最新高中物理动能与动能定理试题经典
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最新高中物理动能与动能定理试题经典
一、高中物理精讲专题测试动能与动能定理
1.如图所示,半径R =0.5 m 的光滑圆弧轨道的左端A 与圆心O 等高,B 为圆弧轨道的最低点,圆弧轨道的右端C 与一倾角θ=37°的粗糙斜面相切。一质量m =1kg 的小滑块从A 点正上方h =1 m 处的P 点由静止自由下落。已知滑块与粗糙斜面间的动摩擦因数μ=0.5,sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g =10 m/s 2。
(1)求滑块第一次运动到B 点时对轨道的压力。 (2)求滑块在粗糙斜面上向上滑行的最大距离。 (3)通过计算判断滑块从斜面上返回后能否滑出A 点。 【答案】(1)70N ; (2)1.2m ; (3)能滑出A 【解析】 【分析】 【详解】
(1)滑块从P 到B 的运动过程只有重力做功,故机械能守恒,则有
()21
2
B mg h R mv +=
那么,对滑块在B 点应用牛顿第二定律可得,轨道对滑块的支持力竖直向上,且
()2
N 270N B mg h R mv F mg mg R R
+=+=+=
故由牛顿第三定律可得:滑块第一次运动到B 点时对轨道的压力为70N ,方向竖直向下。 (2)设滑块在粗糙斜面上向上滑行的最大距离为L ,滑块运动过程只有重力、摩擦力做功,故由动能定理可得
cos37sin37cos370mg h R R L mgL μ+-︒-︒-︒=()
所以
1.2m L =
(3)对滑块从P 到第二次经过B 点的运动过程应用动能定理可得
()21
2cos370.542
B mv mg h R mgL mg mgR μ'=+-︒=> 所以,由滑块在光滑圆弧上运动机械能守恒可知:滑块从斜面上返回后能滑出A 点。 【点睛】
经典力学问题一般先对物体进行受力分析,求得合外力及运动过程做功情况,然后根据牛顿定律、动能定理及几何关系求解。
2.如图所示,在水平轨道右侧固定半径为R的竖直圆槽形光滑轨道,水平轨道的PQ段长度为,上面铺设特殊材料,小物块与其动摩擦因数为,轨道其它部分摩擦不计。水平轨道左侧有一轻质弹簧左端固定,弹簧处于原长状态。可视为质点的质量的小物块从轨道右侧A点以初速度冲上轨道,通过圆形轨道,水平轨道后压缩弹簧,并被弹簧以原速率弹回,取,求:
(1)弹簧获得的最大弹性势能;
(2)小物块被弹簧第一次弹回经过圆轨道最低点时的动能;
(3)当R满足什么条件时,小物块被弹簧第一次弹回圆轨道时能沿轨道运动而不会脱离轨道。
【答案】(1)10.5J(2)3J(3)0.3m≤R≤0.42m或0≤R≤0.12m
【解析】
【详解】
(1)当弹簧被压缩到最短时,其弹性势能最大。从A到压缩弹簧至最短的过程中,由动
能定理得:−μmgl+W弹=0−m v02
由功能关系:W弹=-△E p=-E p
解得 E p=10.5J;
(2)小物块从开始运动到第一次被弹回圆形轨道最低点的过程中,由动能定理得
−2μmgl=E k−m v02
解得 E k=3J;
(3)小物块第一次返回后进入圆形轨道的运动,有以下两种情况:
①小球能够绕圆轨道做完整的圆周运动,此时设小球最高点速度为v2,由动能定理得
−2mgR=m v22−E k
小物块能够经过最高点的条件m≥mg,解得R≤0.12m
②小物块不能够绕圆轨道做圆周运动,为了不让其脱离轨道,小物块至多只能到达与圆心
等高的位置,即m v12≤mgR,解得R≥0.3m;
设第一次自A点经过圆形轨道最高点时,速度为v1,由动能定理得:
−2mgR=m v12-m v02
且需要满足 m ≥mg ,解得R≤0.72m ,
综合以上考虑,R 需要满足的条件为:0.3m≤R≤0.42m 或0≤R≤0.12m 。 【点睛】
解决本题的关键是分析清楚小物块的运动情况,把握隐含的临界条件,运用动能定理时要注意灵活选择研究的过程。
3.如图所示,两物块A 、B 并排静置于高h=0.80m 的光滑水平桌面上,物块的质量均为M=0.60kg .一颗质量m=0.10kg 的子弹C 以v 0=100m/s 的水平速度从左面射入A ,子弹射穿A 后接着射入B 并留在B 中,此时A 、B 都没有离开桌面.已知物块A 的长度为0.27m ,A 离开桌面后,落地点到桌边的水平距离s=2.0m .设子弹在物块A 、B 中穿行时受到的阻力大小相等,g 取10m/s 2.(平抛过程中物块看成质点)求:
(1)物块A 和物块B 离开桌面时速度的大小分别是多少; (2)子弹在物块B 中打入的深度;
(3)若使子弹在物块B 中穿行时物块B 未离开桌面,则物块B 到桌边的最小初始距离.
【答案】(1)5m/s ;10m/s ;(2)2
3.510B m L -=⨯(3)22.510m -⨯
【解析】 【分析】 【详解】
试题分析:(1)子弹射穿物块A 后,A 以速度v A 沿桌面水平向右匀速运动,离开桌面后做平抛运 动: 2
12
h gt =
解得:t=0.40s A 离开桌边的速度A s
v t
=
,解得:v A =5.0m/s 设子弹射入物块B 后,子弹与B 的共同速度为v B ,子弹与两物块作用过程系统动量守恒:
0()A B mv Mv M m v =++
B 离开桌边的速度v B =10m/s
(2)设子弹离开A 时的速度为1v ,子弹与物块A 作用过程系统动量守恒:
012A mv mv Mv =+
v 1=40m/s
子弹在物块B 中穿行的过程中,由能量守恒