高考物理動(dòng)能與動(dòng)能定理真題匯編含答案

1、高考物理動(dòng)能與動(dòng)能定理真題匯編(含答案)一、高中物理精講專題測(cè)試動(dòng)能與動(dòng)能定理1.如圖所示，粗糙水平桌面上有一輕質(zhì)彈簧左端固定在A點(diǎn)，自然狀態(tài)時(shí)其右端位于 B點(diǎn)。水平桌面右側(cè)有一豎直放置的光滑軌道MNP,其形狀為半徑 R=1.0m的圓環(huán)剪去了左上角120。的圓弧，MN為其豎直直徑，P點(diǎn)到桌面的豎直距離是 h=2.4m。用質(zhì)量為m=0.2kg的物塊將彈簧由B點(diǎn)緩慢壓縮至C點(diǎn)后由靜止釋放，彈簧在C點(diǎn)時(shí)儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能Ep=3.2J,物塊飛離桌面后恰好 P點(diǎn)沿切線落入圓軌道。已知物塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù) (1=0.4,重力加速度g值取10m/s2,不計(jì)空氣阻力，求：(1)物塊通過P點(diǎn)的速度大??；(2)

2、物塊經(jīng)過軌道最高點(diǎn) M時(shí)對(duì)軌道的壓力大??；(3)C、D兩點(diǎn)間的距離；【答案】(1)8m/s； (2)4.8N； (3)2m【解析】【分析】【詳解】(1)通過P點(diǎn)時(shí)，由幾何關(guān)系可知，速度方向與水平方向夾角為60,則V2 2gh. Vy sin 60 一 v整理可得，物塊通過 P點(diǎn)的速度v 8m/s(2)從P到M點(diǎn)的過程中，機(jī)械能守恒12o、12mv =mgR(1 cos60 )+ mvM22在最高點(diǎn)時(shí)根據(jù)牛頓第二定律Fn mg2 mvMR整理得Fn 4.8N根據(jù)牛頓第三定律可知，物塊對(duì)軌道的壓力大小為4.8N(3)從D到P物塊做平拋運(yùn)動(dòng)，因此ovD vcos60 4m/s從C到D的過程中，根據(jù)能

3、量守恒定律12Ep mgx - mvDC、D兩點(diǎn)間的距離x 2m2.某校興趣小組制作了一個(gè)游戲裝置，其簡(jiǎn)化模型如圖所示，在A點(diǎn)用一彈射裝置可 將靜止的小滑塊以 v。水平速度彈射出去，沿水平直線軌道運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)后，進(jìn)入半徑 R=0.3m的光滑豎直圓形軌道，運(yùn)行一周后自B點(diǎn)向C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，C點(diǎn)右側(cè)有一陷阱，C D兩點(diǎn)的豎 直高度差 h=0.2m,水平距離 s=0.6m,水平軌道 AB長(zhǎng)為L(zhǎng)i=1m, BC長(zhǎng)為L(zhǎng)2=2.6m , 小滑塊與水平軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)(1=0.5,重力加速度 g=10m/s2.(1)若小滑塊恰能通過圓形軌道的最高點(diǎn)，求小滑塊在A點(diǎn)彈射出的速度大?。?2)若游戲規(guī)則為小滑塊沿著圓形

4、軌道運(yùn)行一周離開圓形軌道后只要不掉進(jìn)陷阱即為勝出, 求小滑塊在 A點(diǎn)彈射出的速度大小的范圍.【答案】(1) H =(2) 5m/sw叭w 6m/前va永長(zhǎng)皿弓【解析】【分析】【詳解】(1)小滑塊恰能通過圓軌道最高點(diǎn)的速度為v,由牛頓第二定律及機(jī)械能守恒定律1V12由 A 至ij B: -2mgR -mv=WVj ZWV|解得A點(diǎn)的速度為%=3叨s(2)若小滑塊剛好停在 C處，則：一上。=。一?*學(xué)解得A點(diǎn)的速度為%=4w f，5若小滑塊停在BC段，應(yīng)滿足3m/s vA 4m/s 12若小滑塊能通過 C點(diǎn)并恰好越過壕溝，則有 h 1gt22s Vct-如目(4 +G)=:用f 一:切考 解得所以

