2017_2018学年高考物理精做16动能定理的应用大题精做27116.pdf
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1、精做 16 动能定理的应用 1(2017江苏卷)如图所示,两个半圆柱A、B紧靠着静置于水平地面上,其上有一光滑圆柱 C,三者半径均为R。C的质量为m,A、B的质量都为 2 m ,与地面的动摩擦因数均为。现用 水平向右的力拉A,使A缓慢移动,直至C恰好降到地面。整个过程中B保持静止。设最大 静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g。求: (1)未拉A时,C受到B作用力的大小F; (2)动摩擦因数的最小值min; (3)A移动的整个过程中,拉力做的功W。 【答案】( 1) 3 3 Fmg(2) min 3 2 ( 3)(21)( 3 1)WmgR 【解析】( 1)C受力平衡 2 cos30Fmg,解
2、得 3 3 Fmg (2)C恰好降落到地面时,B受C压力的水平分力最大 max 3 2 x Fmg B受地面的摩擦力 fmg,根据题意minmaxxfF ,解得 min 3 2 (3)C下降的高度( 3 1)hR,A的位移2( 3 1)xR 摩擦力做功的大小 2( 3 1) f WfxmgR 根据动能定理 0 0 f W Wmgh 解得(21)( 3 1)WmgR 【名师点睛】本题的重点的C恰好降落到地面时,B物体受力的临界状态的分析,此为解决 第二问的关键,也是本题分析的难点。 2(2017新课标全国卷)一质量为8.0010 4 kg 的太空飞船从其飞行轨道返回地面。飞 船在离地面高度1.6
3、010 5 m处以 7.5010 3 m/s 的速度进入大气层,逐渐减慢至速度为100 m/s 时下落到地面。取地面为重力势能零点,在飞船下落过程中,重力加速度可视为常量, 大小取为9.8 m/s 2。(结果保留 2 位有效数字) (1)分别求出该飞船着地前瞬间的机械能和它进入大气层时的机械能; (2)求飞船从离地面高度600 m 处至着地前瞬间的过程中克服阻力所做的功,已知飞船在 该处的速度大小是其进入大气层时速度大小的2.0%。 【答案】( 1)( 1)4.0 10 8 J 2.4 10 12 J (2)9.7 10 8 J (2)飞船在高度h=600 m 处的机械能为 212.0 ()
4、2100 hh Emvmgh 由功能原理得 0h WEE 式中,W是飞船从高度600 m 处至着地瞬间的过程中克服阻力所做的功。由式和题给 数据得 W=9.710 8 J 【名师点睛】本题主要考查机械能及动能定理,注意零势面的选择及第(2)问中要求的是克 服阻力做功。 3 (2016天津卷) 我国将于2022 年举办冬奥会,跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一。 如图所示,质量m=60 kg 的运动员从长直助滑道AB的A处由静止开始以加速度a=3.6 m/s 2 匀加速滑下,到达助滑道末端B时速度vB=24 m/s,A与B的竖直高度差H=48 m 。为了改变运 动员的运动方向,在助滑道与起跳台之
5、间用一段弯曲滑道衔接,其中最低点C处附近是一段 以O为圆心的圆弧。助滑道末端B与滑道最低点C的高度差h=5 m ,运动员在B、C间运动时 阻力做功W=1 530 J ,取g=10 m/s 2。 (1)求运动员在AB段下滑时受到阻力Ff的大小; (2)若运动员能够承受的最大压力为其所受重力的6 倍,则C点所在圆弧的半径R至少应为 多大。 【答案】( 1)144 N (2)12.5 m 【名师点睛】此题是力学综合题,主要考查动能定理及牛顿第二定律的应用;解题的关键是 搞清运动员运动的物理过程,分析其受力情况,然后选择合适的物理规律列出方程求解;注 意第( 1)问中斜面的长度和倾角未知,需设出其中一
6、个物理量。 4(2016浙江卷)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】( 1) 3h t g (2) 42 gg LvL hh (3) 2 2Lh 【解析】( 1)打在中点的微粒 2 31 22 hgt 3h t g (2)打在B点的微粒1 1 L v t ;
