最新高考物理动能定理的综合应用题20套(带答案)

1、最新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.为了研究过山车的原理，某物理小组提出了下列设想：取一个与水平方向夹角为9=60°、长为L二2j3 m的倾斜轨道 AB,通过微小圆弧与长为L2二连，然后在C处设计一个竖直完整的光滑圆轨道，出口为水平轨道上叵m的水平轨道BC相2D处，如图所示.现将一个小球从距 A点高为h=0.9m的水平台面上以一定的初速度Vo水平弹出，到 A点时小球的速度方向恰沿 AB方向，并沿倾斜轨道滑下.已知小球与AB和BC间的动摩擦因数均为 = Y3 , g 取 10m/s2.3i-：(1)(2)(3)Jr c I）求

2、小球初速度vo的大小；求小球滑过C点时的速率vc；要使小球不离开轨道，则竖直圆弧轨道的半径R应该满足什么条件?【答案】(1) 76 m/s (2) 3>/6 m/s (3) 0<R< 1.08m【解析】试题分析：（代入数据解得:1）小球开始时做平抛运动：Vy2=2ghvy .河=2 10 0.9= 3,2m/sA 点：tan60VyVx得:VxVoU= 3Bm/ s= 76 m/ s tan60 ,3(2)从水平抛出到 C点的过程中，由动能定理得:mghL1sinmgLQosmgL2= - mvC22 mv；代入数据解得：Vc=3J6m / s(3)小球刚刚过最高点时，重力提

3、供向心力，则:mv2 mg="RT1 2一 mv22mvC=2mgR12代入数据解得Ri=1 . 08 m当小球刚能到达与圆心等高时1mvC=mgR2 2代入数据解得R2=2 , 7 m当圆轨道与AB相切时R3=BC?tan 60.=5 m即圆轨道的半径不能超过 1.5 m综上所述，要使小球不离开轨道，R应该满足的条件是 0V RW1 08 m.考点：平抛运动；动能定理2 . 一个平板小车置于光滑水平面上，其右端恰好和一个光滑圆弧轨道AB的底端等高对4接，如图所示.已知小车质量M=3. 0kg,长L=2. 06m,圆弧轨道半径 R=0. 8m.现将一质量m=1. 0kg的小滑块，由轨

4、道顶端 A点无初速释放，滑块滑到B端后冲上小车.滑块与小车上表面间的动摩擦因数必二0一3.（取g=10m/s2）试求：(1)(2)滑块到达B端时，轨道对它支持力的大小;小车运动1. 5s时，车右端距轨道B端的距离;(3)滑块与车面间由于摩擦而产生的内能.【答案】（1） 30 N （2）【解析】1 m (3) 6 J（1）滑块从A端下滑到B端，由动能定理得在B点由牛顿第二定律得 解得轨道对滑块的支持力一置唱( 2 分)五Fg n 3mg = 30 n (1 分)（2）滑块滑上小车后，由牛顿第二定律对滑块：一陶勺，得口1 = -3 m/s2 （1分）对小车： 刖豆='& ,得出 =

5、 1 m/s2 （1分）设经时间t后两者达到共同速度，则有 飞斗可2二三F （1分）解得=1 s （1分）由于f = ls<1. 5s,故1s后小车和滑块一起匀速运动，速度 v="1" m/s （1分）13因此，1. 5s时小车右端距轨道 B端的距离为工二三口工厂+v（L5-D = lm （1分）一，一，.+ v v .八（3）滑块相对小车滑动的距离为 Ai =f-r = 2 m （2分） 所以产生的内能Q=.S*F*=6j（1分）3 .在某电视台举办的冲关游戏中，AB是处于竖直平面内的光滑圆弧轨道，半径R=1.6m, BC是长度为L1=3m的水平传送带，CD是长度为

6、L2=3.6m水平粗糙轨道，AB、CD轨道与传送带平滑连接，参赛者抱紧滑板从A处由静止下滑，参赛者和滑板可视为质点，参赛者质量m=60kg,滑板质量可忽略.已知滑板与传送带、水平轨道的动摩擦因数分别为3=0.4、g=0.5, g 取 10m/s2 求：(1)参赛者运动到圆弧轨道 B处对轨道的压力；(2)若参赛者恰好能运动至 D点，求传送带运转速率及方向；(3)在第(2)问中，传送带由于传送参赛者多消耗的电能.720J【答案】(1) 1200N,方向竖直向下 (2)顺时针运转，v=6m/s (3) 【解析】(1)对参赛者：A到B过程，由动能定理1 2mgR(1 cos60 ) = mvB2解得V

7、b=4Ms 在B处，由牛顿第二定律2VbNB mg= m R解得 NB= 2mg= 1 200 N根据牛顿第三定律：参赛者对轨道的压力N' B= Nb= 1 200 N,方向竖直向下.(2) C到D过程，由动能定理1 2一2mgL2= 0mvC2解得vc= 6M sB到C过程，由牛顿第二定律邛mg= ma解得 a= 4m/s2(2 分)vC vB参赛者加速至 vc历时t =0.5 sa位移 Xi = - t = 2.5 n<L12参赛者从B到c先匀加速后匀速，传送带顺时针运转，速率v=6ms.0.5 s内传送带位移 X2=vt =3m参赛者与传送带的相对位移 x=X2X1= 0.

