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时间:2020-12-20
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1、【物理】高考必刷题物理动能定理的综合应用题及解析一、高中物理精讲专题测试动能定理的综合应用1.如图所示,AB是竖直面内的四分之一圆弧形光滑轨道,下端B点与水平直轨道相切.一个小物块自A点由静止开始沿轨道下滑,已知轨道半径为R=0.2m,小物块的质量为m=0.1kg,小物块与水平面间的动摩擦因数μ=0.5,g取10m/s2.求:(1)小物块在B点时受到的圆弧轨道的支持力大小;(2)小物块在水平面上滑动的最大距离.【答案】(1)3N(2)0.4m【解析】(1)由机械能守恒定律,得在B点联立以上两式得FN=3mg×10N=3N.=3×0.1(2)设
2、小物块在水平面上滑动的最大距离为l,对小物块运动的整个过程由动能定理得mgR-μmgl=0,代入数据得【点睛】解决本题的关键知道只有重力做功,机械能守恒,掌握运用机械能守恒定律以及动能定理进行解题.2.为了研究过山车的原理,某同学设计了如下模型:取一个与水平方向夹角为37°、长为L=2.5m的粗糙倾斜轨道AB,通过水平轨道BC与半径为R=0.2m的竖直圆轨道相连,出口为水平轨道DE,整个轨道除AB段以外都是光滑的。其中AB与BC轨道以微小圆弧相接,如图所示。一个质量m=2kg小物块,当从A点以初速度v0=6m/s沿倾斜轨道滑下,到达C点时速度v
3、C=4m/s。取g=10m/s2,sin37°=0.60,cos37°=0.80。(1)小物块到达C点时,求圆轨道对小物块支持力的大小;(2)求小物块从A到B运动过程中,摩擦力对小物块所做的功;(3)小物块要能够到达竖直圆弧轨道的最高点,求沿倾斜轨道滑下时在A点的最小初速度vA。【答案】(1)N=180N(2)Wf=-50J(3)vA30m/s【解析】【详解】(1)在C点时,设圆轨道对小物块支持力的大小为N,则:Nmvc2mgR解得N=180N(2)设A→B过程中摩擦力对小物块所做的功为Wf,小物块A→B→C的过程,有mgLsin37Wf1mvc21mv
4、0222解得Wf=-50J。(3)小物块要能够到达竖直圆弧轨道的最高点,设在最高点的速度最小为vm,则:mgmvm2R小物块从A到竖直圆弧轨道最高点的过程中,有mgLsin37Wf2mgR1mvm21mvA222解得vA30m/s3.如图所示,一质量为m的小球从半径为R的竖直四分之一圆弧轨道的顶端无初速释放,圆弧轨道的底端水平,离地面高度为R。小球离开圆弧轨道的底端又通过水平距离R落到地面上,不计空气阻力,重力加速度为g。求:(1)小球刚到圆弧轨道底端时对轨道的压力;(2)小球在圆弧轨道上受到的阻力所做的功。【答案】(1)FN3mg,方向竖直向下(2)
5、Wf3mgR24【解析】【详解】(1)设小球在圆弧轨道的最低点时的速度为v,小球离开圆弧轨道后做平抛运动,有:RvtR1gt22联立解得:gRv2而在圆弧轨道的最低点,由牛顿第二定律可知:FNmgmv2R由牛顿第三定律,FNFN联立求得球队轨道的压力为:3mgFN2方向竖直向下。(2)对圆弧上运动的过程由动能定理:mgRWf1mv202联立可得:Wf3mgR44.一质量为0.5kg的小物块放在水平地面上的A点,距离A点5m的位置B处是一面墙,如图所示,物块以v0=9m/s的初速度从A点沿AB方向运动,在与墙壁碰撞前瞬间的速度为7m/s,碰后以6m/s的速
6、度反向运动直至静止.g取10m/s2.(1)求物块与地面间的动摩擦因数μ;(2)若碰撞时间为0.05s,求碰撞过程中墙面对物块平均作用力的大小F.【答案】(1)0.32(2)F=130N【解析】试题分析:(1)对A到墙壁过程,运用动能定理得:,代入数据解得:μ=0.32.(2)规定向左为正方向,对碰墙的过程运用动量定理得:F△t=mv′﹣mv,代入数据解得:F=130N.5.如图所示,BC为半径等于22m竖直放置的光滑细圆管,O为细圆管的圆心,在圆5管的末端C连接倾斜角为45°、动摩擦因数μ=0.6的足够长粗糙斜面,一质量为m=0.5kg的小球从O点正上
7、方某处A点以v0水平抛出,恰好能垂直OB从B点进入细圆管,小球从进入圆管开始受到始终竖直向上的力F=5N的作用,当小球运动到圆管的末端C时作用力F立即消失,小球能平滑地冲上粗糙斜面.(g=10m/s2)求:(1)小球从O点的正上方某处A点水平抛出的初速度v0为多少?(2)小球在圆管中运动时对圆管的压力是多少?(3)小球在CD斜面上运动的最大位移是多少?【答案】(1)2m/s;(2)7.1N;(3)0.35m.【解析】【详解】(1)小球从A运动到B为平抛运动,水平方向:rsin45°=v0t,在B点:vygttan45°=,v0v0解得:v0=2m/s;(
8、2)小球到达在B点的速度:vv022m/s,cos45由题意可知:mg=0.5×
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