7、2 1 1 2 2 hgt 1 4 g vL h 同理,打在A点的微粒初速度 2 2 g vL h 微粒初速度范围 42 gg LvL hh (3)由能量关系 22 21 11 2 22 mvmghmvmgh 代入、式 2 2Lh 【名师点睛】此题是对平抛运动的考查;主要是掌握平抛运动的处理方法,在水平方向是匀 速运动,在竖直方向是自由落体运动;解题时注意找到临界点;此题难度不算大,意在考查 学生对物理基本方法的掌握情况。 5(2016上海卷)风洞是研究空气动力学的实验设备。如图,将刚性杆水平固定在风洞内距 地面高度H=3.2 m 处,杆上套一质量m=3 kg ,可沿杆滑动的小球。将小球所受的
8、风力调节为 F=15 N,方向水平向左。小球以初速度v0=8 m/s 向右离开杆端,假设小球所受风力不变,取 g=10m/s 2。求: (1)小球落地所需时间和离开杆端的水平距离; (2)小球落地时的动能。 (3)小球离开杆端后经过多少时间动能为78 J ? 【答案】( 1)4.8 m (2)120 J (3) 0.24 s 【解析】( 1)小球在竖直方向做自由落体运动,运动时间为 2 0.8 s H t g = 小球在水平方向做匀减速运动,加速度 2 5 m / s F a m = 水平位移 2 0 1 4.8 m 2 sv tat=-= 【名师点睛】首先分析出小球的运动情况,竖直方向自由落
9、体运动,水平方向匀减速直线运动, 根据运动情况计算小球运动时间和水平位移;通过动能定理计算小球落地动能;通过动能定理和 运动学关系计算时间。 6(2016新课标全国卷)如图,一轻弹簧原长为2R,其一端固定在倾角为37的固定直轨 道AC的底端A处,另一端位于直轨道上B处,弹簧处于自然状态,直轨道与一半径为 5 6 R的 光滑圆弧轨道相切于C点,AC=7R,A、B、C、D均在同一竖直平面内。质量为m的小物块P 自C点由静止开始下滑,最低到达E点(未画出),随后P沿轨道被弹回,最高点到达F点, AF=4R, 已 知P与 直 轨 道 间 的 动 摩 擦 因 数 1 = 4 , 重 力 加 速 度 大
10、小 为g。 ( 取 34 sin37cos37 55 ,) (1)求P第一次运动到B点时速度的大小。 (2)求P运动到点时弹簧的弹性势能。 (3)改变物块P的质量,将P推至E点,从静止开始释放。已知P自圆弧轨道的最高点D处 水平飞出后,恰好通过G点。G点在C点左下方,与C点水平相距 7 2 R、竖直相距R, 求P运动到D点时速度的大小和改变后P的质量。 【答案】( 1)2 B vgR(2)p 12 5 EmgR(3) D 3 5 5 vgR 1 1 3 mm 【解析】( 1)根据题意知,B、C之间的距离l为l=7R 2R 设P到达B点时的速度为vB,由动能定理得 2 1 sincos 2 B
11、mglmglmv 式中 =37,联立式并由题给条件得 2 BvgR ( 3) 设 改 变 后P的 质 量 为m1。D点 与G点的 水 平 距 离x1和 竖 直距 离y1分 别 为 1 75 sin 26 xRR 1 55 cos 66 yRRR 式中,已应用了过C点的圆轨道半径与竖直方向夹角仍为 的事实。 设P在D点的速度为vD,由D点运动到G点的时间为t。由平抛运动公式有 2 1 1 2 ygt? x1=vDt? 联立 ? ? 式得 3 5 5 DvgR? 设P在C点速度的大小为vC。在P由C运动到D的过程中机械能守恒,有 22 111 1155 (cos) 2266 CDmvm vm gR
12、R? P由E点运动到C点的过程中,同理,由动能定理有 2 p111 1 (5 )sinm g(5 )cos 2 CEm g xRxRmv? 联立 ? ? ? 式得 1 1 3 mm? 【名师点睛】本题主要考查了动能定理、平抛运动、弹性势能。此题要求熟练掌握平抛运动、 动能定理、弹性势能等规律,包含知识点多、过程多,难度较大;解题时要仔细分析物理过 程,挖掘题目的隐含条件,灵活选取物理公式列出方程解答;此题意在考查考生综合分析问 题的能力。 7(2015山东卷)如图甲所示,物块与质量为m的小球通过不可伸长的轻质细绳跨过两等高 定滑轮连接。物块置于左侧滑轮正下方的表面水平的压力传感装置上,小球与右
