高中物理動能定理的綜合應(yīng)用題20套(帶答案)及解析

1、高中物理動能定理的綜合應(yīng)用題 20套(帶答案)及解析一、高中物理精講專題測試動能定理的綜合應(yīng)用1.如圖所示，人騎摩托車做騰躍特技表演，以 1.0m/s的初速度沿曲面沖上高0.8m、頂部水平的高臺，若摩托車沖上高臺的過程中始終以額定功率1.8kW行駛，經(jīng)過1.2s到達平臺頂部，然后離開平臺，落至地面時，恰能無碰撞地沿圓弧切線從A點切入光滑豎直圓弧軌道，并沿軌道下滑.A B為圓弧兩端點，其連線水平.已知圓弧半徑為R= 1.0m,人和車的總質(zhì)量為180kg,特技表演的全過程中不計一切阻力(計算中取g = 10m/s2, sin53 ° =(1)人和車到達頂部平臺的速度v;(2)從平臺飛出到

2、 A點，人和車運動的水平距離x;圓弧對應(yīng)圓心角；(4)人和車運動到圓弧軌道最低點。時對軌道的壓力.【答案】(1) 3m/s (2) 1.2m (3) 106° ( 4) 7.74 X 10 3N【解析】【分析】【詳解】(1)由動能定理可知：1 一 21 一 2Pt mgH -mv - mv02 2v= 3m/s1 2(2)由 H gt2, s vt2 可得：s v / 1.2m2 g(3)摩托車落至 A點時，其豎直方向的分速度vy gt2 4m/s設(shè)摩托車落地時速度方向與水平方向的夾角為“，則vy 4r 一tan ,即 a= 53 v 3所以 0= 2 a= 106(4)在摩托車由最

3、高點飛出落至O點的過程中，由機械能守恒定律可得:12mgH R(1 cos ) - mv1 2mv22在。點:N mg m 所以 N=7740N由牛頓第三定律可知，人和車在最低點。時對軌道的壓力為 7740N2.如圖所示，傾角為37。的粗糙斜面AB底端與半徑R=0.4 m的光滑半圓軌道 BC平滑相連，0 點為軌道圓心，BC為圓軌道直徑且處于豎直方向,A、C兩點等高.質(zhì)量 m=1 kg的滑塊從A點由靜止開始下滑，恰能滑到與。點等高的D點,g取10 m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8 .求：(1)求滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)科；(2)要使滑塊能到達 C點，求滑塊

4、從A點沿斜面滑下時初速度 vo的最小值；(3)若滑塊離開C點的速度為4 m/s,求滑塊從C點飛出至落到斜面上所經(jīng)歷的時間.【答案】(1 ) 0.375 (2) 2V3m/S (3) 0.2s【解析】試題分析：滑塊在整個運動過程中，受重力mg、接觸面的彈力 N和斜面的摩擦力f作用，彈力始終不做功，因此在滑塊由A運動至D的過程中，根據(jù)動能定理有：mgR-mgcos37 2 = 0-0sin 37解得：尸0.375滑塊要能通過最高點 C,則在C點所受圓軌道的彈力 N需滿足：N> 02在C點時，根據(jù)牛頓第二定律有：mg + N = mvCR2R 1c在滑塊由A運動至C的過程中，根據(jù)動能定理有：一

5、mgcos37 2R ='mvC _sin 37212mv02由 式聯(lián)立解得滑塊從 A點沿斜面滑下時的初速度 vo需滿足：V03gR = 273 m/s即V0的最小值為：v0min = 2 J3 m/s滑塊從C點離開后將做平拋運動，根據(jù)平拋運動規(guī)律可知，在水平方向上的位移為：x=vt 1 2在豎直方向白位移為：y= gt2根據(jù)圖中幾何關(guān)系有：tan37 = 2R yx由 式聯(lián)立解得：t=0.2s考點：本題主要考查了牛頓第二定律、平拋運動規(guī)律、動能定理的應(yīng)用問題，屬于中檔題.3.如圖所示，一質(zhì)量為 m的滑塊從高為h的光滑圓弧形槽的頂端 A處無初速度地滑下,槽的底端B與水平傳送帶相接，傳送

