高考物理动能定理的综合应用题20套(带答案)

1、高考物理动能定理的综合应用题 20套(带答案)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，半径为 R= 1 m,内径很小的粗糙半圆管竖直放置，一直径略小于半圆管内径、质量为m = 1 kg的小球，在水平恒力F=250N的作用下由静止沿光滑水平面从A点17运动到B点，A、B间的距离x= "m,5当小球运动到 B点时撤去外力F,小球经半圆管道运动到最高点C,此时球对外轨的压力FN=2.6mg,然后垂直打在倾角为0= 45°的斜面上(g= 10 m/s 2).求：(1)小球在B点时的速度的大小;(2)小球在C点时的速度的大小；(3)小球由B到C的过程中克服摩擦力做的功

2、；(4)D点距地面的高度.【答案】(1)10 m/s (2)6 m/s (3)12 J (4)0.2 m【解析】【分析】对AB段，运用动能定理求小球在B点的速度的大小；小球在 C点时，由重力和轨道对球的压力的合力提供向心力，由牛顿第二定律求小球在C点的速度的大小；小球由 B到C的过程，运用动能定理求克服摩擦力做的功；小球离开 C点后做平抛运动，由平抛运动的规 律和几何知识结合求 D点距地面的高度.【详解】12小球从A到B过程，由动能定理得：Fx -mvB2解得：vb = 10 m/s2(2)在C点，由牛顿第二定律得 mg+ Fn= m R又据题有：Fn= 2.6mg解得：vc= 6 m/s.1

3、 一 21 一 2(3)由B到C的过程，由动能定理得：一mg 2R- Wf= 2 mx2 m解得克服摩擦力做的功：Wf=12 J(4)设小球从C点到打在斜面上经历的时间为t, D点距地面的高度为h,则在竖直方向上有：2R h= - gt2由小球垂直打在斜面上可知gt=tan 45联立解得：h=0.2 m【点睛】本题关键是对小球在最高点处时受力分析，然后根据向心力公式和牛顿第二定律求出平抛 的初速度，最后根据平抛运动的分位移公式列式求解2.如图所示，倾角为37。的粗糙斜面AB底端与半径R=0.4 m的光滑半圆轨道 BC平滑相连，0 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

4、量 m=1 kg的滑块从A点由静止开始下滑，恰能滑到与。点等高的D点,g取10 m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8 ,求：(1)求滑块与斜面间的动摩擦因数科；(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4 m/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) 2j3m/s (3) 0.2s【解析】试题分析：滑块在整个运动过程中，受重力mg、接触面的弹力 N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-mgcos37 2

5、 = 00sin 37解得：尸0.375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> 02在C点时，根据牛顿第二定律有：mg + N = mvCR2R 1 o在滑块由A运动至C的过程中，根据动能定理有：一mgcos37= - mvC -sin 37212 _一 mv0 2由 式联立解得滑块从 A点沿斜面滑下时的初速度 vo需满足：V03gR = 2>/3 m/s 即V0的最小值为：V0min = 2 J3 m/s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=vt 1 2在竖直方向白位移为：y= gt2，一，、一，。2R y根据图中

6、几何关系有：tan37 =y由 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.3 .某滑沙场的示意图如图所示，某旅游者乘滑沙橇从A点由静止开始滑下，最后停在水平沙面上的C点.设滑沙橇和沙面间的动摩擦因数处处相同，斜面和水平面连接处可认为是圆滑的，滑沙者保持一定姿势坐在滑沙橇上不动，若测得AC间水平距离为x, A点高为h,求滑沙橇与沙面间的动摩擦因数科.【答案】h/x【解析】【分析】对A到C的全过程运用动能定理，抓住动能的变化量为零，结合动能定理求出滑沙橇与沙 面间的动摩擦因数及【详解】IR-mgh -tirngcasl) iinw

7、x2 Q设斜面的倾角为也对全过程运用动能定理得,+ X2-yu二一因为，则有地。也一小然二口,解得 x【点睛】本题考查了动能定理的基本运用，运用动能定理解题关键选择好研究的过程，分析过程中有哪些力做功，再结合动能定理进行求解，本题也可以结合动力学知识进行求解.4 .如图所示，小物体沿光滑弧形轨道从高为h处由静止下滑，它在水平粗糙轨道上滑行的最远距离为s,重力加速度用g表示，小物体可视为质点，求:(1)求小物体刚刚滑到弧形轨道底端时的速度大小V；(2)水平轨道与物体间的动摩擦因数均为比h【答案】(1)而h (2)s【解析】mgh i mv2【详解】解：(1)小物体沿弧形轨道下滑的过程，根据机械能

8、守恒定律可得:解得小物体刚滑到弧形轨道底端时的速度大小:v 2gh(2)对小物体从开始下滑直到最终停下的过程，根据动能定理则有:mgh mgs 0解得水平轨道与物体间的动摩擦因数:5.如图所示，在粗糙水平面上有一质量为M、高为h的斜面体，斜面体的左侧有一固定障碍物Q,斜面体的左端与障碍物的距离为d.将一质量为m的小物块置于斜面体的顶端，小物块恰好能在斜面体上与斜面体一起保持静止；现给斜面体施加一个水平向左的推力，使斜面体和小物块一起向左匀加速运动，当斜面体到达障碍物与其碰撞后，斜面体立即停止运动，小物 块水平抛出，最后落在障碍物的左侧P处(图中未画出，已知斜面体与地面间的动摩擦因数为中，斜面倾

