高考物理最新模擬題精選訓(xùn)練機(jī)械能守恒定律專題02連接體的機(jī)械能守恒含解析

1、專題02連接體的機(jī)械能守恒1.（14分）（河南天一大聯(lián)考）如圖甲所示為古代攻城所使用的重型“拋石機(jī)”示意圖，圖乙是其結(jié)構(gòu)示意圖，圖中E點(diǎn)為“拋石機(jī)”杠桿臂的轉(zhuǎn)軸，B皿是其鎖定裝置，C端有槽可以放石塊，F(xiàn)端放置配重物。解除BD鎖定后，杠桿在配重物作用下繞E點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，即可將石塊拋出。已知某“拋石機(jī)”轉(zhuǎn)軸E離地高度為2m,當(dāng)C端觸地時(shí)，杠桿與地面夾角為045°。某次“拋石機(jī)”拋出石塊的最大高度為.2g=10m/s 。求：（1）石塊被拋出時(shí)的速度；（2）若被拋出石塊的質(zhì)量為 5kg,求配重物的質(zhì)量。，且sin。=,當(dāng)F端觸地時(shí)杠桿與地向夾角為 820m,不一切阻力和杠桿質(zhì)量，重力加速度/八bA

2、恪師解析一1）由題給條件端觸地時(shí)，sine?解得：CE=8,2 m=根據(jù)題述當(dāng)F端觸地時(shí)杠桿與地面夾角為45石塊的最大高度為 20m,且速度恰好沿水平方向，逆向可看作是平拋運(yùn)動，做出拋石機(jī)中石塊運(yùn)動示意圖如圖所示。拋出石塊時(shí)，CN=10m石塊豎直方向位移為 y=PQ=10m石塊豎直分速度vy2=2gy,解得：Vy=10j2m/s。-8 -設(shè)石塊拋出時(shí)速度大小為V1,由圖中幾何關(guān)系可知V1與水平方向夾角為 45。，則有 visin45 ° = v y,解得：vi=20m/s。<2)當(dāng)石塊從地面運(yùn)動到拋射點(diǎn)時(shí)，上升高度A=10隊(duì)設(shè)配重物下降高度為乜,則由幾何關(guān)系得T C1EF4C戶

3、2萬m+2： - m=10 & m 8設(shè)配重物質(zhì)量為mh由系統(tǒng)機(jī)械能守恒定律可得詼曲一 jsghi- - nuVi2+ mvi1 f22J2 J2根提圖周運(yùn)動知】只可得： , CE=EAX sin ?=2X m=E產(chǎn)2 2 mCE FE84聯(lián)立解得：MFiaOkgo2.如圖所示，在距水平地面高為0.4m處，水平固定一根長直光滑桿，桿上P處固定一定滑輪，滑輪可繞水平軸無摩擦轉(zhuǎn)動，在 P點(diǎn)的右邊，桿上套一質(zhì)量 m=3kg的滑塊A.半徑R=0.3m的光滑半圓形軌道豎直地固定在地面上，其圓心 。在P點(diǎn)的正下方，在軌道上套有一質(zhì)量m=3kg的小球B.用一條不可伸長的柔軟細(xì)繩，通過定滑輪將兩小球連

4、接起來.桿和半圓形軌道在同一豎直面內(nèi)，滑塊和小球均可看作質(zhì)點(diǎn)，且不計(jì)滑輪大小的影響.現(xiàn)給滑塊A施加一個(gè)水平向右、大小為 60N的恒力F,則：(1)求把小球B從地面拉到半圓形軌道頂點(diǎn) C的過程中力F做的功.(2)求小球B運(yùn)動到C處時(shí)所受的向心力的大小.(3)問小球B被拉到離地多高時(shí)滑塊 A與小球B的速度大小相等？【名師解析】(1)根據(jù)幾何知識求出滑塊移動的位移大小，再求解力F做的功.(2)當(dāng)B球到達(dá)C處時(shí)，滑塊A的速度為零，力F做的功等于AB組成的系統(tǒng)機(jī)械能的增加，根據(jù)功能關(guān)F=m_系列方程求解小球B運(yùn)動到C處時(shí)的速度大小v.由向心力公式R求向心力.(3)當(dāng)繩與軌道相切時(shí)兩球速度相等，小滑塊A與

5、d用B的速度大小相等，由幾何知識求出小球B上升的-FT國反-解答：(1)對于F的做功過程，由幾何知識有麗F= J q.42H.32 = 0 5相PC PO -A = 0.4-0.3=0.1jw則力F做的功N'=F"(FB -PC i所以，W=60< (0.5-0.1 ) =24J.(2)由于B球到達(dá)C處時(shí)，已無沿繩的分速度，所以此時(shí)滑塊A的速度為零,考察兩球及繩子組成的系統(tǒng)的能量變化過程，由功能關(guān)系，得1 ?24-x3xvz+3x10xO.3代入已知量，得_F-mL-解得y二iOMr因?yàn)橄蛐牧綖镕=3xJ1£=100V所以，代入已知量，得(3)當(dāng)繩與軌道相

6、切時(shí)兩球速度相等,PO R由相似三角形知識，得代入已知量，得所以,A=r=0.225m答:(1)把小球B從地面拉到半圓形軌道頂點(diǎn)C的過程中力F做的功為24J.(2)小球B運(yùn)動到C處時(shí)所受的向心力的大小是100N.(3)小球B被拉到離地0.225m高時(shí)滑塊A與小球B的速度大小相等.點(diǎn)評：本題連接體問題，從功能關(guān)系研究物體的速度與高度，關(guān)鍵分析兩物體之間的關(guān)系和運(yùn)用幾何 知識研究物體的位移.3. (2016。山東荷澤高三月考)(20分)質(zhì)量均為m= 1 kg的物體A和B分別系在一根不計(jì)質(zhì)量的細(xì)繩兩 端，繩子跨過固定在傾角為0 =37。的斜面頂端的定滑輪上，斜面固定在水平地面上，開始時(shí)把物體B拉到斜