5、初速度的范圍為 3m/s vA 4m/s和vA 5m/ s.某游樂場(chǎng)擬推出一個(gè)新型滑草娛樂項(xiàng)目，簡(jiǎn)化模型如圖所示。游客乘坐的滑草車(兩者的總質(zhì)量為60kg),從傾角為53的光滑直軌道 AC上白B B點(diǎn)由靜止開始下滑，到達(dá)C點(diǎn)后進(jìn)入半徑為R 5m,圓心角為53的圓弧形光滑軌道CD ,過D點(diǎn)后滑入傾角為 (可以在09J 75范圍內(nèi)調(diào)節(jié))、動(dòng)摩擦因數(shù)為DE。已知D點(diǎn)處有一小段光滑圓弧與其相連，不計(jì)滑草車在C點(diǎn)的距離為L(zhǎng)=10m , g 10m/s。求：_33的足夠長(zhǎng)的草地軌道D處的能量損失，B點(diǎn)到(3)取不同值時(shí)，寫出滑草車在斜面上克服摩擦所做的功與tan(1)滑草車經(jīng)過軌道 D點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道D點(diǎn)的壓力

6、大?。?2)滑草車第一次沿草地軌道DE向上滑行的時(shí)間與的關(guān)系式;的關(guān)系式。【解析】【分析】【詳解】(1)根據(jù)幾何關(guān)系可知 CD間的高度差Hcd R 1 cos53 2m從B到D點(diǎn)，由動(dòng)能定理得12 cmg L0sin53H cdmvD 02解得vD 10、2m/s對(duì)D點(diǎn)，設(shè)滑草車受到的支持力Fd,由牛頓第二定律2Vd Fd mg m R 解得Fd 3000N由牛頓第三定律得，滑草車對(duì)軌道的壓力為3000N。(2)滑草車在草地軌道 DE向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到的合外力為 F合 mg sin mg cos 由牛頓第二定律得，向上運(yùn)動(dòng)的加速度大小為F合 a g sin gcos m因此滑草車第一次在草地軌道

7、DE向上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為VDg sin g cost代入數(shù)據(jù)解得3sin cos3t(3)選取小車運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较?。?dāng) 0時(shí)，滑草車沿軌道 DE水平向右運(yùn)動(dòng)，對(duì)全程使用動(dòng)能定理可得 mg L0 sinR(1 cos ) +Wf1 =0 0代入數(shù)據(jù)解得Wf16000J故當(dāng) 0時(shí)，滑草車在斜面上克服摩擦力做的功為W克1 6000J當(dāng)030時(shí)，則g sin g cos滑草車在草地軌道 DE向上運(yùn)動(dòng)后最終會(huì)靜止在 DE軌道上，向上運(yùn)動(dòng)的距離為 2Vd x2、2(gsin gcos )摩擦力做功為聯(lián)立解得Wf2mg cos x2故當(dāng)0Wf2廠(J),3tan 130時(shí)，滑草車在斜面上克服摩擦力做的功為600

8、0W克 2 (J).3 tan 1當(dāng)3075gsingcos滑草車在草地軌道 用動(dòng)能定理可得DE向上運(yùn)動(dòng)后仍會(huì)下滑，若干次來回運(yùn)動(dòng)后最終停在D處。對(duì)全程使代入數(shù)據(jù)解得mg l_0 sinR(1 cos ) +Wf3=0 0Wf36000J故當(dāng)3075時(shí)，滑草車在斜面上克服摩擦力做的功為她 3 6000J所以，當(dāng) 0或3075時(shí)，滑草車在斜面上克服摩擦力做的功為6000J;當(dāng)6000,30時(shí)，滑草車在斜面上克服摩擦力做的功為亍(J)。3 tan 1.如圖所示，在某豎直平面內(nèi)，光滑曲面 AB與水平面BC平滑連接于B點(diǎn)，BC右端連接 內(nèi)壁光滑、半徑r=0.2m的四分之一細(xì)圓管 CD,管口 D端正下方

