8.3动能和动能定理 课时提升练(解析版)
一、选择题
1.一质量为m的小球,用长为l的轻绳悬挂在O点,小球在水平拉力F作用下,从平衡位置P点缓慢地移到Q点,如图所示,则力F所做的功为( )
A. B. C. D.
2.如图所示为某物体做直线运动的图象,其中在和时刻物体的瞬时速度分别为和,则物体在时间的运动过程中,下列说法正确的是( )
A.物体的速度方向和加速度方向始终相同
B.物体的速度大小和加速度大小都逐渐变小
C.合外力对物体先做负功后做正功
D.物体的平均速度大小大于
3.如图所示,宇航员王亚平利用天宫一号中的“质量测量仪”测量航天员聂海胜的质量, 已知“质量测量仪”上的弹簧可以提供一个恒定的力 F,同时光栅测 速装置可测出支架恢复到原位时的速度 v,假设航天员聂海胜从静止开始到支架恢复到原位所经过的位移大小为 x,下列关于聂海胜 (含支架等)的加速度 a 及质量 m 表达式正确的是( )
A.a B.a= C.m= D.m
4.质量1kg的物体静止在粗糙水平面上,现给物体施加5.0N的水平拉力,物体开始运动2m,已知物体与水平面间的动摩擦因数。则下列判断正确的是( )
A.物体的动能增加量为4J
B.物体的动能增加量为10J
C.物体的动能增加量为6J
d.物体的动能增加量为5J
5.两个相同的网球被击出时的速度比为1∶4,则它们的动能比是( )
A.1∶4 B.4∶1 C.1∶16 D.16∶1
6.如图所示,长均为L的两根轻绳,一端共同系住质量为m的小球,另一端分别固定在等高的A、B两点,A、B两点间的距离也为L,重力加速度大小为g。现使小球在竖直平面内以AB为轴做圆周运动,若小球在最高点速率为v时,两根绳的拉力恰好均为零,当小球运动到最低点时每根绳的拉力大小为(不计空气阻力)( )
A. B. C. D.
7.开普勒第三定律指出:所有行星轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等,即,其中a表示椭圆轨道半长轴,T表示公转周期,比值k是一个对所有行星都相同的常量。同时,开普勒第三定律对于轨迹为圆形和直线的运动依然适用:圆形轨迹可以认为中心天体在圆心处,半长轴为轨迹半径;直线轨迹可以看成无限扁的椭圆轨迹,长轴为物体与星球之间的距离。已知:星球质量为M,在距离星球的距离为r处有一物体,该物体仅在星球引力的作用下运动。星球可视为质点且认为保持静止,引力常量为G,则下列说法正确的是( )
A.该星球和物体的引力系统中常量
B.要使物体绕星球做匀速圆周运动,则物体的速度为
C.若物体绕星球沿椭圆轨道运动,在靠近星球的过程中动能在减少
D.若物体由静止开始释放,则该物体到达星球所经历的时间为
8.放在光滑水平面上的物体,仅在两个同向水平力的共同作用下开始运动,若这两个力分别做了3J和4J的功,则该物体的动能增加了( )
A.12J B.5J C.7J D.1J
9.下列关于运动物体所受的合外力、合外力做功和动能变化的关系的说法正确的是( )
A.物体的动能不变,所受的合外力必为零
B.如果合外力对物体做的功为零,则合外力一定为零
C.物体在合外力作用下做变速运动,动能一定发生变化
D.如果物体所受的合外力为零,那么外力对物体做的总功一定为零
10.质量的小型电动汽车在平直的公路上由静止启动,图像甲表示汽车运动的速度与时间的关系,图像乙表示汽车牵引力的功率与时间的关系。设汽车在运动过程中阻力为车重的k倍,在末汽车的速度恰好达到最大。重力加速度g取。则下列说法正确的是( )
A.