6、帶的運行速度恒為vo,兩輪軸心間距為 L,滑塊滑到傳送帶上后做勻加速運動，滑到傳送帶右端C時，恰好加速到與傳送帶的速度相同，求：(1)滑塊到達底端B時的速度大小vb；(2)滑塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)叵(3)此過程中，由于克服摩擦力做功而產(chǎn)生的熱量Q.【答案】(1)阿v0 2gh (3) m v0佃h2gi2【解析】12試題分析：(1)滑塊在由A至1JB的過程中，由動能te理得：mgh= mvB 0 ,2解得：B=、.2gh；(2)滑塊在由B到C的過程中，由動能定理得：mgdmvo2- - mvB2,22解得，=史&2gL(3)產(chǎn)生的熱量：Q即mgL相對，L相對 0一B= (0 h)-(

7、或 2 g2 g(0 T2h)22L / ?v0 2gh1 2解得，Q= -m( 0 伍h)；2考點：動能定理【名師點睛】本題考查了求物體速度、動摩擦因數(shù)、產(chǎn)生的熱量等問題，分析清楚運動過 程，熟練應(yīng)用動能定理即可正確解題.4.如圖所示，摩托車做特技表演時，以 v0 = 10m/s的速度從地面沖上高臺，t=5s后以同 樣大小的速度從高臺水平飛出.人和車的總質(zhì)量m= 1.8 x 12kg,臺高h=5.0m.摩托車沖上高臺過程中功率恒定為 P= 2kW,不計空氣阻力，取 g=10m/s2.求：(1)人和摩托車從高臺飛出時的動能Ek；(2)摩托車落地點到高臺的水平距離s；(3)摩托車沖上高臺過程中克

8、服阻力所做的功Wf.【答案】(1) 9X10J 10m (3) 1X10J【解析】【分析】 【詳解】試題分析：根據(jù)動能表達式列式求解即可；人和摩托車從高臺飛出做平拋運動，根據(jù)平拋 的運動規(guī)律即可求出平拋的水平距離；根據(jù)動能定理即可求解克服阻力所做的功.1 2 一 一3 .(1)由題知，拋出時動能：Eko -mvo 9 10 J212(2)根據(jù)平拋運動規(guī)律，在豎直方向有：h gt2解得：t=1s則水平距離s v0t 10m(3)摩托車沖上高臺過程中，由動能定理得：Pt mgh Wf 03解得：Wf 1 10 J【點睛】本題考查了動能定理和平拋運動的綜合，知道平拋運動水平方向和豎直方向上的運動規(guī)

9、律，以及能夠熟練運用動能定理.5.質(zhì)量為2kg的物體，在豎直平面內(nèi)高 h = 1m的光滑弧形軌道 A點，以v=4m/s的初速度 沿軌道滑下，并進入 BC軌道，如圖所示。已知 BC段的動摩擦系數(shù)0.4。(g取10m/s2)求：(1)物體滑至B點時的速度；(2)物體最后停止在離 B點多遠的位置上。A* 中BC【答案】(1) 6m/s； (2) 4.5m【解析】【詳解】(1)由A到B段由動能定理得：mgh 1 mvB2 1 mv0222Vb.：2gh v02 6m/s;(2)由B到C段由動能定理得：mgx 0 1mvB2所以:2xVB4.5m 。2 g6 .滑雪者為什么能在軟綿綿的雪地中高速奔馳呢？

10、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(shè)滑雪者的速度超過4 m/s時，滑雪板與雪地間的動摩擦因數(shù)就會由因=0.25變?yōu)檎?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，滑至坡底蛻B(tài)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 = 26 m, g取10 m/s2, sin(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；