13、侧滑轮的距 离为l。开始时物块和小球均静止,将此时传感装置的示数记为初始值。现给小球施加一始 终垂直于l段细绳的力,将小球缓慢拉起至细绳与竖直方向成60 o 角,如图乙所示,此时传 感装置的示数为初始值的1.25 倍;再将小球由静止释放,当运动至最低位置时,传感装置的 示数为初始值的0.6 倍。不计滑轮的大小和摩擦,重力加速度的大小为g。求: (1)物块的质量; (2)从释放到运动至最低位置的过程中,小球克服阻力所做的功。 【答案】( 1)3m(2)0.1mgl 【解析】( 1)设物块质量为M,开始时,设压力传感器读数F0,则F0+mg=Mg 当小球被抬高60角时,则对小球根据力的平行四边形法
14、则可得:T=mgcos 60 此时对物块: 1.25F0+T=Mg;解得:M=3m;F0=2mg (2)当小球摆到最低点时,对物块:0.6F0+T1=Mg 对小球: 2 1 v Tmgm l 对小球摆到最低点的过程,根据动能定理可知: 2 1 (1 cos60 ) 2 f mglWmv o , 联立解得:W f=0.1mgl 8(2015浙江卷) 如图所示, 用一块长L1=1.0 m的木板在墙和桌面间架设斜面,桌面高H=0.8 m ,长L2=15 m。斜面与水平桌面的倾角可在 060间调节后固定。将质量m=0.2 kg的小 物块从斜面顶端静止释放,物块与斜面间的动摩擦因数 1 0.05,物块与
15、桌面间的动摩擦因 数2,忽略物块在斜面与桌面交接处的能量损失。(重力加速度g取 10 m/s 2;最大静摩擦 力等于滑动摩擦力) (1)求角增大到多少时,物块能从斜面开始下滑;(用正切值表示) (2)当增大到 37时,物块恰能停在桌面边缘,求物块与桌面间的动摩擦因数2;(已 知 sin 37 =0.6,cos 37 =0.8) (3)继续增大角,发现=53时物块落地点与墙面的距离最大,求此最大距离m x 。 【答案】( 1)tan0.05(2) 2 0.8(3)1.9m (3)由动能定理可得 2 1 1 sin 2 f mgLWmv 代入数据得v=1 m/s 21 2 Hgt,t=0.4 s
16、1xvt x1=0.4 m m121.9 mx xx 9(2015广东卷)如图所示,一条带有圆轨道的长轨道水平固定,圆轨道竖直,底端分别与 两侧的直轨道相切,半径R=0.5 m ,物块A以v0=6 m/s 的速度滑入圆轨道,滑过最高点Q, 再沿圆轨道滑出后,与直轨道上P处静止的物块B碰撞,碰后粘在一起运动,P点左侧轨道 光滑,右侧轨道呈粗糙段、光滑段交替排列,每段长度都为L=0.1 m ,物块与各粗糙段间的 动摩擦因数都为=0.1 ,A、B的质量均为m=1 kg(重力加速度g取 10 m/s 2;A 、B视为质点, 碰撞时间极短)。 (1)求A滑过Q点时的速度大小v和受到的弹力大小F; (2)
17、若碰后AB最终停止在第k个粗糙段上,求k的数值; (3)求碰后AB滑至第n个(n0)的滑块从距离弹簧上端为s0处静止 释放, 滑块在运动过程中电荷量保持不变,设滑块与弹簧接触过程没有机械能损失,弹簧始 终处在弹性限度内,重力加速度大小为g。 (1)求滑块从静止释放到与弹簧上端接触瞬间所经历的时间t1; (2)若滑块在沿斜面向下运动的整个过程中最大速度大小为vm,求滑块从静止释放到速度 大小为vm过程中弹簧的弹力所做的功W; (3)从滑块静止释放瞬间开始计时,请在乙图中画出滑块在沿斜面向下运动的整个过程中 速度与时间关系vt图象。图中横坐标轴上的t1、t2及t3分别表示滑块第一次与弹簧 上端接触
18、、第一次速度达到最大值及第一次速度减为零的时刻,纵坐标轴上的v1为滑 块在t1时刻的速度大小,vm是题中所指的物理量。(本小题不要求写出计算过程) 【答案】( 1) sin 2 0 1 mgqE ms t (2) ) sin ()sin( 2 1 0 2 k qEmg sqEmgmvW m ) sin ()sin( 2 1 0 2 k qEmg sqEmgmvW m s (3)如图所示 【解析】( 1)滑块从静止释放到与弹簧刚接触的过程中作初速度为零的匀加速直线运动, 设加速度大小为a,则有 qE+mgsin =ma 2 10 2 1 ats 联立可得 sin 2 0 1 mgqE ms t
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- 2017 _2018 学年 高考 物理 16 动能 定理 应用 大题精做 27116
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