提升训练7动能定理的应用1.图中给出一段“S”形单行盘山公路的示意图,弯道1、弯道2可看作两个不同水平面上的圆弧,圆心分别为O1,O2,弯道中心线半径分别为r1=10 m,r2=20 m,弯道2比弯道1高h=12 m,有一直道与两弯道圆弧相切。
质量m=1 200 kg的汽车通过弯道时做匀速圆周运动,路面对轮胎的最大径向静摩擦力是车重的1.25倍,行驶时要求汽车不打滑。
(sin 37°=0.6,sin 53°=0.8)(1)求汽车沿弯道1中心线行驶时的最大速度v1;(2)汽车以v1进入直道,以P=30 kW的恒定功率直线行驶了t=8.0 s,进入弯道2,此时速度恰为通过弯道2中心线的最大速度,求直道上除重力以外的阻力对汽车做的功;(3)汽车从弯道1的A点进入,从同一直径上的B点驶离,有经验的司机会利用路面宽度,用最短时间匀速安全通过弯道,设路宽d=10 m,求此最短时间(A、B两点都在轨道的中心线上,计算时视汽车为质点)。
2.(2017浙江金华十校期末)金华某商场门口根据金华“双龙”元素设计了一个精美的喷泉雕塑,两条龙喷出的水恰好相互衔接(不碰撞)形成一个“∞”字形。
某学习小组为了研究喷泉的运行原理,将喷泉简化成如图所示的模型,两个龙可以看成两个相同对称圆的一部分(近似看成在同一平面内),E、B两点为圆的最高点。
抽水机M使水获得一定的初速度后沿ABCDEFG运动,水在C、F两处恰好沿切线进入管道,最后回到池中。
圆半径为R=1 m,角度θ=53°,忽略一切摩擦。
(g取10 m/s2,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6)求:(1)水从B点喷出的速度多大?(2)取B处一质量为m=0.1 kg的一小段水,管道对这一小段水的作用力多大?方向如何?(3)若管道B处横截面积为S=4 cm2,则抽水机M的输出功率是多少?(水密度ρ=1×103 kg/m3)3.如图甲所示为一景区游乐滑道,游客坐在坐垫上沿着花岗岩滑道下滑,他可依靠手、脚与侧壁间的摩擦来控制下滑速度。
滑道简化图如乙所示,滑道由AB、BC、CD三段组成,各段之间平滑连接。
AB段和CD段与水平面夹角为θ1,竖直距离均为h0,BC段与水平面夹角为θ2,竖直距离为h0。
一质量为m的游客从A点由静止开始下滑,到达底端D点时的安全速度不得大于,已知sinθ1=、sinθ2=,坐垫与滑道底面间摩擦及空气阻力均不计,若未使用坐垫,游客与滑道底面间的摩擦力大小F f恒为重力的,运动过程中游客始终不离开滑道,问:(1)游客使用坐垫自由下滑(即与侧壁间无摩擦),则游客在BC段增加的动能ΔE k多大?(2)若游客未使用坐垫且与侧壁间无摩擦下滑,则游客到达D点时是否安全?(3)若游客使用坐垫下滑,则克服侧壁摩擦力做功的最小值是多少?4.某电视台拟推出一个水上娱乐节目,体验者乘坐滑水车运动过程可以简化为如下模型。
如图所示,滑水车从倾角为θ=53°的长直轨道AC上的B点由静止开始下滑,到达C点后进入弧形的涉水轨道CDEF,其中CDE是半径为R=5 m,圆心角为106°的圆弧,EF为半径为R=5 m,圆心角为53°的圆弧,此时滑水车刚好能到达F点。
已知滑水车与体验者的总质量为60 kg,B点到C点的距离为L0=4 m,滑水车与轨道AC间存在摩擦,涉水轨道CDEF可视为光滑轨道,不计滑水车受到的其他阻力作用,则:(1)求滑水车经过CDE轨道时对D点的压力大小;(2)求滑水车与轨道AC间的动摩擦因数μ;(3)若要使得滑水车能在F点水平抛出,求滑水车在AC上的释放点B'到C的距离L'的范围。
