8.3动能和动能定理基础巩固2021—2022学年高中物理人教版(2019)必修第二册
一、选择题(共15题)
1.在光滑的水平面上建立xOy平面直角坐标系,t=0时质量为1kg的小球从坐标原点由静止开始运动,其沿x方向的vx-t图像和沿y方向的ay-t图像分别如图所示。则小球在t=2s时的动能为( )
A.20J B.10J C.8J D.4J
2.韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员.他在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离,重力对他做功2000J,他克服阻力做功200 J.韩晓鹏在此过程中( )
A.重力势能增加了2 000 J
B.重力势能减小了2000 J
C.动能增加了2000 J
D.动能减小了2000 J
3.下列说法中正确的是( ).
A.外力对物体做功的代数和等于物体机械能的增量
B.重力对物体做的功等于物体重力势能的增量
C.除重力外,其他力对物体做的总功等于物体机械能的增量
D.重力做功不引起物体机械能的变化
4.运动员用200N的力把质量为1kg的球踢出去,球滚动了50m停下来,g取10m/s2,则运动员踢球做的功为( )
A.500J B.1.0×104J C.1.5×104J D.无法计算
5.某次足球比赛,足球以速度飞向球门时被对方守门员击回,击回时速度大小为。击回时足球的动能是其飞向球门时的( )
A.2倍 B.4倍 C.6倍 D.8倍
6.完全相同的两个雪橇,甲为空载,乙为满载,在相同的路面上,以相同的速度行驶,同时撤去牵引力,两个雪橇滑行的最大距离( )
A.甲比乙大 B.乙比甲大 C.甲、乙一样大 D.条件不够,不能确定
7.一物体在水平面上,受恒定的水平拉力和摩擦力作用由静止开始沿直线运动,已知在第1秒内合力对物体做的功为45J,在第1秒末撤去拉力,其图象如图所示,g取,则
A.物体的质量为1kg
B.物体与水平面间的动摩擦因数为
C.第1s内拉力对物体做的功为60J
D.第1s内摩擦力对物体做的功为60J
8.2021年4月29日,中国空间站天和核心舱被长征五号运载火箭成功送入预定轨道,揭开了中国空间站建设的大幕,如图所示,在地球赤道的某位置发射质量为m的火箭,上升到A点后点火加速,以速度v1进入椭圆轨道I,随后火箭立即关闭发动机沿轨道I运动到B点,此时速度为v2,在B点再次点火加速后,以速度v3进入半径为r的圆形轨道Ⅱ,则( )
A.v3>v1
B.火箭从A运动到B的时间t<
C.火箭刚到B点的加速度
D.火箭上升到A点的过程中,合力做功
9.如图所示,质量相同的两物体处于同一高度,A沿固定在地面上的光滑斜面下滑,B自由下落,最后到达同一水平面,则( )。
A.重力对两物体做功不相同
B.重力的平均功率相同
C.到达底端时重力的瞬时功率
D.到达底端时两物体的速度相同
10.质量为的小球,从高的位置从静止落下,掉入沙中并陷入,取,忽略空气阻力,求小球在沙中所受到沙子的平均阻力是( )
