高中物理动能定理的综合应用题20套(带答案)及解析

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(1)若释放弹簧,物块离开弹簧,滑上传送带刚好能到达C点,求弹簧储存的弹性势能 ;
(2)若释放弹簧,物块离开弹簧,滑上传送带能够通过C点,并经过圆弧轨道DE,从其最高点E飞出,最终落在CD上距D点的距离为x=1.2m处(CD长大于1.2m),求物块通过E点时受到的压力大小;
(3)满足(2)条件时,求物块通过传送带的过程中产生的热能.
解得:Q=16J
4.如图所示,位于竖直平面内的轨道BCDE,由一半径为R=2m的 光滑圆弧轨道BC和光滑斜直轨道DE分别与粗糙水平面相切连接而成.现从B点正上方H=1.2m的A点由静止释放一质量m=1kg的物块,物块刚好从B点进入 圆弧轨道.已知CD的距离L=4m,物块与水平面的动摩擦因数 =0.25,重力加速度g取10m/s2,不计空气阻力.求:
求:(1)滑块在C点的速度大小vc
(2)在C点时,轨道对滑块的作用力NC
(3)恒定外力F的大小
【答案】(1)vc=20m/s(2)Nc=30N,方向竖直向下(3)F="10N"
由题已知条件:
解得:
9.如图所示,某工厂车间有甲、乙两辆相同的运料小车处于闲置状态,甲车与乙车、乙车与竖直墙面间的距离均为L,由于腾用场地,需把两辆小车向墙角处移动。一工人用手猛推了一下甲车,在甲车与乙车碰撞瞬间,立即通过挂钩挂到了一起,碰后两车沿甲车原来的运动方向继续向前运动,在乙车运动到墙角时刚好停下。已知两车的质量均为m,与水平地面间的摩擦力均为车重的k倍,重力加速度大小为g,求:
(1)小球在B点时的速度的大小;
(2)小球在C点时的速度的大小;
(3)小球由B到C的过程中克服摩擦力做的功;
(4)D点距地面的高度.
【答案】(1)10 m/s (2)6 m/s (3)12 J (4)0.2 m
【解析】
【分析】
对AB段,运用动能定理求小球在B点的速度的大小;小球在C点时,由重力和轨道对球的压力的合力提供向心力,由牛顿第二定律求小球在C点的速度的大小;小球由B到C的过程,运用动能定理求克服摩擦力做的功;小球离开C点后做平抛运动,由平抛运动的规律和几何知识结合求D点距地面的高度.
所以有: 解得 ,代入②式
联立①、②两式,可解得
考点:考查了动能定理;向心力.
【名师点睛】本题要分析清楚物体的运动情况,正确选择研究过程,寻找每个过程和状态所遵守的物理规律是关系,要掌握平抛运动的研究方法:运动的分解法
8.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F1是指合力对时间的平均值,动能定理中的平均力F2是合力指对位移的平均值.
(1)滑块运动到C点时的速度大小VC;
(2)滑块运动过程中克服轨道摩擦力所做的功Wf;
(3)若滑块从直轨道上A′点由静止开始下滑,运动至C点时对轨道恰好无压力,则A′点距离水平地面的高度为多少?
【答案】(1)滑块运动到C点时的速度大小vC是 .
(2)滑块运动过程中克服轨道摩擦力所做的功Wf是mg(H﹣2R).
【详解】
解:(1)根据动能定理可得
解得
(2)物块由A到斜直轨道最高点的过程,由动能定理有:
解得:
(3)物块将在轨道BCDE上做往返运动,直至停下,设物块在水平轨道CD上通过的总路程为S,则:
解得:
因: ,故物块最终将停在距离D点0.8m处的位置.
5.一质量为0.5kg的小物块放在水平地面上的A点,距离A点5m的位置B处是一面墙,如图所示,物块以v0=9m/s的初速度从A点沿AB方向运动,在与墙壁碰撞前瞬间的速度为7m/s,碰后以6m/s的速度反向运动直至静止.g取10m/s2.
(1)求物块与地面间的动摩擦因数μ;
(2)若碰撞时间为0.05s,求碰撞过程中墙面对物块平均作用力的大小F.
【答案】(1) (2)F=130N
【解析】
试题分析:(1)对A到墙壁过程,运用动能定理得:

代入数据解得:μ=0.32.
