【物理】物理动能定理的综合应用练习题及答案及解析

【物理】物理动能定理的综合应用练习题及答案及解析一、高中物理精讲专题测试动能定理的综合应用1．如图所示，一条带有竖直圆轨道的长轨道水平固定，底端分别与两侧的直轨道相切，半径R =0.5m 。

物块A 以v 0=10m/s 的速度滑入圆轨道，滑过最高点N ，再沿圆轨道滑出，P 点左侧轨道光滑，右侧轨道与物块间的动摩擦因数都为μ=0.4，A 的质量为m =1kg （A 可视为质点） ，求：(1)物块经过N 点时的速度大小； (2)物块经过N 点时对竖直轨道的作用力； (3)物块最终停止的位置。

【答案】(1)5m/s v =；(2)150N ，作用力方向竖直向上；(3)12.5m x = 【解析】 【分析】 【详解】(1)物块A 从出发至N 点过程，机械能守恒，有22011222mv mg R mv =⋅+ 得20445m /s v v gR =-=(2)假设物块在N 点受到的弹力方向竖直向下为F N ，由牛顿第二定律有2N v mg F m R+=得物块A 受到的弹力为2N 150N v F m mg R=-=由牛顿第三定律可得，物块对轨道的作用力为N N 150N F F '==作用力方向竖直向上(3)物块A 经竖直圆轨道后滑上水平轨道，在粗糙路段有摩擦力做负功，动能损失，由动能定理，有20102mgx mv μ-=-得12.5m x =2．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）2；（3）521J 【解析】 【分析】 【详解】（1）运动员和自行车整体的向心力F n =2(m)M v R+解得F n =700N（2）自行车所受支持力为()cos45NM m g F +=︒解得F N 2N根据牛顿第三定律可知F 压=F N 2N（3）从出发点到进入内侧赛道运用动能定理可得W F -W f 克+mgh =212mvW F =2FL h =1cos 452d o =1.9m W f 克=521J3．某人欲将质量50kg m =的货箱推上高 1.0m h =的卡车，他使用的是一个长 5.0m L =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0.30μ=。

（说明把货箱做质点处理，当sin 0.2θ=时，cos 0.98θ=）(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？(3)如果把货箱放在水平面上的某处，用水平力推力20 4.010N F =⨯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sin 50100.2N=100N f mg θ==⨯⨯(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cos sin 247N F mg mg μθθ=+=(3)设需从距A 点x 远的地方推动货箱，则由动能定理0cos 0F x mgx mg L mgh μμθ--⋅-=解得x =4.94m4．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μ。

【答案】（1）2gh （2）h s【解析】 【详解】解：(1)小物体沿弧形轨道下滑的过程，根据机械能守恒定律可得：212mgh mv = 解得小物体刚滑到弧形轨道底端时的速度大小：2v gh =(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：0mgh mgs μ-= 解得水平轨道与物体间的动摩擦因数：h sμ=5．如图所示，固定斜面的倾角α=30°，用一沿斜面向上的拉力将质量m =1kg 的物块从斜面底端由静止开始拉动，t =2s 后撤去该拉力，整个过程中物块上升的最大高度h =2.5m ，物块与斜面间的动摩擦因数μ=3.重力加速度g =10m/s 2.求：(1)拉力所做的功； (2)拉力的大小.【答案】(1)40J F W = (2)F =10N 【解析】 【详解】（1）物块从斜面底端到最高点的过程，根据动能定理有：cos 0sin F hW mg mgh μαα-⋅-= 解得拉力所做的功40F W J = （2）F W Fx =由位移公式有212x at = 由牛顿第二定律有cos sin F mg mg ma μαα--=解得拉力的大小F=10N.6．如图所示，质量为 1.0kg m =的小物体从A 点以 5.0m/s A v =的初速度沿粗糙的水平面匀减速运动距离 =1.0 m s 到达B 点，然后进入半径R =0.4m 竖直放置的光滑半圆形轨道，小物体恰好通过轨道最高点C 后水平飞出轨道，重力加速度g 取l0m/s 2。

求：(1)小物体到达B 处的速度B v ；(2)小物体在B 处对圆形轨道压力的大小N F ； (3)粗糙水平面的动摩擦因数μ。

【答案】(1)25m/s ；(2)60N ；(3)0.25。

【解析】 【详解】(1)小物体恰好通过最高点C ，由重力提供向心力，则：2Cv mg m R=得到：2m/s c v gR ==小物体从B 点运动到C 点过程中机械能守恒，则：2211222B C mv mv mg R =+⋅ 得到：2425m/s =+=B C v v gR ；(2)设小物体在B 处受到的支持力为'N F ，根据牛顿第二定律有：2'BNv F mg m R -=得到：'660N ==N F mg根据牛顿第三定律可知，小物块对轨道的压力N F 大小为60N ，方向竖直向下。