11、(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 I：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】(1)由牛頓第二定律得滑雪者在斜坡的加速度：a1= 巾L =4m/s2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：t="二佰II(2)由靜止到動摩擦因素發(fā)生變化的位移：xi亨a1t2=2mmgsin 0 -0動摩擦因數(shù)變化后，由牛頓第二定律得加速度：a2=5m/s2由 VB2-v2=2a2（L-xi）解得滑雪者到達 B處時的速度：VB=16m/s（3）設(shè)滑雪者速度由v

12、B=16m/s減速到vi=4m/s期間運動的位移為 X3,則由動能定理有: 1 1一工？=-mvj - -371 vjj ;解得 X3=96m速度由vi=4m/s減速到零期間運動的位移為X4,則由動能定理有：1 ,= ° - 時；解得 x 4=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=99.2m7 .如圖所示，水平軌道與豎直平面內(nèi)的圓弧軌道平滑連接后固定在水平地面上，圓弧軌道B端的切線沿水平方向.質(zhì)量m=1.0kg的滑塊（可視為質(zhì)點）在水平恒力F=10.0N的作用下，從A點由靜止開始運動，當滑塊運動的位移X=0.50m時撤去力F.已知A、B之間的距

13、離Xo=1.0m,滑塊與水平軌道間的動摩擦因數(shù)（1=0.10取g=10m/s2.求：（1）在撤去力F時，滑塊的速度大?。唬?）滑塊通過B點時的動能；（3）滑塊通過B點后，能沿圓弧軌道上升的最大高度h=0.35m,求滑塊沿圓弧軌道上升過程中克服摩擦力做的功.【答案】（1） 3. 0m/s； （2） 4. 0J； （3） 0. 50J.【解析】試題分析：（1）滑動摩擦力f mg （1分）設(shè)滑塊的加速度為 a1，根據(jù)牛頓第二定律F mg ma （1 分）2解得 a1 9.0m/s （1 分）設(shè)滑塊運動位移為 0.50m時的速度大小為 v,根據(jù)運動學公式2v2alX（2分）解得 v 3.0m/s （1

14、 分）（2）設(shè)滑塊通過B點時的動能為EkB從A到B運動過程中，依據(jù)動能定理有 W合EkF x fx0 EkB，（4 分）解得 EkB 4.0J （2 分）（3）設(shè)滑塊沿圓弧軌道上升過程中克服摩擦力做功為Wf ,根據(jù)動能定理mgh Wf 0 EkB （3 分）解得 Wf 0.50J (1 分)考點：牛頓運動定律功能關(guān)系8 .如圖所示，一根直桿與水平面成9= 37。角，桿上套有一個小滑塊，桿底端 N處有一彈性擋板，板面與桿垂直.現(xiàn)將物塊拉到 M點由靜止釋放，物塊與擋板碰撞后以原速率彈回.已知M、N兩點間的距離d=0.5m,滑塊與桿之間的動摩擦因數(shù)尸0.25, g=10m/s2.取 sin37

15、76;=0.6, cos37°= 0.8.求:6 1(1)滑塊第一次下滑的時間 t；(2)滑塊與擋板第一次碰撞后上滑的最大距離x;(3)滑塊在直桿上滑過的總路程s.【答案】(1) 0.5s (2) 0.25m .(3) 1.5m【解析】【分析】(1)滑塊從A點出發(fā)第一次運動到擋板處的過程，根據(jù)牛頓第二定律可求加速度，根據(jù)位移時間關(guān)系可求下滑時間；(2)根據(jù)速度時間關(guān)系可求出滑塊第1次與擋板碰撞前的速度大小V1,對滑塊從A點開始到返回AB中點的過程，運用動能定理列式，可求出上滑的最大距離；(3)滑塊最終靜止在擋板上，對整個過程，運用動能定理列式，可求得總路程.【詳解】(1)下滑時加速度