5.如图所示,是某兴趣小组通过弹射器研究弹性势能的实验装置。
半径为R的光滑半圆管道(管道内径远小于R)竖直固定于水平面上,管道最低点B恰与粗糙水平面相切,弹射器固定于水平面上。
某次实验过程中,一个可看作质点的质量为m的小物块,将弹簧压缩至A处,已知A、B相距为L。
弹射器将小物块由静止开始弹出,小物块沿圆管道恰好到达最髙点C。
已知小物块与水平面间的动摩擦因素为μ,重力加速度为g,求:(1)小物块到达B点时的速度v B及小物块在管道最低点B处受到的支持力;(2)小物块在AB段克服摩擦力所做的功;(3)弹射器释放的弹性势能E p。
6.(2018年3月台州质量评估)如图所示为某水上乐园急速滑道的简化示意图,内壁光滑的水平半圆形管道BC分别与倾角θ=37°的倾斜管道AB和水平直管道CD中顺滑连接,管道AB的A端离管道BC所在平面的高度h1=6 m,管道BC的直径d=10 m,离水面EF的高h2=1.8 m。
质量m=60 kg的游客(可视为质点),从A端静止滑下,游客与管道AB的动摩擦因数μ1=0.125,与管道CD的动摩擦因数μ2=0.5,整个运动过程空气阻力不计。
(sin37°=0.6,cos 37°=0.8)(1)求游客经过B点时的速度大小;(2)求游客受到BC管道的作用力大小;(3)要使游客落到水中且落水的速度不超过8 m/s,求管道CD的长度。
7.如图所示,所有轨道均光滑,轨道AB与水平面的夹角为θ=37°,A点距水平轨道的高度为H=1.8 m。
一无动力小滑车质量为m=1.0 kg,从A点沿轨道由静止滑下,经过水平轨道BC再滑入圆形轨道内侧,圆形轨道半径R=0.5 m,通过圆形轨道最高点D然后从水平轨道E点飞出,E点右侧有一壕沟,E、F两点的竖直高度差h=1.25 m,水平距离s=2.6 m。
不计小滑车通过B点时的能量损失,小滑车在运动全过程中可视为质点,g取10 m/s2,sin37°=0.6,cos 37°=0.8,求:(1)小滑车从A滑到B所经历的时间;(2)在圆形轨道最高点D处小滑车对轨道的压力大小;(3)要使小滑车既能安全通过圆形轨道又不掉进壕沟,则小滑车至少应从离水平轨道多高的地方由静止滑下。
8.低碳环保绿色出行的理念逐渐深入人心,而纯电动汽车是时下相对较环保的汽车。
为宣传“低碳环保”健康生活理念,某次志愿者举行玩具电动小汽车的表演。
如图所示,质量m=2 kg的小汽车以v0=4 m/s的初速度从水平轨道A处出发,沿平直轨道AC运动,到达C点时关闭发动机,进入半径R=1.8 m圆轨道,恰能做完整的圆周运动后又进入CE水平轨道向右运动,直至停下。
已知小汽车与水平面的摩擦阻力恒为重力的,AB段运动过程中风力较大,可简化为受0.8 N的水平向左的作用力,过B点后小汽车所受空气作用力均忽略不计。
圆轨道可视作光滑。
已知AB段长度x1=3 m,BC段长度x2=2 m,CE段足够长。
小汽车自身长度可忽略。
