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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一、高中物理精讲专题测试动能定理的综合应用1.为了备战2022年北京冬奥会,一名滑雪运动员在倾角θ=30的°山坡滑道上进行训练,运动员及装备的总质量m=70kg.滑道与水平地面平滑连接,如图所示.他从滑道上由静止开始匀加速下滑,经过t=5s到达坡底,滑下的路程x=50m.滑雪运动员到达坡底后又在水平面上滑行了一段距离后静止.运动员视为质点,重力加速度g=10m/s2,求:(1)滑雪运动员沿山坡下滑时的加速度大小a;(2)滑雪运动员沿山坡下滑过程中受到的阻力大小f;(3)滑
2、雪运动员在全过程中克服阻力做的功Wf.【答案】(1)4m/s2(2)f=70N(3)1.75×4J10【解析】【分析】(1)运动员沿山坡下滑时做初速度为零的匀加速直线运动,已知时间和位移,根据匀变速直线运动的位移时间公式求出下滑的加速度.(2)对运动员进行受力分析,根据牛顿第二定律求出下滑过程中受到的阻力大小.(3)对全过程,根据动能定理求滑雪运动员克服阻力做的功.【详解】12(1)根据匀变速直线运动规律得:x=at2解得:a=4m/s2(2)运动员受力如图,根据牛顿第二定律得:mgsin-θf=ma解得:f=7
3、0N(3)全程应用动能定理,得:mgxsin-Wθf=0解得:W×4f=1.7510J【点睛】解决本题的关键要掌握两种求功的方法,对于恒力可运用功的计算公式求.对于变力可根据动能定理求功.2.如图所示,AC为光滑的水平桌面,轻弹簧的一端固定在A端的竖直墙壁上.质量m1kg的小物块将弹簧的另一端压缩到B点,之后由静止释放,离开弹簧后从C点水平飞出,恰好从D点以vD10m/s的速度沿切线方向进入竖直面内的光滑圆弧轨道DEF(小物体与轨道间无碰撞).O为圆弧轨道的圆心,E为圆弧轨道的最低点,圆弧轨道的半径R
4、1m,DOE60o,EOF37.o小物块运动到F点后,冲上足够长的斜面FG,斜面FG与圆轨道相切于F点,小物体与斜面间的动摩擦因数0.5.sin37o0.6,cos37o0.8,取g10m/s2.不计空气阻力.求:(1)弹簧最初具有的弹性势能;(2)小物块第一次到达圆弧轨道的E点时对圆弧轨道的压力大小;(3)判断小物块沿斜面FG第一次返回圆弧轨道后能否回到圆弧轨道的D点?若能,求解小物块回到D点的速度;若不能,求解经过足够长的时间后小物块通过圆弧轨道最低点E的速度大小.【答案】1?1.25J;230N;32m/s
5、.【解析】【分析】【详解】(1)设小物块在C点的速度为vC,则在D点有:vCvDcos60o设弹簧最初具有的弹性势能为Ep,则:EP1mvC22代入数据联立解得:Ep1.25J;2设小物块在E点的速度为vE,则从D到E的过程中有:mgR1cos60o1mvE21mvD222设在E点,圆轨道对小物块的支持力为N,则有:vE2NmgR代入数据解得:vE25m/s,N30N由牛顿第三定律可知,小物块到达圆轨道的E点时对圆轨道的压力为30N;3设小物体沿斜面FG上滑的最大距离为x,从E到最大距离的过程中有:mgR1cos
6、37omgsin37oμmgcos37ox01mvE22小物体第一次沿斜面上滑并返回F的过程克服摩擦力做的功为Wf,则Wf2xμmgcos37o小物体在D点的动能为EKD,则:EKD1mvD22代入数据解得:x0.8m,Wf6.4J,EKD5J因为EKDWf,故小物体不能返回D点.小物体最终将在F点与关于过圆轨道圆心的竖直线对称的点之间做往复运动,小物体的机械能守恒,设最终在最低点的速度为vEm,则有:mgR1cos37o1mvEm22代入数据解得:vEm2m/s答:1弹簧最初具有的弹性势能为1.25J;23小
7、物块第一次到达圆弧轨道的E点时对圆弧轨道的压力大小是30N;小物块沿斜面FG第一次返回圆弧轨道后不能回到圆弧轨道的D点.经过足够长的时间后小物块通过圆弧轨道最低点E的速度大小为2m/s.【点睛】(1)物块离开C点后做平抛运动,由D点沿圆轨道切线方向进入圆轨道,知道了到达D点的速度方向,将D点的速度分解为水平方向和竖直方向,根据角度关系求出水平分速度,即离开C点时的速度,再研究弹簧释放的过程,由机械能守恒定律求弹簧最初具有的弹性势能;2物块从D到E,运用机械能守恒定律求出通过E点的速度,在E点,由牛顿定律和向心力知
8、识结合求物块对轨道的压力;3假设物块能回到D点,对物块从A到返回D点的整个过程,运用动能定理求出D点的速度,再作出判断,最后由机械能守恒定律求出最低点的速度.3.如图所示,光滑圆弧的半径为80cm,一质量为1.0kg的物体由A处从静止开始下滑到B点,然后又沿水平面前进3m,到达C点停止。物体经过B点时无机械能损失,g取10m/s2,求:(1)物体到达B点时的速度以及在B点
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