t v a t a == 联立解得μ=0.25则滑块在斜面上下滑时的加速度1a =4m/s 2,滑块上滑时的加速度大小2a =8m/s 2由运动学公式有212v a L =联立解得v =m/s(2)设滑块沿斜面上滑的最大位移为x ,则有222v a x =解得:x =3m则滑块从斜面底端上滑到下滑到斜面底端的过程中,由动能定理有:21cos 22k mg x E mv μθ-⋅=-解得:k E =1.2J7.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、初速度不同的微粒.高度为h 的探测屏AB 竖直放置,离P 点的水平距离为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】3h g 42g g v h h≤≤22h 【解析】 【分析】 【详解】(1)若微粒打在探测屏AB 的中点,则有:32h =12gt 2, 解得:3h t g=(2)设打在B 点的微粒的初速度为V1,则有:L=V 1t 1,2h=12gt 12 得:14g v h=同理,打在A 点的微粒初速度为:22g v h= 所以微粒的初速度范围为:4g h ≤v≤2g h(3)打在A 和B 两点的动能一样,则有:12mv 22+mgh=12mv 12+2mgh 联立解得:2h8.如图,与水平面夹角θ=37°的斜面和半径R =1.0m 的光滑圆轨道相切于B 点,且固定于竖直平面内。

质量m =0.5kg 的滑块从斜面上的A 点由静止释放,经B 点后沿圆轨道运动,通过最高点C 时轨道对滑块的弹力为滑块重力的5.4倍。

已知A 、B 两点间的高度差h =6.0m 。

(g =10m/s 2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)求:(1)滑块在C 点的速度大小v C ; (2)滑块在B 点的速度大小v B ;(3)滑块在A 、B 两点间克服摩擦力做功W f 。

【答案】(1)8m/s (2)10m/s (3)5J 【解析】 【详解】(1)在C 点,由牛顿第二定律:2CC v mg F m R+=其中5.4C F mg =解得v C =8m/s(2)从B 到C 由机械能守恒:2211=(1cos37)22B C mv mv mgR ++o 解得v B =10m/s(3)从A 到B 由动能定理:212f B mgh W mv -=解得W f =5J9.动能定理和动量定理不仅适用于质点在恒力作用下的运动,也适用于质点在变力作用下的运动,这时两个定理表达式中的力均指平均力,但两个定理中的平均力的含义不同,在动量定理中的平均力F 1是指合力对时间的平均值,动能定理中的平均力F 2是合力指对位移的平均值.(1)质量为1.0kg 的物块,受变力作用下由静止开始沿直线运动,在2.0s 的时间内运动了2.5m 的位移,速度达到了2.0m/s .分别应用动量定理和动能定理求出平均力F 1和F 2的值.(2)如图1所示,质量为m 的物块,在外力作用下沿直线运动,速度由v 0变化到v 时,经历的时间为t ,发生的位移为x .分析说明物体的平均速度v 与v 0、v 满足什么条件时,F 1和F 2是相等的.(3)质量为m 的物块,在如图2所示的合力作用下,以某一初速度沿x 轴运动,当由位置x =0运动至x =A 处时,速度恰好为0,此过程中经历的时间为2mt kπ=,求此过程中物块所受合力对时间t 的平均值.【答案】(1)F 1=1.0N ,F 2=0.8N ;(2)当02v v x v t +==时,F 1=F 2;(3)2kA F π=. 【解析】 【详解】解:(1)物块在加速运动过程中,应用动量定理有:1t F t mv =g解得:1 1.0 2.0N 1.0N 2.0t mv F t ⨯=== 物块在加速运动过程中,应用动能定理有:2212t F x mv =g 解得:222 1.0 2.0N 0.8N 22 2.5t mv F x ⨯===⨯(2)物块在运动过程中,应用动量定理有:10Ft mv mv =- 解得:01()m v v F t-=物块在运动过程中,应用动能定理有:22201122F x mv mv =- 解得:2202()2m v v F x-=当12F F =时,由上两式得:02v v x v t +== (3)由图2可求得物块由0x =运动至x A =过程中,外力所做的功为:21122W kA A kA =-=-g设物块的初速度为0v ',由动能定理得:20102W mv '=-解得:0kv A m'= 设在t 时间内物块所受平均力的大小为F ,由动量定理得:00Ft mv -=-'由题已知条件:2m t kπ= 解得:2kAF π=10.如图所示,AB 为半径0.2m R =的光滑14圆形轨道,BC 为倾角45θ=︒的斜面,CD 为水平轨道,B 点的高度5m h =.一质量为0.1kg 的小球从A 点静止开始下滑到B 点时对圆形轨道的压力大小是其重力的3倍,离开B 点后做平抛运动(g 取210m /s )(1)求小球到达B 点时速度的大小;(2)小球离开B 点后能否落到斜面上?如果不能,请说明理由;如果能,请求出它第一次落在斜面上的位置.【答案】(1) 2m/s (2)能落在斜面上,1.13m 【解析】 【详解】(1)从A 到B 的过程由动能定理得:2012mgR mv =,解得:02m /s v =;(2)设小球离开B 点做平抛运动的时间为1t ,落地点到C 点距离为x ,由2112h gt = 得:11s t =,0121m 2m x v t ==⨯=斜面的倾角θ=45°,底边长d =h =5m ;因为d x >,所以小球离开B 点后能落在斜面上.假设小球第一次落在斜面上F 点,BF 长为L ,小球从B 点到F 点的时间为2t ,02cos L v t θ=①,2212sin L gt θ=②, 联立①、②两式得20.4s t =;则021.13m cos v t L θ==. 答:(1)小球到达B 点时速度的大小是2m/s ;(2)小球离开B 点后能落到斜面上,第一次落在斜面上的位置据B 的距离为1.13m .11.如图所示,光滑曲面与粗糙平直轨道平滑相接,B 为连接点,滑块(视为质点)自距水平轨道高为h 的A 点,由静止自由滑下,滑至C 点速度减为零.BC 间距离为L .重力加速度为g ,忽略空气阻力,求:(1)滑块滑至B 点的速度大小; (2)滑块与水平面BC 间的动摩擦因数;(3)若在平直轨道BC 间的D 点平滑接上一半圆弧形光滑竖直轨道(轨道未画出),34DC L =,再从A 点释放滑块,滑块恰好能沿弧形轨道内侧滑至最高点.不考虑滑块滑入半圆弧形光滑轨道时碰撞损失的能量,半圆弧的半径应多大?【答案】(1) 2v gh =h L μ= (3) 310R h =【解析】 【详解】(1)滑块从A 到B ,由动能定理: 212mgh mv =解得滑块经过B 点的速度2v gh = (2)滑块从A 到C ,由全程的动能定理:0mgh fL -=滑动摩擦力:N f F μ=而N F mg =,联立解得:hLμ=. (3)设滑块刚好经过轨道最高点的速度为0v ,轨道半径为R , 滑块刚好经过轨道最高点时,20v mg m R= 滑块从A 到轨道最高点,由能量守恒201-242L mgh mgmg R mv μ=+ 联立解得 310R h =.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0v =4m/s 沿轨道下滑,并进入水平轨道BC .BC =1.8m ,物体在BC 段所受到的阻力为8N 。

相关主题