高考物理动能定理的综合应用解题技巧及练习题及解析.docx

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1、高考物理动能定理的综合应用解题技巧及练习题及解析一、高中物理精讲专题测试动能定理的综合应用1.小明同学根据上海迪士尼乐园游戏项目“创极速光轮”设计了如图所示的轨道。一条带有竖直圆轨道的长轨道固定在水平面上,底端分别与两侧的直轨道相切,其中轨道AQ段粗糙、长为L0=6.0m,QNP部分视为光滑,圆轨道半径R=0.2m,P点右侧轨道呈粗糙段、光滑段交替排列,每段长度都为L=0.5m。一玩具电动小车,通电以后以P=4W的恒定功率工作,小车通电加速运动一段时间后滑入圆轨道,滑过最高点N,再沿圆轨道滑出。小车的质量m=0.4kg,小车在各粗糙段轨道上所受的阻力恒为f=0.5N。(重力加速度g=10m

2、/s2;小车视为质点,不计空气阻力)。(1)若小车恰能通过N点完成实验,求进入Q点时速度大小;(2)若小车通电时间t=1.4s,求滑过N点时小车对轨道的压力;(3)若小车通电时间t≤2.0s,求小车可能停在P点右侧哪几段轨道上。【答案】(1)22m/s;(2)6N,方向竖直向上;(3)第7段和第20段之间【解析】【分析】【详解】(1)小车恰能过N点,则vN0,Q→N过程根据动能定理mg2R1mvN21mv222代入解得v22m/s(2)A→N过程PtfL0mg2R1mv1202代入解得v15m/s在N点时2mv1mgFNR代入解得FN6N根据牛顿第三定律可得小汽车对轨道压力大小6N,方向竖

3、直向上。(3)设小汽车恰能过最高点,则Pt0fL0mg2R0代入解得t01.15s2s此时小汽车将停在mg2Rn1fL代入解得n16.4因此小车将停在第7段;当通电时间t2.0s时PtfL0n2fL0代入解得n220因此小车将停在第20段;综上所述,当t≤2.0s时,小汽车将停在第7段和第20段之间。2.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v0=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

4、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)v45m/s;(2)150N,作用力方向竖直向上;(3)x12.5m【解析】【分析】【详解】(1)物块A从出发至N点过程,机械能守恒,有1mv02mg2R1mv222得vv024gR45m/s(2)假设物块在N点受到的弹力方向竖直向下为F,由牛顿第二定律有Nv2mgFNmR得物块A受到的弹力为FNmv2mg150NR由牛顿第三定律可得,物块对轨道的作用力为FNFN150N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mgx01mv022得x

5、12.5m3.如图所示,AC为光滑的水平桌面,轻弹簧的一端固定在A端的竖直墙壁上.质量m1kg的小物块将弹簧的另一端压缩到B点,之后由静止释放,离开弹簧后从C点水平飞出,恰好从D点以vD10m/s的速度沿切线方向进入竖直面内的光滑圆弧轨道DEF(小物体与轨道间无碰撞).O为圆弧轨道的圆心,E为圆弧轨道的最低点,圆弧轨道的半径R1m,DOE60o,EOF37.o小物块运动到F点后,冲上足够长的斜面FG,斜面FG与圆轨道相切于F点,小物体与斜面间的动摩擦因数0.5.sin37o0.6,cos37o0.8,取g10m/s2.不计空气阻力.求:(1)弹簧最初具有的弹性势能;(2)小物块第一次到达圆

6、弧轨道的E点时对圆弧轨道的压力大小;(3)判断小物块沿斜面FG第一次返回圆弧轨道后能否回到圆弧轨道的D点?若能,求解小物块回到D点的速度;若不能,求解经过足够长的时间后小物块通过圆弧轨道最低点E的速度大小.【答案】11.25J?;230N;32m/s.【解析】【分析】【详解】(1)设小物块在C点的速度为vC,则在D点有:vCvDcos60o设弹簧最初具有的弹性势能为Ep,则:EP1mvC22代入数据联立解得:Ep1.25J;2设小物块在E点的速度为vE,则从D到E的过程中有:mgR1cos60o1mvE21mvD222设在E点,圆轨道对小物块的支持力为N,则有:NmgvE2R代入数据解得:

7、vE25m/s,N30N由牛顿第三定律可知,小物块到达圆轨道的E点时对圆轨道的压力为30N;3设小物体沿斜面FG上滑的最大距离为x,从E到最大距离的过程中有:mgR1cos37omgsin37oμmgcos37ox01mvE22小物体第一次沿斜面上滑并返回F的过程克服摩擦力做的功为Wf,则Wf2xμmgcos37o小物体在D点的动能为EKD,则:EKD1mvD22代入数据解得:x0.8m,Wf6.4J,EKD5J因为EK

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