最新高考物理動能定理的綜合應用模擬試題

最新高考物理動能定理的綜合應用模擬試題一、高中物理精講專題測試動能定理的綜合應用1.北京老山自行車賽場采用的是 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 9kg。已知直線段賽道每條長80m,圓弧段內(nèi)側(cè)半徑為14.4m,運動員質(zhì)量為61kg。求：(1)運動員在圓弧段內(nèi)側(cè)以 12m/s的速度騎行時，運動員和自行車整體的向心力為多大；(2)運動員在圓弧段內(nèi)側(cè)騎行時，若自行車所受的側(cè)向摩擦力恰為零，則自行車對賽道的壓力多大；(3)若運動員從直線段的中點出發(fā)，以恒定的動力 92N向前騎行，并恰好以12m/s的速度進入圓弧段內(nèi)側(cè)賽道，求此過程中運動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力)。州瓠【答案】(1)700N;(2)700T2N;(3)521J【解析】【分析】【詳解】(1)運動員和自行車整體的向心力2(Mm)vFn=- R解得Fn=700N(2)自行車所受支持力為MmgFn 三cos45解得Fn=700.2N根據(jù)牛頓第三定律可知Fffi=FN=70072N(3)從出發(fā)點到進入內(nèi)側(cè)賽道運用動能定理可得1 2WF-Wf克+mgh=-mvFLWf=——21.oh=dcos45=1.9m2Wf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=0.45m。一個質(zhì)量m=0.1kg的小物塊自A點從靜止開始下滑，從C點以水平速度飛出后落在地面上的D點?，F(xiàn)測得C、D兩點的水平距離為x=0.6m。不計空氣阻力，取g=10m/s2。求(1)小物塊從C點運動到D點經(jīng)歷的時間t；(2)小物塊從C點飛出時速度的大小vc；(3)小物塊從A點運動到C點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】 ,一，， 1 2(1)小物塊從C水平飛出后做平拋運動，由h-gt22得小物塊從C點運動到D點經(jīng)歷的時間tJ2E0.3s(2)小物塊從C點運動到D,由xVet得小物塊從C點飛出時速度的大小vc-2.0m/st(3)小物塊從A點運動到C點的過程中，根據(jù)動能定理TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"2\o"CurrentDocument"得mgH h Wf mvC 02 ,,.Wf mvC mg H h -0.1J此過程中克服摩擦力做的功 Wf Wf 0.1J

3.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點與水平直軌道相切.一個小物塊自A點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摩擦因數(shù) 尸0.5,g取10m/s2.求：(1)小物塊在B點時受到的圓弧軌道的支持力大小;(2)小物塊在水平面上滑動的最大距離.【答案】⑴3N(2)0.4m【解析】(1)由機械能守恒定律，得%-mg=m—聯(lián)立以上兩式得FN=3mg=3X0.1XWNN.(2)設小物塊在水平面上滑動的最大距離為 l,對小物塊運動的整個過程由動能定理得 mgR—mg1=0,R0.2I— — -m=0.4曰代入數(shù)據(jù)得 X05【點睛】解決本題的關鍵知道只有重力做功，機械能守恒，掌握運用機械能守恒定律以及動能定理進行解題.4.質(zhì)量m1.5kg的物塊(可視為質(zhì)點)在水平恒力 F作用下，從水平面上A點由靜止開始運動，運動一段距離撤去該力，物塊繼續(xù)滑行 t2.0s停在B點，已知A、B兩點間的距離s5.0m,物塊與水平面間的動摩擦因數(shù)0.20,求恒力F多大.