A. B. C. D.
11.北京时间2021年8月5日下午,中国年仅14岁的跳水小将全红婵,力压其他国家的选手,成功站上了东京奥运会女子单人10米跳台跳水冠军领奖台。据其教练介绍,全红蝉极具拼搏向上的斗志,全红蝉接受采访时自述到:跳得不好时,她自己就会加大训练可见,成功属于刻苦勤奋的人。就全红蝉10米跳水空中运动过程下列判断最符合实际情况的是( )
A.空中运动时间约为1.5s B.空中运动时间约为2.5s
C.落水时速度约为10m/s D.落水时的动能约为11250J
12.如图所示,ABCD是一个盆式容器,盆内侧壁与盆底BC的连接处都是一段与BC相切的圆弧,BC水平,其长度d=0.50 m,盆边缘的高度为h=0.30 m。在A处放一个质量为m的小物块并让其由静止下滑。已知盆内侧壁是光滑的,而盆底BC面与小物块间的动摩擦因数为μ=0.10。小物块在盆内来回滑动,最后停下来,则停止的地点到B的距离为( )
A.0.50 m B.0.25 m C.0.10 m D.0
13.球场上,以的速度飞来的足球被球员以22m/s的速度顶向球门,已知足球的质量为430g,足球是弹性的,则球员对足球做的功约为( )
A.88J B.58J C.28J D.18J
14.在离地面一定高度处,以相同的动能,向各个方向抛出多个质量相同的小球,这些小球到达地面时,有相同的( )
A.平均速度 B.速度 C.速率 D.位移
15.质量为2kg的物体受到水平拉力F的作用,在光滑的水平面上由静止开始做直线运动,运 动过程中物体的加速度随时间变化的规律如图所示,则下列判断正确的是
A.第1s末物体的动能为4J
B.第4s末拉力反向
C.第4s末速度为7m/s
D.前6s内拉力做功为0
二、填空题(共5题)
16.在与x轴平行的匀强电场中,一带电量为1.0×10-8C、质量为2.5×10-3kg的物体在光滑水平面上沿着x轴作直线运动,其位移与时间的关系是x=0.16t-0.02t2,式中x以m为单位,t以s为单位.从开始运动到5s末物体所经过的路程为_____m,克服电场力所作的功为_____J.
17.如图甲所示, 是由两块粗糙程度不同的木板 A、 B 平滑连接在一起, 其中 A 板倾角可调.现让一滑块从高 h 处由静止滑下, 在水平板上滑行 x 后停止运动.改变 h 大小但保持距离 d 不变的情况下描绘出的x--h 图象如图乙所示.则滑块与木板 A 间的动摩擦因数为___________、 滑块与木板 B 间的动摩擦因数为___________( 用a、b、 d 表示) .
18.在水平路面上匀速行驶的摩托车,人和车的总质量为100kg,速度v0 = 20m/s,遇到一个壕沟,摩托车水平飞离路面后,恰好飞跃壕沟(如图所示),不计空气阻力,求:
(1)摩托车刚飞离水平路面时的动能______;
(2)摩托车在空中飞行的时间_______;
(3)如果摩托车飞离路面时速度变大而其他条件保持不变,则其落地点会比原来落地点要__________ (选填“远”或者“近”).
19.如图所示,光滑水平面右端B处连接一个竖直的半径为R的光滑半圆固定轨道,在离B距离为x的A点,用水平恒力将质量为m的质点从静止开始推到B处后撤去恒力,质点沿半圆轨道运动到C处后又正好落回A点.则推力对小球所做的功为____________.
20.在探究“恒力做功与动能改变的关系”的实验中,某同学用1kg的小车在平衡摩擦力后,挂上44g的小砂桶,小车拖动纸带并打出一系列的点.图中纸带只是打出纸带的一部分,相邻计数点的时间间隔为0.10s,测量数据如图所示.重力加速度g=9.80m/s2,结果保留两位有效数字。则B点所对应的小车运动的速度为__________m/s;从B点到E点,小车动能的增加量为__________J;从B点到E点,砂桶对小车做功为__________J。
三、综合题(共3题)
21.光滑水平面与竖直面内的光滑半圆形导轨在点相接,导轨半径为,一个质量为的小球将轻弹簧压缩至点后由静止释放,当小球离开轻弹簧时其速度(此时弹簧已恢复原长)。小球经过一段匀速直线运动后到达点,接着做圆周运动至最高点,取重力加速度大小,小球可视为质点,且经过点时无能量损失,求:
(1)轻弹簧被压缩至点时的弹性势能;
(2)小球经过圆轨道点时,小球受到的支持力大小;
(3)小球在点的速度大小。
22.同种材料制成的倾角为37°的斜面和长的水平面,已知斜面长4m且固定,一个小物块从斜面顶端以初速度为零开始沿斜面滑下来,滑到底端时速度为4m/s,不考虑从斜面到地面碰撞的速度损失, (已知:sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g=10m/s2),求
(1)物块在斜面上的运动时间;
(2)物块与斜面的动摩擦因数μ;
(3)物块在水平地面的滑行距离。
23.将一小球从某一高处水平抛出,在最初的2s时间内,小球动能Ek随时间t变化的图像如图所示,不计空气阻力,取g=10m/s2。根据图像信息计算小球的质量和初速度。
参考答案
1.B
【详解】
时,小球沿x方向运动的速度,沿y方向运动的速度,所以小球在时的动能
故B正确,ACD错误。
故选B。
2.B
【详解】
AB.重力对物体做功为2000J,是正功,则重力势能减小了2000J,故A错误,B正确;
CD.重力对他做功2000J,他克服阻力做功200J,即阻力对他做功为 200J,则外力对他所做的总功为2000J 200J=1800J,是正功,根据动能定理得:他的动能增加了1800J,故CD错误;
故选B.