求:(1)要使小汽车完成上述运动,AC段电动机至少提供多少能量?(2)若CE阶段启用动力回收系统,把机械能转化为电能,回收效率为30%,则该段小汽车还能滑行多远?9.(2018年5月温州十五校联合体高二期中联考)如图所示,轻弹簧一端与墙相连,质量为4 kg的木块沿水平面以4 m/s的速度向左运动并压缩弹簧,木块离开弹簧时的动能为28.8 J,离开弹簧后又运动了3.6 m,g取10 m/s2,求:(1)木块与水平面间的动摩擦因数;(2)弹簧在被压缩过程中的最大弹性势能;(3)另一木块以2 m/s的速度压缩弹簧,弹簧在被压缩过程中的最大弹性势能与前面相同,则木块的质量为多少?10.如图所示为水上滑梯的简化模型:倾角θ=37°斜滑道AB和水平滑道BC平滑连接,起点A距水面的高度H=7 m,BC长d=2 m,端点C距水面的高度h=1 m。
质量m=50 kg的运动员从滑道起点A点无初速地自由滑下,运动员与AB、BC间的动摩擦因数均为μ=0.1。
已知cos 37°=0.8,sin 37°=0.6,运动员在运动过程中可视为质点,g取10 m/s2。
求:(1)运动员从A滑到B所需的时间t;(2)运动员到达C点时的速度大小v C;(3)保持水平滑道端点在同一竖直线上,调节水平滑道高度h和长度d到图中B'C'位置时,运动员从滑梯平抛到水面的水平位移最大,求此时滑道B'C'距水面的高度h'。
11.(2017浙江七彩阳光联盟期初联考)如图甲为滑板运动,如图乙为滑板比赛滑道示意简图,滑行轨道均在同一竖直平面内,斜轨道AB的倾角θ=37°,与水平轨道BC间用小圆弧平滑相连(小圆弧的长度可忽略)。
斜轨道DE倾角α=53°,与半径R=1.0 m的光滑圆弧轨道EFG相切于E点,F为圆弧轨道最低点,已知H1=4.2 m,L1=15.0m,H2=1.0 m,H3=5.0 m。
设滑板与直轨道间的摩擦因数均为μ=0.25,运动员连同滑板的总质量m=60.0 kg。
运动员从A点由静止开始下滑,从C点水平飞出,与斜面DE碰撞后,没有反弹,继续滑行,经过圆弧轨道F点时对轨道压力大小为F N=4 800 N,从G点飞出后落在与G点同一水平面且间距为L2=6.0 m的K点,轨迹最高点I与GK面的距离H4=1.8 m。
运动员连同滑板可视为质点,忽略空气阻力,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。
求:甲(1)运动员从C点水平飞出时的速度大小v C;(2)运动员落在斜面DE上与斜面碰撞过程中损失的动能ΔE k;(3)G点与圆心O的高度差Δh。
12.(2018年2月温州六校协作体高三期末)上海热带风暴水上乐园有个项目叫做“音速飞龙”。
如图甲所示,两条高速滑道,人可以仰卧下滑,下滑起伏共有3层。
图乙为其轨道侧视图,质量为70 kg的人从A处静止下滑,经BCDEF,最终停在G处。
已知AB、BC、CD、DE、EF是半径为14 m的圆弧,其对应的圆心角均为60°,FG段水平。
设人滑到F点时速度为20 m/s,g取10 m/s2,求:(1)人刚滑到圆弧末端F点时,滑道对人竖直向上的作用力F1的大小;(2)在AF段上滑动过程中人克服阻力所做的功W f;(3)若一光滑小球在该轨道无水时自A处静止释放,且不计空气阻力,小球能否沿ABCDEF轨道运动?若能,请说明理由;若不能,请求出小球脱离轨道的位置及落回轨道所在的圆弧部分。
13.(2018年3月绍兴选考适应性)如图为杂技演员进行摩托车表演的轨道,它由倾斜直线轨道AB、圆弧形轨道BCD、半圆形轨道DE、水平轨道EF组成,已知轨道AB的倾角θ=37°,A、B间高度差H=12 m,轨道BCD的半径R=4.8 m,轨道DE的半径r=2.4 m,轨道最低点C距水平地面高度差h=0.2 m,在轨道AB上运动时摩托车(含人)受到的阻力为正压力的,其余阻力均不计。