(2)规定向左为正方向,对碰墙的过程运用动量定理得:F△t=mv′﹣mv,
(1)两车将要相碰时甲车的速度大小;
(2)工人推甲车时对甲车的冲量大小。
【答案】(1)v1= ;(2)
【解析】⑴设甲乙车钩挂在一起后的速度为 ,从甲乙车钩挂一起到停下过程
根据动能定理:
(注:用牛顿第二定律和运动方程解的也给分)
甲乙两车碰撞前后动量守恒,设碰撞前甲车速度为 ,
根据动量守恒定律:
得:
⑵在甲车在与乙车碰撞前运动L的过程,设离开人手瞬间速度为
(2)小车的匀速阶段即7s~10s内,设牵引力为F,则
由图像可知 ,且 ;
(3)小车的加速运动过程可以分为0~1.5s和1.5s~7s两段,
设对应的位移分别为 和 ,在0~2s内的加速度大小为 ,
则由图像可得 , ,
在1.5s~7s内由动能定理可得 , ,
解得 ,

11.如图所示,半圆轨道的半径为R=10m,AB的距离为S=40m,滑块质量m=1kg,滑块在恒定外力F的作用下从光滑水平轨道上的A点由静止开始运动到B点,然后撤去外力,又沿竖直面内的光滑半圆形轨道运动,且滑块通过最高点C后又刚好落到原出发点A;g=10m/s2
【解析】
【分析】
由题中“有可视为质点的木块由A点以一定的初速度为4m/s水平向右运动”可知,本题考查动能定理和能量守恒定律,根据对物体运动状态的分析结合能量变化可分析本题.
【详解】
(1)据题意,当物体从A运动到B点过程中,有:
带入数据求得:
(2)物体冲上斜面后,有:
解得:
则有:
解得:
即物体又回到了A点.
(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F1和F2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v0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 与v0、v满足什么条件时,F1和F2是相等的.
【答案】(1) (2)N=12.5N(3)Q=16J
【解析】
【详解】
(1)由动量定理知:
由能量守恒定律知:
解得:
(2)由平抛运动知:竖直方向:
水平方向:
在E点,由牛顿第二定律知:
解得:N=12.5N
(3)从D到E,由动能定理知:
解得:
从B到D,由动能定理知
解得:
对物块
解得:t=1s;
由能量守恒定律知:
7.如图所示,整个轨道在同一竖直平面内,直轨道AB在底端通过一段光滑的曲线轨道与一个光滑的四分之一圆弧轨道CD平滑连接,圆弧轨道的最高点C与B点位于同一高度.圆弧半径为R,圆心O点恰在水平地面.一质量为m的滑块(视为质点)从A点由静止开始滑下,运动至C点时沿水平切线方向离开轨道,最后落在地面上的E点.已知A点距离水平地面的高度为H,OE=2R,重力加速度取g,不计空气阻力.求:
解得:
物块在加速运动过程中,应用动能定理有:
解得:
(2)物块在运动过程中,应用动量定理有:
解得:
物块在运动过程中,应用动能定理有:
解得:
当 时,由上两式得:
(3)由图2可求得物块由 运动至 过程中,外力所做的功为:
设物块的初速度为 ,由动能定理得:
解得:
设在t时间内物块所受平均力的大小为 ,由动量定理得:
根据动能定理:
人将甲车从静止推至获得速度 的过程
根据动量定理:
得:
【点睛】动量守恒和能量的转化与守恒的结合.应用动量守恒定律解题要注意“四性”,①、系统性.②、矢量性.③、同时性.
10.某学校探究性学习小组对一辆自制小遥控车的性能进行研究.他们让这辆小车在水平的地面上由静止开始运动,并将小车运动的全过程记录下来,通过数据处理得到如图所示的v-t图象,已知小车在0~2 s内做匀加速直线运动,2~10 s内小车牵引力的功率保持不变,在10 s末停止遥控让小车自由滑行,小车质量m=1 kg,整个过程中小车受到的阻力大小不变.求:
【答案】15N
【解析】
设撤去力 前物块的位移为 ,撤去力 时物块的速度为 ,物块受到的滑动摩擦力
对撤去力后物块滑动过程应用动量定理得
由运动学公式得
对物块运动的全过程应用动能定理
由以上各式得
代入数据解得
思路分析:撤去F后物体只受摩擦力作用,做减速运动,根据动量定理分析,然后结合动能定律解题
试题点评:本题结合力的作用综合考查了运动学规律,是一道综合性题目.