3.D
【详解】
A.根据动能定理,外力对物体做功的代数和等于动能增加量,故A错误;
B.重力对物体做的功等于重力势能增量的相反数,故B错误;
C.根据功能关系,除重力和弹簧的弹力外,其它力对物体做的总功等于物体机械能的增加,故C错误;
D.重力对物体做的功等于重力势能的减少量,重力做功不引起物体机械能的变化,故D正确。
故选D。
4.D
【详解】
对于踢球过程,根据动能定理得
由于球踢出的速度不知道,所以无法计算运动员踢球做的功。故D正确,ABC错误。
故选D。
5.B
【详解】
根据动能表达式可知,击回时足球的动能是其飞向球门时的4倍。
故选B。
6.C
【详解】
对任一雪橇,由动能定理得
得
据题知,μ和v0相同,则它们滑行的最大距离相等。
故选C。
7.C
【详解】
A.由图知第1s内的位移为 x1=m=1.5m,由动能定理可得合外力做功 W=F合x1=mv2=45J,得 F合=30N,由v=3m/s,得 m=10kg;故A错误;
B.从第1s末到4s,位移为:x2=m=4.5m,对整个过程,运用动能定理得:W-μmg(x1+x2)=0,解得 μ=0.1,故B错误;
C.第1s内,由动能定理得:WF-μmgx1=mv2-0,解得,拉力做功 WF=60J,故C正确;
D.第1s内摩擦力对物体做的功为:Wf=-μmgx1=-10×1.5=-15J,故D错误;
故选C。
8.B
【详解】
A.设在A点绕地球做圆周运动,其线速度为,根据
解得
则绕地球做圆周运动时,半径越大线速度越小,所以有
由于在A点后点火加速,以速度v1进入椭圆轨道I,即
所以
则A错误;
B.火箭在半径为r的圆形轨道Ⅱ上运行的周期为
根据开普勒第三定律
由于椭圆轨道I的半长轴小于圆形轨道Ⅱ的半径,所以在椭圆轨道I的周期 小于在圆形轨道Ⅱ上运行的周期 ,则火箭从A运动到B的时间
所以B正确;
C.火箭刚到B点的加速度为
所以C错误;
D.火箭上升到A点的过程中,合力做功
因为火箭在地球赤道上随地球一起自转具有一定的初速度,所以D错误;
故选B。
9.C
【详解】
A.两物体下降的高度相同,则重力做功相等,故A错误;
B.设斜面的倾角为θ,高度为h,自由落体运动的时间
沿斜面匀加速运动过程有
解得
可知两物体运动的时间不同,根据
知重力的平均功率不同,故B错误;
CD.根据动能定理
知,自由落体运动和沿斜面匀加速到达底端的速度大小相等,但方向不同。到达底端时对于A、B,重力的瞬时功率
PA=mgvsinθ,PB=mgv
则
PA<PB
故C正确,D错误。
故选C。
10.D
【详解】
对全程分析可知,下落中有重力和沙子的阻力做功,根据动能定理可得
带入数据解得
故选D。
11.A
【详解】
AB.全红蝉在10米跳水空中运动过程可视为自由落体运动,据
代入相关数据可计算空中运动时间
空中运动时间约为1.5s ,A正确B错误;
C.落水时的速度
C错误;
D.落水时的动能
以m=50kg计算,约为
D错误。
故选A。
12.D
【详解】
小物块从A点出发到最后停下来,设小物块在BC面上运动的总路程为s,小物块在盆底BC面上所受的滑动摩擦力大小不变,整个过程由动能定理有
mgh μmgs=0
所以小物块在BC面上运动的总路程为
s=
因d=0.50 m,s=6d,所以小物块在BC面上来回运动共6次,刚好3个来回,所以最终停在B点,即距离B点为0 m,ABC错误,D正确。