(g10m/s2)【答案】15N【解析】設撤去力F前物塊的位移為與「撤去力F時物塊的速度為京，物塊受到的滑動摩擦力九=四叫對撤去力后物塊滑動過程應用動量定理得 二-,由運動學公式得S=S}=^i對物塊運動的全過程應用動能定理由以上各式得產(chǎn)二由以上各式得產(chǎn)二20特2s-域代入數(shù)據(jù)解得F="思路分析：撤去F后物體只受摩擦力作用，做減速運動，根據(jù)動量定理分析，然后結(jié)合動能定律解題試題點評：本題結(jié)合力的作用綜合考查了運動學規(guī)律，是一道綜合性題目..如圖甲所示，帶斜面的足夠長木板 P,質(zhì)量M=3kgo靜止在水平地面上，其右側(cè)靠豎直墻壁，傾斜面BC與水平面AB的夾角=37、兩者平滑對接。t=0時，質(zhì)量m=1kg、可視為質(zhì)點的滑塊Q從頂點C由靜止開始下滑，圖乙所示為Q在0~6s內(nèi)的速率v隨時間t變化的部分圖線。已知P與Q間的動摩擦因數(shù)是P與地面間的動摩擦因數(shù)的 5倍，sin37=0.6,(1)木板P與地面間的動摩擦因數(shù);(2)t=8s時，木板(3)0~8s內(nèi)，滑塊(2)t=8s時，木板(3)0~8s內(nèi)，滑塊【答案】(1)2Q與木板P之間因摩擦而產(chǎn)生的熱量。0.03；(2)VpVq0.6m/s；(3)Q54.72J(1)0~2s內(nèi)，P因墻壁存在而不動， Q沿著BC下滑，2s末的速度為v1=10m/s,設P、Q間動摩擦因數(shù)為因，P與地面間的動摩擦因數(shù)為 限對Q,由Vt圖像有aiai24.8m/s由牛頓第二定律有mgsin371mgsin371mgcos37 ma1聯(lián)立求解得1 0.15, 2 —0.035(2)2s后，Q滑到AB上，因〔mg 2(mM)g,故P、Q相對滑動，且Q減速、P加速，設加速度大小分別是a2、a3,Q從B滑動AB上到P、Q共速所用的時間為t。對Q有1mgma2對P有1mg 2(mM)gMa3共速時a2t0解得

a2=1.5m/s2、a3=0.1m/s2、t6s故在t=8s時，P和Q共速vpa3t0.6m/s(3)0~2s內(nèi)，根據(jù)v-t圖像中面積的含義， Q在BC上發(fā)生的位移xi=9.6m2~8s內(nèi)，Q發(fā)生的位移v1vQX2--Qto30.6m2P發(fā)生的位移vp,X3 to1.8m20~8s內(nèi)，Q與木板P之間因摩擦而產(chǎn)生的熱量oQ imgxicos37 img(X2X3)代入數(shù)據(jù)得Q54.72J.在真空環(huán)境內(nèi)探測微粒在重力場中能量的簡化裝置如圖所示， P是一個微粒源，能持續(xù)水平向右發(fā)射質(zhì)量相同、初速度不同的微粒.高度為h的探測屏AB豎直放置，離P點的水平距離為L,上端A與P點的高度差也為h.(1)若微粒打在探測屏AB的中點，求微粒在空中飛行的時間；(2)求能被屏探測到的微粒的初速度范圍；(3)若打在探測屏AB兩點的微粒的動能相等，求 L與h的關系.【答案】⑴廬⑵L、叵v、叵(3)2亞h.g \4h.2h【解析】【分析】【詳解】(1)若微粒打在探測屏AB的中點，則有：——■=—gt2(1)若微粒打在探測屏22解得：t解得：t 1c(2)設打在B點的微粒的初速度為V1,則有：L=Viti,2h=-gti2同理，打在A點的微粒初速度為： v2L/-;2h所以微粒的初速度范圍為： L叵wvL叵\4h\2h(3)打在A和B兩點的動能一樣，則有： —mv22+mgh=—mvi2+2mgh2 2聯(lián)立解得：L=2,2h.遙控電動玩具車的軌道裝置如圖所示，軌道 ABCDEF中水平軌道AB段和BD段粗糙，AB=BD=2.5R,小車在AB和BD段無制動運行時所受阻力是其重力的 0.02倍，軌道其余部分摩擦不計。斜面部分DE與水平部分BD、圓弧部分EF均平滑連接，圓軌道BC的半徑為R,小段圓弧EF的半徑為4R,圓軌道BC最高點C與圓弧軌道EF最高點F等高。軌道右側(cè)有兩個與水平軌道ARBD等高的框子M和N,框M和框N的右邊緣到F點的水平距離分別為R和2R。