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时间:2020-12-20
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1、高考物理动能定理的综合应用专项训练100(附答案)含解析(1)一、高中物理精讲专题测试动能定理的综合应用1.北京老山自行车赛场采用的是250m椭圆赛道,赛道宽度为7.6m。赛道形如马鞍形,由直线段、过渡曲线段以及圆弧段组成,圆弧段倾角为45°(可以认为赛道直线段是水平的,圆弧段中线与直线段处于同一高度)。比赛用车采用最新材料制成,质量为9kg。已知直线段赛道每条长80m,圆弧段内侧半径为14.4m,运动员质量为61kg。求:(1)运动员在圆弧段内侧以12m/s的速度骑行时,运动员和自行车整体的向心力为多大;(2)运动员在圆弧段内侧骑行时,若自行车所受的侧向摩擦力恰为零,则自行车对赛道的压力多
2、大;(3)若运动员从直线段的中点出发,以恒定的动力92N向前骑行,并恰好以12m/s的速度进入圆弧段内侧赛道,求此过程中运动员和自行车克服阻力做的功。(只在赛道直线段给自行车施加动力)。【答案】(1)700N;(2)7002N;(3)521J【解析】【分析】【详解】(1)运动员和自行车整体的向心力(Mm)v2Fn=R解得Fn=700N(2)自行车所受支持力为MmgFNcos45解得FN=7002N根据牛顿第三定律可知F压=FN=7002N(3)从出发点到进入内侧赛道运用动能定理可得WF-Wf克+mgh=1mv22FLWF=2h=1dcos45o=1.9m2Wf克=521J2.如图所示,人骑摩
3、托车做腾跃特技表演,以1.0m/s的初速度沿曲面冲上高0.8m、顶部水平的高台,若摩托车冲上高台的过程中始终以额定功率1.8kW行驶,经过1.2s到达平台顶部,然后离开平台,落至地面时,恰能无碰撞地沿圆弧切线从A点切入光滑竖直圆弧轨道,并沿轨道下滑.A、B为圆弧两端点,其连线水平.已知圆弧半径为R=1.0m,人和车的总质量为180kg,特技表演的全过程中不计一切阻力(计算中取g=10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6).求:(1)人和车到达顶部平台的速度v;(2)从平台飞出到A点,人和车运动的水平距离x;(3)圆弧对应圆心角;(4)人和车运动到圆弧轨道最低点O时对轨道
4、的压力.3【答案】(1)3m/s(2)1.2m(3)106°(4)7.74×10N【解析】【分析】【详解】(1)由动能定理可知:Pt1mgH1mv21mv2220v=3m/s(2)由H1gt22,svt2可得:sv2H1.2m2g(3)摩托车落至A点时,其竖直方向的分速度vygt24m/s设摩托车落地时速度方向与水平方向的夹角为α,则tanvy4α=53°v,即3所以θ=2α=106°(4)在摩托车由最高点飞出落至O点的过程中,由机械能守恒定律可得:mg[HR(1cos)]1mv21mv222在O点:Nmgmv2R所以N=7740N由牛顿第三定律可知,人和车在最低点O时对轨道的压力为7740
5、N3.如图所示,倾角为37°的粗糙斜面AB底端与半径R=0.4m的光滑半圆轨道BC平滑相连,O点为轨道圆心,BC为圆轨道直径且处于竖直方向,A、C两点等高.质量m=1kg的滑块从A点由静止开始下滑,恰能滑到与O点等高的D点,g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:(1)求滑块与斜面间的动摩擦因数μ;(2)要使滑块能到达C点,求滑块从A点沿斜面滑下时初速度v0的最小值;(3)若滑块离开C点的速度为4m/s,求滑块从C点飞出至落到斜面上所经历的时间.【答案】(1)0.375(2)23m/s(3)0.2s【解析】试题分析:⑴滑块在整个运动过程中,受重力mg、接触面的弹力N
6、和斜面的摩擦力f作用,弹力始终不做功,因此在滑块由A运动至D的过程中,根据动能定理有:mgR-2Rμmgcos37°=0-0sin37解得:μ=0.375⑵滑块要能通过最高点C,则在C点所受圆轨道的弹力N需满足:N≥0①在C点时,根据牛顿第二定律有:mg+N=mvC2②R在滑块由A运动至C的过程中,根据动能定理有:-μmgcos37°2R=1mvC2-sin3721mv02③2由①②③式联立解得滑块从A点沿斜面滑下时的初速度v0需满足:v0≥3gR=23m/s即v0的最小值为:v0min=23m/s⑶滑块从C点离开后将做平抛运动,根据平抛运动规律可知,在水平方向上的位移为:x=vt④在竖直方
7、向的位移为:y=1gt2⑤2根据图中几何关系有:tan37°=2Ry⑥x由④⑤⑥式联立解得:t=0.2s考点:本题主要考查了牛顿第二定律、平抛运动规律、动能定理的应用问题,属于中档题.4.质量为m=0.5kg、可视为质点的小滑块,从光滑斜面上高h0=0.6m的A点由静止开始自由滑下。已知斜面AB与水平面BC在B处通过一小圆弧光滑连接。长为x0=0.5m的水平面BC与滑块之间的动摩擦因数μ=0.3,C点右侧有3
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