9、直立一根勁度系數(shù)為 k=100N/m的輕彈簧，彈簧一端固定，另一端恰好與管口D端平齊，一個(gè)質(zhì)量為 1kg的小球放在曲面AB上，現(xiàn)從距BC的高度為h=0.6m處?kù)o止釋放小球，它與 BC間的動(dòng)摩擦因數(shù) 斤0.5,小球進(jìn)入管口 C端時(shí)，它對(duì)上管壁有 FN=2.5mg的相互作用力，通過 CD后，在壓縮 彈簧過程中滑塊速度最大時(shí)彈簧彈性勢(shì)能Ep=0.5J。取重力加速度g=10m/s2。求：(1)小球在C處受到的向心力大??；(2)在壓縮彈簧過程中小球的最大動(dòng)能Ekm；(3)小球最終停止的位置?！敬鸢浮?1)35N; (2)6J; (3)距離B 0.2m或距離 C端0.3m【解析】【詳解】(1)小球進(jìn)入管口

10、 C端時(shí)它與圓管上管壁有大小為F2.5mg的相互作用力故小球受到的向心力為F 向 2.5mg mg 3.5mg 3.5 1 10 35N(2)在C點(diǎn)，由2LVcF向=一 r代入數(shù)據(jù)得12一 mvc 3.5J2在壓縮彈簧過程中，速度最大時(shí)，合力為零，設(shè)此時(shí)滑塊離則有D端的距離為xo解得x mg x0 k設(shè)最大速度位置為零勢(shì)能面，由機(jī)械能守恒定律有mg0.1mmg(r x) mv；EkmEp1 e 2 匚Ekm mg(r x) mvc Ep3.5 0.5 6J(3)滑塊從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)過程，由動(dòng)能定理得mg 3rmgs mvc解得BC間距離s 0.5m小球與彈簧作用后返回 C處動(dòng)能不變，小滑塊的動(dòng)

11、能最終消耗在與BC水平面相互作用的過程中，設(shè)物塊在 BC上的運(yùn)動(dòng)路程為s ,由動(dòng)能定理有12mgs mvc解得s 0.7m故最終小滑動(dòng)距離 B為0.7 0.5m 0.2m處停下.【點(diǎn)睛】經(jīng)典力學(xué)問題一般先分析物理過程，然后對(duì)物體進(jìn)行受力分析，求得合外力及運(yùn)動(dòng)過程做功情況，然后根據(jù)牛頓定律、動(dòng)能定理及幾何關(guān)系求解。5.如圖所示，一根輕彈簧左端固定于豎直墻上，右端被質(zhì)量m 1kg可視為質(zhì)點(diǎn)的小物塊壓縮而處于靜止?fàn)顟B(tài)，且彈簧與物塊不栓接，彈簧原長(zhǎng)小于光滑平臺(tái)的長(zhǎng)度.在平臺(tái)的右端有一傳送帶，AB長(zhǎng)L 5m,物塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)i 0.2 ,與傳送帶相鄰的粗糙水平面BC長(zhǎng)s=1.5m,它與物塊間的

12、動(dòng)摩擦因數(shù)2 0.3 ,在C點(diǎn)右側(cè)有一半徑為R的光滑豎直圓弧與 BC平滑連接，圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角為120，在圓弧的最高點(diǎn) F處有一固定擋板，物塊撞上擋板后會(huì)以原速率反彈回來.若傳送帶以v 5m/s的速率順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，不考慮物塊滑上和滑下傳送帶的機(jī)械能損失.當(dāng)彈簧儲(chǔ)存的 Ep 18J能量全部 釋放時(shí)，小物塊恰能滑到與圓心等高的E點(diǎn)，取g 10m/s2.(1)求右側(cè)圓弧的軌道半徑為 R;(2)求小物塊最終停下時(shí)與 C點(diǎn)的距離；(3)若傳送帶的速度大小可調(diào)，欲使小物塊與擋板只碰一次，且碰后不脫離軌道，求傳 送帶速度的可調(diào)節(jié)范圍.【答案】(1) R 0.8m; (2) x【解析】；m； (3) i/37m