(3)小物体由A 到B 过程，由动能定理得到：221122B A mgs mv mv μ-=- 得到：0.25μ=。

【点睛】本题关键是恰好通过最高点，由重力提供向心力，然后再根据牛顿第二定律、机械能守恒和动能定理结合进行求解。

7．如图所示，倾角 θ=30°的斜面足够长，上有间距 d =0.9 m 的 P 、Q 两点，Q 点以上斜面光滑，Q 点以下粗糙。

可视为质点的 A 、B 两物体质量分别为 m 、2m 。

B 静置于 Q 点，A 从 P 点由静止释放，与 B 碰撞后粘在一起并向下运动，碰撞时间极短。

两物体与斜面粗糙部分的动摩擦因数均为23μ=取 g =10 m/s 2，求： （1）A 与 B 发生碰撞前的速度 v 1 （2）A 、B 粘在一起后向下运动的距离【答案】（1）3m/s （2）0.5m 【解析】 【详解】（1）A 在PQ 段下滑时，由动能定理得：211sin 02mgd mv θ=-得：v 1=3 m/s（2）A 、B 碰撞后粘在一起，碰撞过程动量守恒，则有：1(2)AB mv m m v =+之后A 、B 整体加速度为：3sin 3cos 3AB mg mg ma θμθ-⋅=得：a AB =-1m/s 2即A 、B 整体一起减速下滑，减速为零时：2202AB AB AB v a x -=得：x AB =0.5 m8．如图所示，在E ＝103 V/m 的竖直匀强电场中，有一光滑半圆形绝缘轨道QPN 与一水平绝缘轨道MN 在N 点平滑相接，半圆形轨道平面与电场线平行，其半径R ＝40 cm ，N 为半圆形轨道最低点，P 为QN 圆弧的中点，一带负电q ＝10－4 C 的小滑块质量m ＝10 g ，与水平轨道间的动摩擦因数μ＝0.15，位于N 点右侧1.5 m 的M 处，g 取10 m/s 2，求：(1)小滑块从M点到Q点电场力做的功(2)要使小滑块恰能运动到半圆形轨道的最高点Q，则小滑块应以多大的初速度v0向左运动？(3)这样运动的小滑块通过P点时对轨道的压力是多大？【答案】(1) - 0.08J(2) 7 m/s（3）0.6 N【解析】【分析】【详解】（1）W=－qE·2R W= - 0.08J(2)设小滑块到达Q点时速度为v，由牛顿第二定律得mg＋qE＝m2 v R小滑块从开始运动至到达Q点过程中，由动能定理得－mg·2R－qE·2R－μ(mg＋qE)x＝12mv2－12mv联立方程组，解得：v0＝7m/s.(3)设小滑块到达P点时速度为v′，则从开始运动至到达P点过程中，由动能定理得－(mg＋qE)R－μ(qE＋mg)x＝12mv′2－12mv又在P点时，由牛顿第二定律得F N＝m2 v R代入数据，解得：F N＝0.6N由牛顿第三定律得，小滑块通过P点时对轨道的压力F N′＝F N＝0.6N.【点睛】（1）根据电场力做功的公式求出电场力所做的功；（2）根据小滑块在Q点受的力求出在Q点的速度，根据动能定理求出滑块的初速度；（3）根据动能定理求出滑块到达P点的速度，由牛顿第二定律求出滑块对轨道的压力，由牛顿第三定律得，小滑块通过P点时对轨道的压力．9．动能定理和动量定理不仅适用于质点在恒力作用下的运动，也适用于质点在变力作用下的运动，这时两个定理表达式中的力均指平均力，但两个定理中的平均力的含义不同，在动量定理中的平均力F1是指合力对时间的平均值，动能定理中的平均力F2是合力指对位移的平均值．(1)质量为1.0kg 的物块，受变力作用下由静止开始沿直线运动，在2.0s 的时间内运动了2.5m 的位移，速度达到了2.0m/s ．分别应用动量定理和动能定理求出平均力F 1和F 2的值．(2)如图1所示，质量为m 的物块，在外力作用下沿直线运动，速度由v 0变化到v 时，经历的时间为t ，发生的位移为x ．分析说明物体的平均速度v 与v 0、v 满足什么条件时，F 1和F 2是相等的．(3)质量为m 的物块，在如图2所示的合力作用下，以某一初速度沿x 轴运动，当由位置x =0运动至x =A 处时，速度恰好为0，此过程中经历的时间为2mt kπ=，求此过程中物块所受合力对时间t 的平均值．【答案】（1）F 1=1.0N ，F 2=0.8N ；（2）当02v v x v t +==时，F 1=F 2；（3）2kA F π=． 