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时间:2020-12-20
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1、最新高中物理专题汇编物理动能定理的综合应用(一)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.为
3、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
4、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】(112)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=70N(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.3.如图所示,半径R2m的四分之一
5、粗糙圆弧轨道AB置于竖直平面内,轨道的B端切线水平,且距水平地面高度为h=1.25m,现将一质量m=0.2kg的小滑块从A点由静止释放,滑块沿圆弧轨道运动至B点以v5m/s的速度水平飞出(g取10m/s2).求:(1)小滑块沿圆弧轨道运动过程中所受摩擦力做的功;(2)小滑块经过B点时对圆轨道的压力大小;(3)小滑块着地时的速度大小.【答案】(1)Wf1.5J(2)FN4.5N(3)v152m/s【解析】【分析】【详解】(1)滑块在圆弧轨道受重力、支持力和摩擦力作用,由动能定理mgR-Wf=1mv22Wf=1.5J(2)由牛顿第二定律可知:v2FNmgmR解得:FN4.5N(3)
6、小球离开圆弧后做平抛运动根据动能定理可知:mgh1mv121mv222解得:v152m/s4.如图,固定在竖直平面内的倾斜轨道AB,与水平光滑轨道BC相连,竖直墙壁CD高H0.2m,紧靠墙壁在地面固定一个和CD等高,底边长L0.3m的斜面,一个质量m0.1kg的小物块(视为质点)在轨道AB上从距离B点l4m处由静止释放,从C点水平抛出,已知小物块在AB段与轨道间的动摩擦因数为0.5,达到B点时无能量损失;AB段与水平面的夹角为o2,sin37oo37.(重力加速度g10m/s0.6,cos370.8)(1)求小物块运动到B点时的速度大小;(2)求小物块从C点抛出到击中斜面的时间
7、;(3)改变小物块从轨道上释放的初位置,求小物块击中斜面时动能的最小值.【答案】(1)4m/s(2)1s(3)0.15J15【解析】【分析】(1)对滑块从A到B过程,根据动能定理列式求解末速度;(2)从C点画出后做平抛运动,根据分位移公式并结合几何关系列式分析即可;(3)动能最小时末速度最小,求解末速度表达式分析即可.【详解】1对滑块从A到B过程,根据动能定理,有:mglsin37oμmgcos37o1mvB2,2解得:vB4m/s;2设物体落在斜面上时水平位移为x,竖直位移为y,画出轨迹,
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