9、角为。，重力加速度为g,滑动摩擦力等于最大静摩擦力，求：(1)小物块与斜面间的动摩擦因数科2；(2)要使物块在地面上的落点P距障碍物Q最远，水平推力F为多大;(3)小物块在地面上的落点P距障碍物Q的最远距离.【答案】一、 1-Mm gsin 一(1) 2 tan (2) F i M mg (3)cos tan sin2 2hdsinh' cos tan sin tan【解析】【分析】对m受力分析，由共点力平衡条件可以求出动摩擦因数；以 m为研究对象，求出最大加速度，以系统为研究对象，由牛顿第二定律求出最大推力；对系统由动能定理求出最大速度，然后由平抛运动规律求出最大水平位移.【详解】对

10、m由平衡条件得： mgsin & mgcos 0=0解得：=tan 0 (2)对m设其最大加速度为 am,由牛顿第二定律得 水平方向： Nsin卅wNcos =mam竖直方向：Ncos 0- M2Nsin -mg=02g sin解得：a cos tan sin对M、m整体由牛顿第二定律得：F-岗(M+m)g=(M+m)am解得：Fcostan sin2 M m g sin1 2对M、m整体由动能定理得：Fd 1Mm gd M m v 2解得：v-diin-,cos tan sin对m由平抛运动规律得：水平方向：xp vtp tan一、-12竖直方向：h gt2,.一2h：sin一,co

11、s tan sinhtan本题主要考查了应用平衡条件、牛顿第二定律、动能定理、平抛运动规律即可正确解题.6.如图所示，光滑斜面 AB的倾角0=53°, BC为水平面，BC的长度Ibc=1.10 m, CD为光滑,1 -的一圆弧，半径R=0.60 m . 一个质重m=2.0 kg的物体，从斜面上 A点由静止开始下滑，物4体与水平面BC间的动摩擦因数 月0.20.轨道在B, C两点光滑连接.当物体到达 D点时， 继续竖直向上运动，最高点距离 D点的高度 h=0.20 m , sin 53 = 0.8, cos 53 =0.6.g取10 m/s2 求：(1)物体运动到C点时速度大小vc(2

12、)A点距离水平面的高度 H物体最终停止的位置到 C点的距离s.【答案】(1)4 m/s (2)1.02 m (3)0.4 m【解析】【详解】12(1)物体由C点到最局点，根据机械能守恒得：mg R h- mvc2代入数据解得：Vc 4m/s12人(2)物体由A点到C点，根据动能定理得：mgHmg%c - mvc 02代入数据解得：H 1.02m(3)从物体开始下滑到停下，根据能量守恒得:mgx mgH代入数据，解得：x 5.1m由于 x 41bc 0.7 m所以，物体最终停止的位置到C点的距离为：s 0.4m.【点睛】本题综合考查功能关系、动能定理等；在处理该类问题时，要注意认真分析能量关系，

13、正 确选择物理规律求解.7.如图所示，ABC是一条长L=10m的绝缘水平轨道，固定在离水平地面高h=1.25m处，A、C为端点，B为中点，轨道BC处在方向竖直向上，大小E=5X 15N/C的匀强电场中，一质量m=0.5kg,电荷量q=+1.0x10iC的可视为质点的滑块以初速度vo=6m/s在轨道上自A点开始向右运动，经 B点进入电场，从 C点离开电场，已知滑块与轨道间动摩擦因数=0.2, g 取 10m/s2。求：滑块(1)到达B点时的速度大小；(2)从B点运动到C点所用的时间；(3)落地点距C点的水平距离。1L t - vB(3)滑块在C点的速度vc =4m/s；滑块从C点做平抛运动，则平

14、抛运动时间【答案】(1) 4m/s (2) 1.25s (3) 2m【解析】【详解】(1)滑块从A到B的运动过程只受重力、支持力、摩擦力作用，只有摩擦力做功，故由 动能定理可得：mgLmvB2 1mv02222所以滑块到达B点时的速度大小vB= v02gL=4m/s(2)滑块从B运动到C的过程受合外力F=科(mg-qE) =0;故滑块从B到C做匀速运动；设从 B点运动到C点所用的时间为t,则有:5-s 1.25s42h ,=0.5s故落地点距C点的水平距离x=vct' =2m ；8 .如图所示，在水平路段 AB上有一质量为2kg的玩具汽车，正以10m/s的速度向右匀速 运动，玩具汽车前