8、5 m传送带由于传送参赛者多消耗的电能1212E=1mgA xdmvc mvB =720J.224.某人欲将质量m 50kg的货箱推上高h 1.0m的卡车，他使用的是一个长 L 5.0m 的斜面(斜面与水平面在 A处平滑连接)。假设货箱与水平面和斜面的动摩擦因数均为0.30。(说明把货箱做质点处理，当 sin 0.2时，cos0.98)(1)如果把货箱静止放在这个斜面上，则货箱受到的摩擦力多大？(2)如果用平行于斜面的力在斜面上把货箱匀速向上推，所需的推力是多大？2(3)如果把货箱放在水平面上的某处，用水平力推力Fo 4.0 102N推它并在A处撤去此力，为使货箱能到达斜面顶端，需从距A点至少

9、多远的地方推动货箱？【答案】(1)100N; (2)247N; (3)4.94m【解析】【分析】【详解】(1)如果把货箱静止放在这个斜面上，则货箱受到的摩擦力为静摩擦力，大小为f mg sin 50 10 0.2N=100N(2)如果用平行于斜面的力在斜面上把货箱匀速向上推，所需的推力为F mg cos mg sin 247N(3)设需从距A点x远的地方推动货箱，则由动能定理F0xmgx mg cos L mgh 0解得x=4.94m5.质量为m=2kg的小玩具汽车，在 t = 0时刻速度为vo=2m/s ,随后以额定功率 P=8W沿 平直公路继续前进，经 t=4s达到最大速度。该小汽车所受恒

10、定阻力是其重力的0.1倍，重力加速度g=10m/s2。求：(1)小汽车的最大速度 vm；(2)汽车在4s内运动的路程s。【答案】(1)4 m/s, (2)10m。【解析】【详解】(1)当达到最大速度时，阻力等于牵引力：P FVmfVmf 0.1mg解得：Vm 4m/s；(2)从开始到t时刻根据动能定理得:Pt fs1212mvmmv022解得：s 10m。6.如图所示，一质量为 m的滑块从高为h的光滑圆弧形槽的顶端 A处无初速度地滑下,槽的底端B与水平传送带相接，传送带的运行速度恒为V0,两轮轴心间距为 L,滑块滑到传送带上后做匀加速运动，滑到传送带右端C时，恰好加速到与传送带的速度相同，求：

11、(2)(3)【答案】(1) 72gh (2)2 m V .2gh试题分析：(1)滑块在由12A至1JB的过程中，由动能te理得：mgh= mvB 0 ,2解得：B= 2gh；(2)滑块在由B到C的过程中，由动能定理得：mgL=02-邕丘力/口V 2gh解得，=-0；2gL产生的热量：Q= mg", L相对20 B (=-2 g0;须)2 (或2 g滑块与传送带间的动摩擦因数叵此过程中，由于克服摩擦力做功而产生的热量Q.(0.'2gh)2v2 2gh解得，Q= -m( 0 V2gh)2 ；2考点：动能定理P是一个微粒源，能持续【名师点睛】本题考查了求物体速度、动摩擦因数、产生的

12、热量等问题，分析清楚运动过 程，熟练应用动能定理即可正确解题.7.在真空环境内探测微粒在重力场中能量的简化装置如图所示,h的探测屏AB竖直放置，离 P点的水水平向右发射质量相同、初速度不同的微粒.高度为 平距离为L,上端A与P点的高度差也为h.(1)若微粒打在探测屏 AB的中点，求微粒在空中飞行的时间；(2)求能被屏探测到的微粒的初速度范围；(3)若打在探测屏 A B两点的微粒的动能相等，求L与h的关系.【答案】(1)【解析】【分析】【详解】(1)若微粒打在探测屏 AB的中点，则有：3h = 1gt2, 2 2解得：t(2)设打在B点的微粒的初速度为 V1,则有：L=Viti, 2h=-gti

13、2同理，打在A点的微粒初速度为：v2 lJ: 2h所以微粒的初速度范围为：lJ& wvlJa4h 12h(3)打在A和B两点的动能一样，则有： mv22+mgh= mvi2+2mgh 22联立解得：L=2.2 h8 .如图，与水平面夹角=37°的斜面和半径 R=1.0m的光滑圆轨道相切于 B点，且固定于竖直平面内。质量 m=0.5kg的滑块从斜面上的 A点由静止释放，经 B点后沿圆轨道运动，通过最高点C时轨道对滑块的弹力为滑块重力的5.4倍。已知A、B两点间的高度差h=6.0m。(g=10m/s2, sin37 =0.6, cos37=0.8)求：(1)滑块在C点的速度大小V