故选D。
13.D
【详解】
设足球飞来的速度为,被球员顶后的速度为,由动能定理可得
代入数据可得球员对足球做的功
故D正确,ABC错误。
故选D。
14.C
【详解】
AD.小球向不同的方向抛出,抛出点相同而落地点不同,小球的位移不同,小球向不同的方向抛出,它在空中的运动时间不同,竖直上抛运动时间最长,竖直下抛运动时间最短,则平均速度不一定相同,故AD错误;
BC.在离地面一定高度处,以相同的动能,向各个方向抛出多个质量相同的小球,在运动过程中,只有重力做功,重力做功相等,由动能定理可知,小球到达地面时的动能相同,则速率相同,但速度方向不同,所以速度不同,故B错误,C正确。
故选C。
15.C
【详解】
A.a-t图象与时间轴围成面积表示速度的变化量,故第1秒末物体的速度为
故第1s末物体的动能为
故A错误;
B.由图象可知,图象一直在时间轴上方,即a>0,由牛顿第二定律知,拉力方向没有变化,故B错误;
C.a-t图象与时间轴围成面积表示速度的变化量,故第4秒末物体的速度为
故C正确;
D.a-t图象与时间轴围成面积表示速度的变化量,故第6秒末物体的速度为
根据动能定理可知,拉力做功不为零,故D错误。
16.0.34 3ⅹ10-5
【详解】
由位移的关系式可知.,所以,即物体沿x轴方向做匀减速直线运动;设从开始运动到速度为零的时间为,则;故,;第5s内物体开始反向以的加速度做匀加速直线运动;;因此开始5s内的路程为
5s末的速度;克服电场力做功
17.
【详解】
对全程运用动能定理,有
mgh-μ1mgcosθ x1-μ2mgx=0(θ为斜面的坡角)
由几何关系得到
d=x1cosθ
得到
图线的延长线与两坐标轴的交点坐标分别为(a,0)和(0,-b),故
(斜率);
(截距)
解得
18. 远
【详解】
试题分析:(1)根据动能公式可以得到:
(2)由平抛运动,竖直方向,
(3)由于高度不变,在时间不变,由于水平方向是匀速运动,则,故其落地点会比原来落地点要远些.
考点:动能、平抛运动
19.
【详解】
质点从半圆弧轨道做平抛运动又回到A点,设质点在C点的速度为,质点从C点运动到A点所用的时间为
水平方向上 ①
竖直方向上 ②
解①②有 ③
对质点从A到C由动能定理有
④
解 ⑤
20.0.34 0.051~0.053 0.052
【详解】
[1][2][3] B点所对应的小车的速度
E点所对应的小车的速度
从B点到E点,小车动能的增加量为
从B点到E点,砂桶对小车做功为
W=Fs=mgs=0.044×9.80×(0.0360+0.0402+0.0445)J≈0.052J
21.(1)0.625J;(2)14.5N;(3)1.5m/s
【详解】
(1)由功能关系可得
(2)根据牛顿第二定律,有
解得
(3)对小球全程使用动能定理,得
解得
22.(1)2s;(2)0.5;(3)1.6m
【详解】
(1)根据速度位移关系
;
根据速度时间关系
v=v0+a1t
t=2s
(2)根据牛顿第二定律
物块与斜面的动摩擦因数
(3)根据动能定理,物块在水平地面的滑行距离为s2,则
s2=1.6m
23.m=0.1kg,v0=10m/s
【详解】
由图像可知,当t=0时,,又
由图像可知,前2s内动能的增量为
由动能定理得
其中
解得