15、方的水平路段AB、BC所受阻力不同，玩具汽车通过整个ABC路段的v-t图象如图所示(在t=15s处水平虚线与曲线相切)，运动过程中玩具汽车电机的输出功率.(解题时将玩具保持20W不变，假设玩具汽车在两个路段上受到的阻力分别有恒定的大小 汽车看成质点)10010(i)求汽车在AB路段上运动时所受的阻力fi；(2)求汽车刚好开过B点时的加速度a求BC路段的长度.【答案】(i) fi = 5N (2) a= i.5 m/s2x=58m 【解析】【分析】根据“汽车电机的输出功率保持20W不变”可知，本题考查机车的启动问题，根据图象知汽车在 AB段匀速直线运动，牵引力等于阻力，而牵引力大小可由瞬时功率表

16、达式 求出；由图知，汽车到达B位置将做减速运动，瞬时牵引力大小不变，但阻力大小未知，考虑在t=i5s处水平虚线与曲线相切，则汽车又瞬间做匀速直线运动，牵引力的大小与BC段阻力再次相等，有瞬时功率表达式求得此时的牵引力数值即为阻力数值，由牛顿第二定 律可得汽车刚好到达 B点时的加速度；BC段汽车做变加速运动，但功率保持不变，需由动 能定理求得位移大小.【详解】(1)汽车在AB路段时，有Fi = fiP= Fivi联立解得：fi = 5N (2)t=i5 s时汽车处于平衡态，有 F2=f2P= F2v2联立解得：f2=2Nt= 5s时汽车开始加速运动，有Fi - f2 = ma解得 a= i.5m

17、/s21 1 I对于汽车在BC段运动，由动能定理得：Pt - /好=- /彳解得：x=58m【点睛】抓住汽车保持功率不变这一条件，利用瞬时功率表达式求解牵引力，同时注意隐含条件汽 车匀速运动时牵引力等于阻力；对于变力做功，汽车非匀变速运动的情况，只能从能量的 角度求解.9 .如图所示，一倾角 。二37的斜面底端与一传送带左端相连于B点，传送带以v=6m/s的速度顺时针转动，有一小物块从斜面顶端点以w=4m/s的初速度沿斜面下滑，当物块滑到斜面的底端点时速度恰好为零，然后在传送带的带动下，从传送带右端的C点水平抛出，最后落到地面上的 D点，已知斜面长度 Li=8m,传送带长度L2=18m,物块与

18、传送带之间的 动摩擦因数 M2=0.3, (sin37=°0.6, cos37 =0.8, g=10m/s2).(1)求物块与斜而之间的动摩擦因数U；(2)求物块在传送带上运动时间；(3)若物块在D点的速度方向与地面夹角为a=53 ；求C点到地面的高度和 C、D两点间的水平距离.|7【答案】(1)出 O(2) 4s；(3) 4.8m .【解析】试题分析：(1)从A到B由动能定理即可求得摩擦因数(2)由牛顿第二定律求的在传送带上的加速度，判断出在传送带上的运动过程，由运动学公式即可求的时间；(3)物体做平抛运动，在竖直方向自由落体运动，解：(1)从A到B由动能定理可知mgL/口37&q

19、uot; - |1 jmgLjCosST0 二。-1鬲代入数据解得二丁(2)物块在传送带上由牛顿第二定律：图mg二ma达到传送带速度所需时间为t=-.- 5a 3 19 L _ ?加速前进位移为 冥=专><3>< 2加6口 v18m滑块在传送带上再匀速运动匀速运动时间为/上二!二”二士产v 6故经历总时间为t总工+t ' =4s(3)设高度为h,则竖直方向获得速度为 vy=>/2ghtanQ =- v联立解得h=3.2m下落所需时间为'". ''一210水平位移为 xcD=vt " =6 x 0.8s=4.8m答

20、：(1)求物块与斜而之间的动摩擦因数社为工O(2)求物块在传送带上运动时间为4s；(3)若物块在D点的速度方向与地面夹角为a=53。，C点到地面的高度为 3.2m和C、D两点间的水平距离为 4.8m .【点评】本题主要考查了动能定理、平抛运动的基本规律，运动学基本公式的应用，要注 意传动带顺时针转动时，要分析物体的运动情况，再根据运动学基本公式求解.10.质量为2kg的物体，在竖直平面内高h = 1m的光滑弧形轨道 A点，以v=4m/s的初速度沿轨道滑下，并进入 BC轨道，如图所示。已知BC段的动摩擦系数0.4。(g取10m/s2)求：(1)物体滑至B点时的速度；(2)物体最后停止在离 B点多

21、远的位置上。【答案】(1) 6m/s ； ( 2) 4.5m【解析】【详解】(1)由A到B段由动能定理得：mgh : mvB2122 mV。Vb .；2gh v02 6m/s ；(2)由B到C段由动能定理得：mgx 0 1mvB2所以:2vBx 4.5m。2 g11 .某学校探究性学习小组对一辆自制小遥控车的性能进行研究.他们让这辆小车在水平 的地面上由静止开始运动，并将小车运动的全过程记录下来，通过数据处理得到如图所示的vt图象，已知小车在 02 s内做匀加速直线运动，210 s内小车牵引力的功率保持 不变，在10 s末停止遥控让小车自由滑行，小车质量 m = 1 kg,整个过程中小车受到的阻力大小不变.