16、mgsin 0 mgcos。= ma2解得 a= 4.0m/s,1 -，一由d= at2得下滑時間t = 0.5s.2(2)第一次與擋板相碰時的速率v= at = 2m/s上滑時一(mgsin 0 + f)x = 0 mv2解得 x= 0.25m.(3)滑塊最終停在擋板處，由動能定理得mgdsin 0 fs = 0解得總路程s=1.5m.9 .如圖所示，傳送帶長 6 m,與水平方向的夾角37 ,以5 m/s的恒定速度向上運動.一個質(zhì)量為2 kg的物塊(可視為質(zhì)點)，沿平行于傳送帶方向以10 m/s的速度滑上傳送帶，已知物塊與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)尸0 5, sin37=0. 6, cos37&

17、#176;=0. 8,g=10m/s2.求：1U7 口(1)物塊剛滑上傳送帶時的加速度大??；(2)物塊到達傳送帶頂端時的速度大??；(3)整個過程中，摩擦力對物塊所做的功.2【答案】(1) a1 10m/s (2) 4m/s (3) W=12 J【解析】【分析】【詳解】試題分析：(1)物塊剛滑上傳送帶時，物塊的加速度大小為a1,由牛頓第二定律mg sin 37 mg cos37ma1解得 a1 10m/s2(2)設(shè)物塊速度減為 5m/s所用時間為t1,則vo v 31t1解得t1 0.5s通過的位移：x1、113.75 m < 6 m2因 tan ,此后物塊繼續(xù)減速度上滑，加速度大小為a2

18、則cr°cr0mg sin 37 mg cos37 ma2,一一 2解得a2 2m/ s設(shè)物塊到達最高點的速度為 v1,則v2 v； 2a2x2x2 l x1 2.25m解得vi 4m/ s1cle(3)從開始到取局點，由動能th理得W mgl sin 37 mv1 - mv022解得 W="-12" J(用其它方法解得正確，同樣給分)考點牛頓第二定律，勻變速直線運動規(guī)律，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 02 s

19、內(nèi)做勻加速直線運動，210 s內(nèi)小車牽引力的功率保持不變，在10 s末停止遙控讓小車自由滑行，小車質(zhì)量m = 1 kg,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210 s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) 2 N; (2) 12W (3)28.5 m ;(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(shè)加速度大小為a,則Ff ma ,根據(jù)a -v ,由圖像可知a 2m/s2,解得Ff 2N ；(2)小車的勻速階段即 7s10s內(nèi)，設(shè)牽引力為 F,則Ff F由圖像可知vm 6m/s,且

20、P Fvm 12W ；(3)小車的加速運動過程可以分為01.5s和1.5s7s兩段，設(shè)對應(yīng)的位移分別為 X和X2,在02s內(nèi)的加速度大小為 a1,1 2則由圖像可得 a1 2m/s, x1 a1tl2.25m,21919在 1.5s7s內(nèi)由動能th理可得Pt2Ffx2mv2mvi,t25.5s ,22解得 x2 26.25m,由 x x1 x2 28.5m11 .如圖所示，一個小球的質(zhì)量m=2kg,能沿傾角37的斜面由頂端B從靜止開始下滑，小球滑到底端時與 A處的擋板碰觸后反彈(小球與擋板碰撞過程中無能量損失)，若2 一小球每次反彈后都能回到原來的2處,已知A、B間距離為so 2m, sin3

21、7 0.6,32cos37 0.8, g 10m/s ,求：(2)小球由開始下滑到最終靜止的過程中所通過的總路程和克服摩擦力做的功?！敬鸢浮?0.15; (2)10m； 24J【解析】【詳解】，小球第一次由靜止從的B點下滑和碰撞彈回上升到(1)設(shè)小球與斜面間的動摩擦因數(shù)為 速度為零的過程，由動能定理得：，2一一 mg(So 3 Ssin37，2 、八mg (s0 - s0 )cos3701解得：tan37 0.155(2)球最終一定停在 A處，小球從B處靜止下滑到最終停在 A處的全過程 由動能定理得：mgso sin37mgcos37 gs 0所以小球通過的總路程為：s° tan 3

22、7s 5s0 10m克服摩擦力做的功：Wf mgcos37 gs 24J12 .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(yīng)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.在加速氤離子的過程中飛船獲得推力.已知柵電極A、B之間的電壓為