13、 / s v V43m / s(1)物塊被彈簧彈出，由Ep1 一 22 mv0,可知:V0 6m/s因?yàn)閂0 V ,故物塊滑上傳送帶后先減速物塊與傳送帶相對(duì)滑動(dòng)過程中，1 ,2 由1mg ma，v V0 a1t1，X1 丫。七刀也得到：a1 2m / s2, t1 0.5s, X1 2.75m因?yàn)閄1 L,故物塊與傳送帶同速后相對(duì)靜止，最后物塊以5m/s的速度滑上水平面 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark142 o Current Document 12bc,物塊滑離傳送帶后恰到 E點(diǎn)，由動(dòng)能定理可知：2 mv2mgs mgR代入數(shù)據(jù)整理可以得到：R 0.8m

14、.1212(2)設(shè)物塊從E點(diǎn)返回至B點(diǎn)的速度為vB ,由3 my mvB2mg 2s得到vB bm/s,因?yàn)関b 0,故物塊會(huì)再次滑上傳送帶，物塊在恒定摩擦力的作用 下先減速至0再反向加速，由運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性可知其以相同的速率離開傳送帶，設(shè)最終停在 HYPERLINK l bookmark120 o Current Document 21距C點(diǎn)x處，由一 mvB2mg s x ,得到：x - m . HYPERLINK l bookmark122 o Current Document 3(3)設(shè)傳送帶速度為vi時(shí)物塊能恰到f點(diǎn)，在F點(diǎn)滿足mgsin30o1212從B到F過程中由動(dòng)能te理可知：一m

15、M mvF 2mgs mg R Rsin3022E點(diǎn),解得： ,一設(shè)傳送帶速度為V2時(shí)，物塊撞擋板后返回能再次上滑恰到,12由：2%2mg 3s mgR解得：v2, 43m/ s若物塊在傳送帶上一直加速運(yùn)動(dòng)，由12/VBm122 mV01mgL知其到b點(diǎn)的最大速度 vBm J56m/s綜合上述分析可知，只要傳送帶速度J37m / s v J43m / s就滿足條件本題主要考查了牛頓第二定律、動(dòng)能定理、圓周運(yùn)動(dòng)向心力公式的直接應(yīng)用，此題難度較 大，牽涉的運(yùn)動(dòng)模型較多，物體情境復(fù)雜，關(guān)鍵是按照運(yùn)動(dòng)的過程逐步分析求解.如圖所示，在豎直平面內(nèi)的光滑固定軌道由四分之一圓弧AB和二分之一圓弧BC組成，兩者

16、在最低點(diǎn) B平滑連接.過BC圓弧的圓心O有厚度不計(jì)的水平擋板和豎直擋板各 一塊，擋板與圓弧軌道之間有寬度很小的縫隙.AB弧的半徑為2R, BC弧的半徑為R一直徑略小于縫寬的小球在 A點(diǎn)正上方與A相距 交處由靜止開始自由下落，經(jīng) A點(diǎn)沿圓弧軌3道運(yùn)動(dòng).不考慮小球撞到擋板以后的反彈.(1)通過計(jì)算判斷小球能否沿軌道運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn).(2)若小球能到達(dá) C點(diǎn)，求小球在B、C兩點(diǎn)的動(dòng)能之比；若小球不能到達(dá)C點(diǎn)，請(qǐng)求出小球至少?gòu)木郃點(diǎn)多高處由靜止開始自由下落才能夠到達(dá)C點(diǎn).(3)使小球從A點(diǎn)正上方不同高度處自由落下進(jìn)入軌道，小球在水平擋板上的落點(diǎn)到O點(diǎn)的距離x會(huì)隨小球開始下落時(shí)離 A點(diǎn)的高度h而變化，請(qǐng)?jiān)趫D中