则在竖直方向上有:2R-h= gt2
由小球垂直打在斜面上可知: =tan 45°
联立解得:h=0.2 m
【点睛】
本题关键是对小球在最高点处时受力分析,然后根据向心力公式和牛顿第二定律求出平抛的初速度,最后根据平抛运动的分位移公式列式求解.
2.质量 的物块(可视为质点)在水平恒力F作用下,从水平面上A点由静止开始运动,运动一段距离撤去该力,物块继续滑行 停在B点,已知A、B两点间的距离 ,物块与水平面间的动摩擦因数 ,求恒力F多大.( )
(3)A′点距离水平地面的高度为 .
【解析】
试题分析:(1)滑块从C到E做平抛运动,水平位移为 ,竖直位移为R
则有: 、 ,可解得
(2)对于从A到C的过程,运用动能定理得
解得,滑块运动过程中克服轨道摩擦力所做的功
(3)设 点的距离水平地面的高度为h.
在C点有 ①
从A′到C,由动能定理得 ②
滑块在直轨道上下滑时重力做功与克服摩擦力做功的比值是定值,
3.如图光滑水平导轨AB的左端有一压缩的弹簧,弹簧左端固定,右端前放一个质量为m=1kg的物块(可视为质点),物块与弹簧不粘连,B点与水平传送带的左端刚好平齐接触,传送带的长度BC的长为L=6m,沿逆时针方向以恒定速度v=2m/s匀速转动.CD为光滑的水平轨道,C点与传送带的右端刚好平齐接触,DE是竖直放置的半径为R=0.4m的光滑半圆轨道,DE与CD相切于D点.已知物块与传送带间的动摩擦因数μ=0.2,取g=10m/s2.
高中物理动能定理的综合应用题20套(带答案)及解析
一、高中物理精讲专题测试动能定理的综合应用
1.如图所示,半径为R=1 m,内径很小的粗糙半圆管竖直放置,一直径略小于半圆管内径、质量为m=1 kg的小球,在水平恒力F= N的作用下由静止沿光滑水平面从A点运动到B点,A、B间的距离x= m,当小球运动到B点时撤去外力F,小球经半圆管道运动到最高点C,此时球对外轨的压力FN=2.6mg,然后垂直打在倾角为θ=45°的斜面上(g=10 m/s2).求:
(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 ,求此过程中物块所受合力对时间t的平均值.
【答案】(1)F1=1.0N,F2=0.8N;(2)当 时,F1=F2;(3) .
【解析】
【详解】
解:(1)物块在加速运动过程中,应用动量定理有:
【详解】
(1)小球从A到B过程,由动能定理得:
解得:vB=10 m/s
(2)在C点,由牛顿第二定律得mg+FN=
又据题有:FN=2.6mg
解得:vC=6 m/s.
(3)由B到C的过程,由动能定理得:-mg·2R-Wf=
解得克服摩擦力做的功:Wf=12 J
(4)设小球从C点到打在斜面上经历的时间为t,D点距地面的高度为h,
(1)小车所受的阻力Ff是多大?
(2)在2~10 s内小车牵引力的功率P是多大?
(3)小车在加速运动过程中的总位移x是多少?
【答案】(1)2 N;(2)12W (3)28.5 m;
【解析】
(1)在10s撤去牵引力后,小车只在阻力 作用下做匀减速运动,
设加速度大小为a,则 ,根据 ,
由图像可知 ,解得 ;
代入数据解得:F=130N.
6.有可视为质点的木块由A点以一定的初速度为4m/s水平向右运动,AB的长度为2m,物体和AB间动摩擦因素为μ1=0.1,BC无限长,物体和BC间动摩擦因素为 ,求:
(1)物体第一次到达B点的速度;
(2)通过计算说明最后停在水平面上的位置距B点的距离.
【答案】(1) (2)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱm
(1)物块第一次滑到C点时的速度;
(2)物块第一次滑上斜直轨道DE的最大高度;
(3)物块最终停在距离D点多远的位置.
【答案】(1) 8m/s (2) 2.2m (3) 0.8m
【解析】
【分析】
根据动能定理可求物块第一次滑到C点时的速度;物块由A到斜直轨道最高点的过程,由动能定理求出物块第一次滑上斜直轨道DE的最大高度;物块将在轨道BCDE上做往返运动,直至停下,设物块在水平轨道CD上通过的总路程为S,根据动能定理求出.
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