14、c；(2)滑块在B点的速度大小Vb；(3)滑块在A、B两点间克服摩擦力做功Wfo【详解】C点，由牛顿第二定律:mg Fc2VC m R其中Fc 5.4mg解得vc=8m/s(2)从B到C由机械能守恒：1 mvB = 1 mvC mgR(1 cos37o)解得vB=10m/s(3)从A到B由动能定理：12mgh WfmvB2解得Wf=5J9 .如图所示，一倾角 。=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u)=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

15、面上的 D点，已知斜面长度 L1=8m,传送带长度L2=18m,物块与传送带之间的 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. It【答案】(1) ! O(2) 4s；(3) 4.8m .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

16、方向自由落体运动,解：(1)从A到B由动能定理可知 皿吕匚1员口37,-日唱工/。537口 =0- -ikivq、r7代入数据解得二丁1 O(4) 物块在传送带上由牛顿第二定律：Hmg=ma2a= I ,二 广达到传送带速度所需时间为 t=二:二二飞a 3加速前进位移为二弓乂3父Z 蚌6口 v18m滑块在传送带上再匀速运动匀速运动时间为- x 1 18 - 6- rt S-2 Sv o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=V2ghtan Ct =-联立解得h=3.2m仃 Vy J2X10X3.2下洛所需时间为,g 10水平位移为 xcD=vt

17、 " =6 x 0.8s=4.8m答：(1)求物块与斜而之间的动摩擦因数认为二O(2)求物块在传送带上运动时间为4s；3.2m 和 C、D 两(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.如图所示，处于原长的轻质弹簧放在固定的光滑水平导轨上，左端固定在竖直的墙上，右端与质量为 mB=2kg的滑块B接触但不连接，此时滑块 B刚好位于。点.光滑的水 平导轨右端与水平传送

18、带理想连接，传送带长度L=2.5m,皮带轮沿顺时针方向转动，带动皮带以恒定速率 v=4.0m/s匀速传动.现用水平向左的推力将滑块B缓慢推到M点（弹簧仍在弹性限度内），当撤去推力后，滑块B沿轨道向右运动，滑块 B脱离弹簧后以速度vB=2.0m/s向右运动，滑上传送带后并从传送带右端Q点滑出落至地面上的 P点.已知滑块B与传送带之间的动摩擦因数科=0.10水平导轨距地面的竖直高度h=1.8m ,重力加速度g 取 10m/s2.求：（1）水平向左的推力对滑块 B所做的功W;（2）滑块B从传送带右端滑出时的速度大小；（3）滑块B落至P点距传送带右端的水平距离.【答案】（1） 4J （2） 3m/s

19、（3） 1.8m【解析】试题分析：（1）设滑块B脱离弹簧时推力对 B所做的功为 W,根据动能定理，有：12W - mBVB 4J （2 分） 2（2）滑块B滑上传送带后做匀加速运动，设滑块B从滑上传送带到速度达到传送带的速度v所用的时间为t,加速度大小为a,在时间t内滑块B的位移为x,根据牛顿第二定律和运动学公式得：mg ma （1分）v Vb at （1 分）,1 , 2x vBt -at （1 分） 2解得：x 6m L （1分）即滑块B在传送带上一直做匀加速运动，设滑出时的速度为v.22由 v vB 2aL解得：v 3m/s （1分）（3）由平抛运动的规律，则有：,1.2h -gt （1

20、 分）2x vt （1 分）解得：x 1.8m (1分)考点：本题考查了平抛运动、动能定理和匀变速运动规律的应用.11 .两个对称的与水平面成 60°角的粗糙斜轨与一个半径 R= 2m,张角为120°的光滑圆弧 轨道平滑相连.一个小物块从h=3m高处开始，从静止开始沿斜面向下运动.物体与斜轨接触面间的动摩擦因数为尸0.2, g取10m/s2.(1)请你分析一下物块将怎样运动？(2)计算物块在斜轨上通过的总路程.【答案】(1)物块最后在圆弧左右两端点间来回往返运动，且在端点的速度为0; (2)20m【解析】【详解】解：(1)物块最后在圆弧左右两端点间来回往返运动，且在端点的速

21、度为0;(2)物块由释放到最后振动过程到圆弧的左端点或右端点过程，根据动能定理：mg h R 1 cos60 mgcos60 s 0代入数据解得物块在斜轨上通过的总路程：s 20m12 .甲图是我国自主研制的 200mm离子电推进系统，已经通过我国 实践九号"卫星空间飞行试验验证，有望在 2015年全面应用于我国航天器.离子电推进系统的核心部件为离子 推进器，它采用喷出带电离子的方式实现飞船的姿态和轨道的调整，具有大幅减少推进剂 燃料消耗、操控更灵活、定位更精准等优势.离子推进器的工作原理如图乙所示，推进剂 氤原子P喷注入腔室C后，被电子枪 G射出的电子碰撞而电离，成为带正电的氤离子.氤 离子从腔室C中飘移过栅电极 A的速度大小可忽略不计，在栅电极A、B之间的电场中加速，并从栅电极 B喷出.在加速氤离子的过程中飞船获得推力.已知栅电极A、B之间的电压为U,氤离子的质量为 m、