高中物理动能与动能定理试题经典
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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,光滑水平平台AB 与竖直光滑半圆轨道AC 平滑连接,C 点切线水平,长为L =4m 的粗糙水平传送带BD 与平台无缝对接。质量分别为m 1=0.3kg 和m 2=1kg 两个小物体中间有一被压缩的轻质弹簧,用细绳将它们连接。已知传送带以v 0=1.5m/s 的速度向左匀速运动,小物体与传送带间动摩擦因数为μ=0.15.某时剪断细绳,小物体m 1向左运动,m 2向右运动速度大小为v 2=3m/s ,g 取10m/s 2.求:
(1)剪断细绳前弹簧的弹性势能E p
(2)从小物体m 2滑上传送带到第一次滑离传送带的过程中,为了维持传送带匀速运动,电动机需对传送带多提供的电能E
(3)为了让小物体m 1从C 点水平飞出后落至AB 平面的水平位移最大,竖直光滑半圆轨道AC 的半径R 和小物体m 1平抛的最大水平位移x 的大小。 【答案】(1)19.5J(2)6.75J(3)R =1.25m 时水平位移最大为x =5m 【解析】 【详解】
(1)对m 1和m 2弹开过程,取向左为正方向,由动量守恒定律有:
0=m 1v 1-m 2v 2
解得
v 1=10m/s
剪断细绳前弹簧的弹性势能为:
22112211
22
p E m v m v =
+ 解得
E p =19.5J
(2)设m 2向右减速运动的最大距离为x ,由动能定理得:
-μm 2gx =0-1
2
m 2v 22 解得
x =3m <L =4m
则m 2先向右减速至速度为零,向左加速至速度为v 0=1.5m/s ,然后向左匀速运动,直至离开传送带。
设小物体m 2滑上传送带到第一次滑离传送带的所用时间为t 。取向左为正方向。 根据动量定理得:
μm 2gt =m 2v 0-(-m 2v 2)
解得:
t =3s
该过程皮带运动的距离为:
x 带=v 0t =4.5m
故为了维持传送带匀速运动,电动机需对传送带多提供的电能为:
E =μm 2gx 带
解得:
E =6.75J
(3)设竖直光滑轨道AC 的半径为R 时小物体m 1平抛的水平位移最大为x 。从A 到C 由机械能守恒定律得:
2211111 222
C m v m v mgR =+ 由平抛运动的规律有:
x =v C t 1
2
1122
R gt =
联立整理得
410()4x R R =-
根据数学知识知当
4R =10-4R
即R =1.25m 时,水平位移最大为
x =5m
2.如图所示,粗糙水平地面与半径为R =0.4m 的粗糙半圆轨道BCD 相连接,且在同一竖直平面内,O 是BCD 的圆心,BOD 在同一竖直线上.质量为m =1kg 的小物块在水平恒力F =15N 的作用下,从A 点由静止开始做匀加速直线运动,当小物块运动到B 点时撤去F ,小物块沿半圆轨道运动恰好能通过D 点,已知A 、B 间的距离为3m ,小物块与地面间的动摩擦因数为0.5,重力加速度g 取10m/s 2.求: (1)小物块运动到B 点时对圆轨道B 点的压力大小. (2)小物块离开D 点后落到地面上的点与D 点之间的距离
【答案】(1)160N (2)2 【解析】 【详解】
(1)小物块在水平面上从A 运动到B 过程中,根据动能定理,有:
(F -μmg )x AB =
1
2
mv B 2-0 在B 点,以物块为研究对象,根据牛顿第二定律得:
2B
v N mg m R
-=
联立解得小物块运动到B 点时轨道对物块的支持力为:N =160N
由牛顿第三定律可得,小物块运动到B 点时对圆轨道B 点的压力大小为:N ′=N =160N (2)因为小物块恰能通过D 点,所以在D 点小物块所受的重力等于向心力,即:
2D
v mg m R
=
可得:v D =2m/s
设小物块落地点距B 点之间的距离为x ,下落时间为t ,根据平抛运动的规律有: x =v D t ,
2R =
12
gt 2
解得:x =0.8m
则小物块离开D 点后落到地面上的点与D 点之间的距离20.82m l x =
=
3.如图所示,在倾角为θ=30°的固定斜面上固定一块与斜面垂直的光滑挡板,质量为m 的半圆柱体A 紧靠挡板放在斜面上,质量为2m 的圆柱体B 放在A 上并靠在挡板上静止。A 与B 半径均为R ,曲面均光滑,半圆柱体A 底面与斜面间的动摩擦因数为μ.现用平行斜面向上的力拉A ,使A 沿斜面向上缓慢移动,直至B 恰好要降到斜面.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g 。求: (1)未拉A 时,B 受到A 的作用力F 大小; (2)在A 移动的整个过程中,拉力做的功W ;
(3)要保持A 缓慢移动中拉力方向不变,动摩擦因数的最小值μmin .
【答案】(1)F 3(2)1(93)2W mgR μ=- (3)min 53μ= 【解析】 【详解】
(1)研究B ,据平衡条件,有
F =2mg cos θ
解得
F 3mg
(2)研究整体,据平衡条件,斜面对A 的支持力为
N =3mg cos θ
f =μN =
2
μmg 由几何关系得A 的位移为
x =2R cos30°R
克服摩擦力做功
Wf =fx =4.5μmgR
由几何关系得A 上升高度与B 下降高度恰均为
h =
2
据功能关系
W + 2mgh - mgh - Wf = 0
解得
1
(92
W mgR μ=-
(3)B 刚好接触斜面时,挡板对B 弹力最大 研究B 得
24sin 30m
mg
N mg '==︒
研究整体得
f min + 3m
g sin30° = N′m
解得
f min = 2.5mg
可得最小的动摩擦因数:
min min f N μ=
=
4.如图所示,半径为R 1=1.8 m 的
1
4
光滑圆弧与半径为R 2=0.3 m 的半圆光滑细管平滑连接并固定,光滑水平地面上紧靠管口有一长度为L =2.0 m 、质量为M =1.5 kg 的木板,木板上表面正好与管口底部相切,处在同一水平线上,木板的左方有一足够长的台阶,其高度正好与木板相同.现在让质量为m 2=2 kg 的物块静止于B 处,质量为m 1=1 kg 的物块从光滑圆弧顶部的A 处由静止释放,物块m 1下滑至B 处和m 2碰撞后不再分开,整体设为物块m (m =m 1+m 2).物块m 穿过半圆管底部C 处滑上木板使其从静止开始向左运动,当木板速度为2 m/s 时,木板与台阶碰撞立即被粘住(即速度变为零),若g =10 m/s 2,物块碰撞前后均可视为质点,圆管粗细不计.