7、面底端，這時(shí)物體 A離地面的高度為h=1 m,如圖所示。若余面足夠長，B與斜面、細(xì)繩與滑輪間的摩擦不計(jì)，從靜止開始放手讓它們運(yùn)動。(g取10 m/s 2)求：(1)物體A著地時(shí)的速度大?。?2)若物體A著地瞬間物體 B與細(xì)繩之間的連接斷開，則從此時(shí)刻起物體B又回到斜面的底端所需的時(shí)間?！久麕熃馕觥?1)設(shè)物體A著地前瞬間的速度為 v,據(jù)動能定理,12mgh- mglsin 0 =2 (m) v解得v= 2 m/s(2)設(shè)物體8在斜面上運(yùn)動的加速度為中有國s二國交in 9所以3-6 m/s2方向沿斜面向F設(shè)物體£回到斜面底端的速度為電由機(jī)械能守恒定律有bl所以 t=4 m/s取沿斜面向

8、下的方向?yàn)檎较?知k-2 m/s則有Vg什3t解得t=l S答案(1) 2 m/s (2) 1 s4. (2016 安徽安慶高三月考)(20分)如圖所示，在豎直方向上 A、B兩物體通過勁度系數(shù)為 k的輕質(zhì) 彈簧相連，A放在水平地面上；B、C兩物體通過細(xì)線繞過輕質(zhì)定滑輪相連，C放在固定的光滑斜面上。用手拿住C,使細(xì)線剛剛拉直但無拉力作用，并保證ab段的細(xì)線豎直、cd段的細(xì)線與斜面平行。已知A B的質(zhì)量均為m斜面傾角為0 =37° ,重力加速度為 g,滑輪的質(zhì)量和摩擦不計(jì)，開始時(shí)整個(gè)系 統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)。C釋放后沿斜面下滑，當(dāng)A剛要離開地面時(shí)，B的速度最大，(sin 37° =

9、0.6, cos 37° = 0.8)求：(1)從開始到物體 A剛要離開地面的過程中，物體C沿斜面下滑的距離;(2) C的質(zhì)量；(3) A剛要離開地面時(shí)，C的動能?！久麕熃馕觥?(1)設(shè)開始時(shí)彈簧壓縮的長度為XB,則有kxB= mg設(shè)當(dāng)物體A剛要離開地面時(shí)，彈簧的伸長量為xa,則有kxA=mg當(dāng)物體A剛要離開地面時(shí)，物體 B上升的距離與物體 C沿斜面下滑的距離相等，為: h= xa+ xb“，口2mg解得：h=.物體上剛要離開地面時(shí)，以8為研究對象，物體才受©J重力酩、彈蕃的彈力*弱】細(xì)線的拉力居三個(gè)力的作用，設(shè)物體方的加速度為g根據(jù)牛頓第二定律,對。有：at交in g -

10、 R =妣3E獲得最大速度時(shí)，有；戶0(3)解法一：由于Xa=Xb,彈簧處于壓縮狀態(tài)和伸長狀態(tài)時(shí)的彈性勢能相等，彈簧彈力做功為零，且物體A剛要離開地面時(shí)， B C兩物體的速度相等，設(shè)為Vo,由動能定理得:12mcghsin 0 mgh+ W單=2（m m）v。一0其中W單=02辦 ,口 212mg解得：V0 = k ,13k2 212 20mg所以 &c= mcv0 =213k解法二：根據(jù)動能定理,對 C： mghsin 0 -W= Ec 0對 B： W mgh W-EkB 0其中W單=0Ec me 10又：EB=7T T./日20m2g2解得：國 13k2 2答案譽(yù)空喘 k 313k

11、5 （2016石家莊二模）左側(cè)豎直墻面上固定半徑為F=0.3m的光滑半圓環(huán)，右側(cè)豎直墻面上與圓環(huán)的圓心O等高處固定一光滑直桿。質(zhì)量為m=100g的小球a套在半圓環(huán)上，質(zhì)量為 m=36g的小球b套在直桿上。二者之間用長為l =0.4m的輕桿通過兩校鏈連接。現(xiàn)將 a從圓環(huán)的最高處由靜止釋放，使 a沿圓環(huán)自由下滑，不計(jì)一切摩擦，a、b均視為質(zhì)點(diǎn)，重力加速度 g=10m/s2。求：（1）小球a滑到與圓環(huán)的圓心 O等高的P點(diǎn)時(shí)向心力的大小;（2）小球a從P點(diǎn)下滑至桿與圓環(huán)相切的Q點(diǎn)的過程中，桿對滑塊b做的功。【名師解析】（1） （5分）當(dāng)a滑到與O同高度P點(diǎn)時(shí)，a的速度v沿圓環(huán)切向向下,b的速度為零，12由機(jī)械能寸恒te律可得：magR = mav2解得：v =、2gR對小球a受力分析，由牛頓第二定律可得:2匚 一 maVF 二R= 2mag=2N （2） （8 分）桿與圓相切時(shí)，如圖所示，a的速度沿桿方向，設(shè)此時(shí) b的速度為Vb,根