額定功率為巳質(zhì)量為m可視為質(zhì)點的小車，在AB段從A點由靜止出發(fā)以額定功率行駛一段時間t(t未知)后立即關閉電動機，之后小車沿軌道從 B點進入圓軌道經(jīng)過最高點C返回B點，再向右依次經(jīng)過點D、E、F,全程沒有脫離軌道，最后從F點水(2)求小車以額定功率行駛的時間 t;(3)要使小車進入M(2)求小車以額定功率行駛的時間 t;(3)要使小車進入M框，小車采取在方案，則小車在不脫離軌道的前提下，在【答案】(1)彳mg,方向豎直向下；(【解析】【詳解】(1)小車平拋過程，有： 2R=vfH①AB段加速(加速時間可調(diào)節(jié))， BD段制動減速的BD段所受總的平均制動力至少為多少。2）13mgR3（3）9mgII2R=-gt2?②由①②聯(lián)立解得：VF=屏在F點，對小車由牛頓第二定律得： mg-FN=m?④4/?3由③④得：FN=-mg由牛頓第三定律得小車對軌道的壓力大小為3由牛頓第三定律得小車對軌道的壓力大小為3丁mg,方向豎直向下。4(2)小車從靜止開始到F點的過程中，由動能定理得：1Pt-0.02mg'5R-mgT2R=^mvF2?⑤由③⑤得：t=J0 , c(3)平拋過程有： R=Vft、2R=jgt2 ... . ... ...一.... '|1.——r,要使小車進入M框，小車在F點的取大速度為丫尸方“列？⑥、、、、 品小車在C點的速度最小設為vc,則有：mg=m『？⑦設小車在BD段所受總的總的平均制動力至少為 f,小車從C點運動到F點的過程中，由動能定理得：11-f>2.5R=-mvr2-ymvc2?⑧13由⑥⑦⑧得：f=.mg8.滑雪者為什么能在軟綿綿的雪地中高速奔馳呢？其原因是白雪內(nèi)有很多小孔，小孔內(nèi)充滿空氣.當滑雪板壓在雪地時會把雪內(nèi)的空氣逼出來，在滑雪板與雪地間形成一個暫時的氣墊”，從而大大減小雪地對滑雪板的摩擦.然而當滑雪板對雪地速度較小時，與雪地接觸時間超過某一值就會陷下去，使得它們間的摩擦力增大.假設滑雪者的速度超過 4m/s時，滑雪板與雪地間的動摩擦因數(shù)就會由 四1=0.25變?yōu)槔?0.125.一滑雪者從傾角為0=37。的坡頂A由靜止開始自由下滑，滑至坡底 B(B處為一光滑小圓弧)后又滑上一段水平雪地，最后停在C處，如圖所示.不計空氣阻力，坡長為l=26m,g取10m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8,求:(1)滑雪者從靜止開始到動摩擦因數(shù)發(fā)生變化經(jīng)歷的時間;(2)滑雪者到達B處的速度；(3)滑雪者在水平雪地上運動的最大距離.【答案】1s 99.2m【解析】【分析】由牛頓第二定律分別求出動摩擦因數(shù)恒變化前后的加速度，再由運動學知識可求解速度位移和時間.【詳解】m^sln-^jm5cos0(1)由牛頓第二定律得滑雪者在斜坡的加速度 ：ai= 陰 =4m/s2v解得滑雪者從靜止開始到動摩擦因數(shù)發(fā)生變化所經(jīng)歷的時間 ：tJ=1s1(2)由靜止到動摩擦因素發(fā)生變化的位移： xi=^ait2=2m動摩擦因數(shù)變化后，由牛頓第二定律得加速度 ：a2= =5m/s2nt由VB2-v2=2a2(L-xi)解得滑雪者到達B處時的速度：VB=16m/s(3)設滑雪者速度由VB=16m/s減速到V1=4m/s期間運動的位移為X3,則由動能定理有:117--jTnvj- ;解得X3=96m速度由V1=4m/s減速到零期間運動的位移為 X4,則由動能定理有：1,-內(nèi)葉鳴打二口一/解得x4=3.2m所以滑雪者在水平雪地上運動的最大距離為 x=X3+X4=96+3.2=99.2m，一 ，，一 ，，，…11?八" …… ，”一一，，9.如圖所不，AB為半徑R0.2m的光滑一圓形軌道，BC為傾角45的斜面，CD為水4平軌道，B點的高度h5m.一質(zhì)量為0.1kg的小球從A點靜止開始下滑到B點時對圓形軌道的壓力大小是其重力的3倍，離開B點后做平拋運動(g取10m/s2)(1)求小球到達B點時速度的大??