【解析】 【详解】解：(1)物块在加速运动过程中，应用动量定理有：1t F t mv =g解得：1 1.0 2.0N 1.0N 2.0t mv F t ⨯=== 物块在加速运动过程中，应用动能定理有：2212t F x mv =g 解得：222 1.0 2.0N 0.8N 22 2.5t mv F x ⨯===⨯(2)物块在运动过程中，应用动量定理有：10Ft mv mv =- 解得：01()m v v F t-=物块在运动过程中，应用动能定理有：22201122F x mv mv =- 解得：2202()2m v v F x-=当12F F =时，由上两式得：02v v x v t +== (3)由图2可求得物块由0x =运动至x A =过程中，外力所做的功为：21122W kA A kA =-=-g设物块的初速度为0v '，由动能定理得：20102W mv '=-解得：0kv A m'= 设在t 时间内物块所受平均力的大小为F ，由动量定理得：00Ft mv -=-' 由题已知条件：2m t kπ= 解得：2kAF π=10．如图所示，倾斜轨道在B 点有一小圆弧与圆轨道相接，一质量为m=0.1kg 的物体，从倾斜轨道A 处由静止开始下滑，经过B 点后到达圆轨道的最高点C 时，对轨道的压力恰好与物体重力相等．已知倾斜部分有摩擦，圆轨道是光滑的，A 点的高度H=2m,圆轨道半径R=0.4m ，g 取10m/s 2,试求：（1）画出物体在C 点的受力与运动分析图，并求出物体到达C 点时的速度大小； （2）物体到B 点时的速度大小（用运动学公式求不给分）； （3）物体从A 到B 的过程中克服阻力所做的功． 【答案】（1）22m/s （3）26m/s （3）0.8J 【解析】 【分析】 【详解】（1）物体在C 点的受力与运动分析图所示：在C 点由圆周运动的的知识可得：2c v mg mg m R+=解得：c 22100.4m/s 22m/s v Rg ==⨯⨯= （2）物体由B 到C 的过程，由动能定理可得：22c B 11222mg R mv mv -=-g 解得：B 26m/s v =（3）从A 到B 的过程，由动能定理可得：2f B 12mgH W mv -=解得：f 0.8J W =11．如图所示，AB 为水平轨道，A 、B 间距离s=2m ，BC 是半径为R=0.40m 的竖直半圆形光滑轨道，B 为两轨道的连接点，C 为轨道的最高点．一小物块以v o =6m/s 的初速度从A 点出发，经过B 点滑上半圆形光滑轨道，恰能经过轨道的最高点，之后落回到水平轨道AB 上的D 点处．g 取10m/s 2，求：（1）落点D 到B 点间的距离； （2）小物块经过B 点时的速度大小； （3）小物块与水平轨道AB 间的动摩擦因数． 【答案】（1）0.8m.（2）（3）0.4【解析】试题分析：（1）物块恰能经过轨道最高点，有2Cv mg m R=① 之后做平抛运动，有2122R gt =②BD C x v t =③ 联立①②③解得0.8BD x =m（2） 物块从B 点到C 点过程中机械能守恒，得2211222BC mv mv mgR =+④ 联立①④解得25B v =（3）物块从A 点到B 点做匀减速直线运动由动能定理得221122B o mgs mv mv μ-=-⑤ 将B v 代入⑤解得0.4μ=考点：圆周运动及平抛运动的规律；动能定理及牛顿第二定律的应用.12．如图所示,传送带与地面成夹角θ=37°,以4m/s 的速度顺时针转动,在传送带下端轻轻地放一个质量m=1kg 的物体,它与传送带间的动摩擦因数μ=1,已知传送带从A 到B 的长度L=6m,求物体从A 到B 过程中传送带克服物块摩擦力做功的平均功率?【答案】30.4W【解析】【详解】物体先做匀加速直线运动,速度达到传送带速度后做匀速直线运动,根据牛顿第二定律求出开始上滑的加速度,结合速度时间公式求出速度达到传送带速度的时间,根据速度位移公式求出速度达到传送带上滑的位移,从而得出匀速运动位移,结合位移公式求出匀速运动的时间,求出总时间,摩擦力做的功,求平均功率；解： 物块刚放上传送带上时的加速度为a ，有：mgcos mgsin ma μθθ-=代入数据得：22/a m s = 加速过程的位移为：21112x at = 达到共同速度的时间为：1v at =联立解得：12t s =14x m =匀速运动12L x vt -=20.5t s =加速过程摩擦力做的功11·64W umgcos vt J θ==匀速过程摩擦力做的功22·12W mgsin vt J θ==根据平均功率的定义121230.4W W P W t t +==+。