17、畫出 x2-h圖象.(寫出計(jì)算 過程)過程見解析【答案】(1) 1mg (2) 4 ： 1a-【解析】【詳解】(1)若小球能沿軌道運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，小球在C點(diǎn)所受軌道的正壓力 N應(yīng)滿足N0設(shè)小球的質(zhì)量為m,在小球由開始下落至運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)的速度大小為vc,由牛頓運(yùn)動(dòng)定律和向心加速度公式有2mvcN + mg =Rc點(diǎn)過程中，機(jī)械能守恒，有由兩式可知1N= - mg小球可以沿軌道運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn).(2)小球在C點(diǎn)的動(dòng)能為Ekc,由機(jī)械能守恒得2mgREkc3設(shè)小球在B點(diǎn)的動(dòng)能為EkB,同理有EkB=8mgR3Rb : Ekc= 4 ： 1 .(3)小球自由落下，經(jīng)ABC圓弧軌道到達(dá) C點(diǎn)后做平拋運(yùn)動(dòng)。由動(dòng)能定理

18、得:mgh 1mvc2由平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律得:12R gt2x=vct解得:x 2 Rh因?yàn)閤打r ,且vc jgR所以3Rh 4x2-h圖象如圖所示:.如圖所示，傾角為30。的光滑斜面的下端有一水平傳送帶，傳送帶正以6m/s的速度運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向如圖所示.一個(gè)質(zhì)量為2kg的物體(物體可以視為質(zhì)點(diǎn))，從 h=3.2m高處由靜止沿斜面下滑，物體經(jīng)過 A點(diǎn)時(shí)，不管是從斜面到傳送帶還是從傳送帶到斜面，都不計(jì) 其動(dòng)能損失.物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5,重力加速度g=10m/s2,求：(1)物體第一次到達(dá) A點(diǎn)時(shí)速度為多大？(2)要使物體不從傳送帶上滑落，傳送帶AB間的距離至少多大？(3)物體隨傳送帶向

19、右運(yùn)動(dòng)，最后沿斜面上滑的最大高度為多少？【答案】(1) 8m/s (2) 6.4m(3) 1.8m【解析】【分析】(1)本題中物體由光滑斜面下滑的過程，只有重力做功，根據(jù)機(jī)械能守恒求解物體到斜面 末端的速度大小；(2)當(dāng)物體滑到傳送帶最左端速度為零時(shí)，AB間的距離L最小，根據(jù)動(dòng)能定理列式求解；(3)物體在到達(dá) A點(diǎn)前速度與傳送帶相等，最后以 6m/s的速度沖上斜面時(shí)沿斜面上滑達(dá) 到的高度最大，根據(jù)動(dòng)能定理求解即可.【詳解】-*,_.- 一， 一一12(1)物體由光滑斜面下滑的過程中，只有重力做功，機(jī)械能守恒，則得：mgh -mv22解得：v 2gh .2 10 3.2 8m/s(2)當(dāng)物體滑動(dòng)到傳送帶最左端速度為零時(shí)，AB間的距離L最小，由動(dòng)能能力得：12mgL 0 - mv2解得：L 82 m 6.4m2 g 2 0.5 10(3)因?yàn)榛蟼魉蛶У乃俣仁?m/s大于傳送帶的速度6m/s,物體在到達(dá)A點(diǎn)前速度與傳送帶相等，最后以v帶 6m/s的速度沖上斜面，根據(jù)動(dòng)能定理得:mgh 0 1 mv|22得：h巴2g正 m 1.8m2 10【點(diǎn)睛】該題要認(rèn)真分析物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況，選擇恰當(dāng)?shù)倪^程，運(yùn)用機(jī)械能守恒和動(dòng)能定 理解題.R,9倍，之8.光滑水平面AB與一光滑半圓形