；(2)小球離開B點后能否落到斜面上？如果不能，請說明理由；如果能，請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】【詳解】(1)從A至ijB的過程由動能定理得：1 2mgR-mv0解得：v02m/s；(2)設小球離開B點做平拋運動的時間為ti,落地點到C點距離為x,由h-1gt2得：tiis,xv0tl21m2m斜面的傾角。=45°,底邊長d=h=5m；因為dX,所以小球離開B點后能落在斜面上.假設小球第一次落在斜面上 F點，BF長為L,小千^從B點到F點的時間為t2,Lcos v0t2①，Lsin 1gt；②，2聯(lián)立①、②兩式得t20.4s；則L-Vot^1.13mcos答：(1)小球到達B點時速度的大小是2m/s；(2)小球離開B點后能落到斜面上，第一次落在斜面上的位置據(jù) B的距離為1.13m.10.某學校探究性學習小組對一輛自制小遙控車的性能進行研究.他們讓這輛小車在水平的地面上由靜止開始運動，并將小車運動的全過程記錄下來，通過數(shù)據(jù)處理得到如圖所示的v—t圖象，已知小車在0?2s內(nèi)做勻加速直線運動，2?10s內(nèi)小車牽引力的功率保持不變，在10s末停止遙控讓小車自由滑行，小車質(zhì)量 m=1kg,整個過程中小車受到的阻力大小不變.求：(1)小車所受的阻力Ff是多大？(2)在2?10s內(nèi)小車牽引力的功率P是多大？(3)小車在加速運動過程中的總位移 x是多少?【答案】(1)2N;(2)12W(3)28.5m;【解析】(1)在10s撤去牽引力后，小車只在阻力 Ff作用下做勻減速運動，設加速度大小為a,則Ffma,根據(jù)a，，t由圖像可知a2m/s2,解得Ff2N；(2)小車的勻速階段即7s~10s內(nèi)，設牽引力為F,則FfF由圖像可知vm6m/s,且PFvm12W；(3)小車的加速運動過程可以分為 0~1.5s和1.5s~7s兩段，設對應的位移分別為X和X2,在0~2s內(nèi)的加速度大小為a1,TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"2則由圖像可得a12m/s,x1—a1tl 2.25m,\o"CurrentDocument"2 1 2 __在1.5s~7s內(nèi)由動能th理可得Pt2Ffx2—mv2—mv),t25.5s,\o"CurrentDocument"2解得X226.25m,由xx1x228.5m.如圖甲所示，游樂場的過山車在圓弧軌道上運行，可以把這種情形抽象為如圖乙所示的模型：弧形軌道的下端與半徑為 R的豎直圓軌道相接，B、C分別為圓軌道的最低點和最高點.質(zhì)量為m的小球(可視為質(zhì)點)從弧形軌道上的 A點由靜止?jié)L下，經(jīng)過B點且恰好能通過C點.已知A、B間的高度差為h=4R,重力加速度為g.求:(2)小球從A點運動到C點的過程中，損失的機械能E損【答案】(1),gR(2)1.5mgR【解析】【詳解】(1)小球恰能通過C點時，由重力提供向心力，由牛頓第二定律得:2mgmvC則得：Vc gR(2)小球從A點運動到C點的過程中，根據(jù)動能定理得:1 2cmg(h2R)Wf-mvC0解得：Wf=1.5mgR則小球從A點運動到C點的過程中，損失的機械能E?=Wf1.5mgR.甲圖是我國自主研制的200mm離子電推進系統(tǒng)， 已經(jīng)通過我國實踐九號"衛(wèi)星空間飛行試驗驗證，有望在2015年全面應用于我國航天器.離子電推進系統(tǒng)的核心部件為離子推進器，它采用噴出帶電離子的方式實現(xiàn)飛船的姿態(tài)和軌道的調(diào)整，具有大幅減少推進劑燃料消耗、操控更靈活、定位更精準等優(yōu)勢.離子推進器的工作原理如圖乙所示，推進劑氤原子P噴注入腔室C后，被電子槍G射出的電子碰撞而電離，成為帶正電的氤離子.氤離子從腔室C中飄移過柵電極A的速度大小可忽略不計，在柵電極 A、B之間的電場中加速，并從柵電極B噴出.在加速氤離子的