高考物理精做16动能定理的应用大题精做新人教版.doc
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1、1 / 27【2019【2019 最新最新】精选高考物理精做精选高考物理精做 1616 动能定理的应用大题精做新人教动能定理的应用大题精做新人教版版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,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:2m(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
2、W。【答案】(1) (2) (3)33Fmgmin32(21)( 3 1)WmgR【解析】(1)C 受力平衡,解得2 cos30Fmg33Fmg(2)C 恰好降落到地面时,B 受 C 压力的水平分力最大max32xFmg2 / 27B 受地面的摩擦力,根据题意,解得fmgminmaxxfFmin32(3)C 下降的高度,A 的位移( 3 1)hR2( 3 1)xR摩擦力做功的大小2( 3 1)fWfxmgR根据动能定理 00fWWmgh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(20
3、17新课标全国卷)一质量为 8.00104 kg 的太空飞船从其飞行轨道返回地面。飞船在离地面高度 1.60105 m 处以 7.50103 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/s2。(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)4.0108 J 2.41012 J (2
4、)9.7108 J(2)飞船在高度 h=600 m 处的机械能为212.0()2100hhEmvmgh由功能原理得0hWEE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=9.7108 J3 / 27【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/s2 匀加速滑下,到达助滑道末端 B 时速度vB=24 m/s,
5、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/s2。(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
6、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;4 / 27(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) (2) (3)3htg 42ggLvLhh2 2L
7、h【解析】(1)打在中点的微粒231 22hgt3htg (2)打在 B 点的微粒;1 1Lvt2 1122hgt14gvLh 同理,打在 A 点的微粒初速度22gvLh微粒初速度范围42ggLvLhh(3)由能量关系22 2111222mvmghmvmgh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
8、 kg,可沿杆滑动的小球。将小球所受的风力调节为 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/s2。求:5 / 27(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20.8sHtg=小球在水平方向做匀减速运动,加速度25 m / sFam=水平位移2 014.8 m2sv tat=-=【名师点睛】首先分析出小球的运动情况,竖直方向自由落体运动,
9、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,重力加速度大小为g。(取)5 6R1=434si
10、n37cos 3755 ,(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,6 / 27与 C 点水平相距、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。7 2R【答案】(1) (2) (3) 2BvgRp12 5EmgRD355vgR11 3mm【解析】(1)根据题意知,B、C 之间的距离 l 为 l=7R2R设 P 到达 B 点时的速度为 vB,由动能定理得21sincos2
11、Bmglmglmv式中 =37,联立式并由题给条件得2BvgR(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175sin26xRR155cos66yRRR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 11 2ygtx1=vDt联立式得355DvgR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 1111155(cos)2266CDmvmvm gRRP 由 E 点运动到 C 点的过程中,同理,由
12、动能定理有7 / 272 p1111(5 )sinm g(5 )cos2CEm g xRxRmv联立式得11 3mm【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
13、。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 60o 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则可得:T=mgcos 608 / 27此时对物块:1.25F0+T=Mg;
14、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:21vTmgml对小球摆到最低点的过程,根据动能定理可知:,21(1 cos60 )2fmglWmvo联立解得:Wf=0.1mgl8(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,物块与桌面间的动摩擦因数,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/s2;最大静摩擦力等于滑动
15、摩擦力)10.052(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;(已知 sin 37=0.6,cos 37=0.8)2(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。 mx【答案】(1)(2)(3)tan0.0520.81.9m(3)由动能定理可得2 11sin2fmgLWmv代入数据得 v=1 m/s21 2Hgt,t=0.4 s9 / 27x1=0.4 mm121.9 mx xx9(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
16、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/s2;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)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
17、 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、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17 / 27刻的
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