B.0到内汽车的牵引力为
C.汽车在到内的平均速度大小为
D.到过程中汽车牵引力做的功为
11.一物体正在做匀速直线运动,某时刻突然受到恒定外力作用做曲线运动,下列对物体运动判断正确的是( )
A.物体可能做匀速圆周运动
B.物体运动的最小动能可能为零
C.若物体运动过程中存在动能相等的两点,则该两点的连线一定与恒力方向垂直
D.若物体运动过程中存在动能相等的两点,则该恒定外力方向与初速度方向夹角为锐角
12.下列物理量中属于矢量的是( )
A.力 B.温度 C.时间 D.动能
13.如图所示,在倾角为θ的斜面上,轻质弹簧一端与斜面底端固定,另一端与质量为M的物体A连接,一个质量为m的物体B靠在物体A的右侧,A、B与斜面的动摩擦因数均为。开始时用手按住物体B使弹簧处于弹性限度内的压缩状态,现放手,当A和B一起沿斜面向上运动距离L时,A和B达到最大速度v。g为重力加速度,则以下说法正确的是( )
A.若运动过程中A和B能够分离,则A和B恰好分离时,二者加速度大小均等于
B.A和B达到最大速度v时,弹簧长度刚好是自然长度
C.从释放到A和B达到最大速度v的过程中,弹簧对A所做的功等于
D.从释放到A和B达到最大速度v的过程中,A对B所做的功等于
14.一质量为的滑块在水平方向恒力的作用下,在光滑的水平面上运动,如图所示为滑块在水平面上运动的一段轨迹,滑块过P、Q两点时速度大小均为,滑块在P点的速度方向与PQ连线夹角,,。则下列说法正确的是( )
A.水平恒力F的方向与PQ连线成53°夹角
B.滑块从P点运动到Q点的过程中速度变化量为0m/s
C.滑块从P点运动到Q点的时间为0.3s
D.滑块从P点运动到Q点的过程中动能最小值为0.16J
15.如图所示,一木块静止放在光滑水平面上,一颗子弹沿水平方向射入木块,若子弹进入木块的深度为s1,与此同时木块沿水平面移动了s2,设子弹在木块中受到的阻力大小不变,则在子弹进入木块的过程中( )
A.子弹损失的动能与木块获得的动能之比为(s1+s2):s2
B.子弹损失的动能与系统获得的内能之比为(s1+s2):s1
C.木块获得的动能与系统获得的内能之比为s2:s1
D.木块获得的动能与系统获得的内能之比为s1:s2
二、解答题
16.如图所示,倾角为θ的斜面上PP′、QQ′之间粗糙,且长为3L,其余部分都光滑.形状相同、质量分布均匀的三块薄木板A、B、C沿斜面排列在一起,但不粘接.每块薄木板长均为L,质量均为m,与斜面PP′、QQ′间的动摩擦因数均为2tanθ。将它们从PP′上方某处由静止释放,三块薄木板均能通过QQ′,重力加速度为g。求:
(1)薄木板A上端到达PP′时受到木板B弹力的大小;
(2)薄木板A在PP′、QQ′间运动速度最大时的位置;
(3)若从A下端距PP′距离为3L处开始下滑,求当C上端刚好越过PP′时的速度。
17.如图所示,AB是固定在竖直平面内的半径R=0.9m的光滑圆弧轨道,A、B为轨道的两端点,轨道上端点B的切线水平,下端点A相切处放置竖直向上的弹簧枪,弹簧枪可发射速度不同、质量m=0.2kg的小钢珠;CD是固定在竖直平面内的半径r=1m的光滑圆弧轨道,C、D为圆弧轨道的两端点,其连线水平,E为圆弧轨道的最低点,B、C两点的高度差h=0.8m。某次发射的小钢珠从A点进入轨道后沿轨道内壁上升,并恰好能从B点水平飞出,又恰好能无碰撞地从C点进入圆所受弧轨道CD。不计空气阻力,取重力加速度g=10m/s2.求:
(1)小钢珠从A点进入轨道时具有的动能Ek;
(2)B、C两点的水平距离s;
(3)运动到E点时,小钢珠对轨道的压力大小N。
参考答案
1.B
【详解】
小球从平衡位置P点缓慢地移到Q点,根据动能定理
解得
故B正确。
故选B。
2.D
【详解】
A.物体先做加速运动,后做减速运动,但速度始终大于零,物体的速度方向和加速度方向先相同后相反,选项A错误;
B.物体的速度大小先增大后减小,加速度大小先减小后增大,选项B错误;
C.根据动能定理可知合外力对物体先做正功后做负功,选项C错误;
D.若物体做匀变速直线运动,则在运动过程中物体的平均速度为
因物体在运动过程中的位移大于做匀变速直线运动的位移,所以物体运动的平均速度大小大于,D正确。
故选D。
3.C
【详解】
根据动能定理可得
解得
由于合外力变化,无法计算出加速度。
故选C。
4.C
【详解】
根据动能定理可得物体动能的增加量为
故选C。
5.C
【详解】
根据
速度比为1∶4,则它们的动能比是1∶16
故选C。
6.A
【详解】
小球做圆周运动的半径
小球在最高点速率为v时,两根绳的拉力恰好均为零,有
可得
由动能定理可得
联立方程,解得小球运动到最低点时的速度为
在最低点由牛顿第二定律可得
联立方程,解得小球运动到最低点时每根绳的拉力大小为
故选A。
7.D
【详解】
AB.假设物体做匀速圆周运动,由题意,根据牛顿第二定律有
解得
故AB错误;
C.若物体绕星球沿椭圆轨道运动,在靠近星球的过程中星球引力对物体做正功,物体动能在增加,故C错误;
D.假设物体沿直线运动,若物体由静止开始释放,根据开普勒定律可得
解得
故D正确。
故选D。
8.C
【详解】
功是标量,合力做的功等于两力做功代数和为7J ,根据动能定理合外力做的功等于动能变化量,即该物体的动能增加了7J。
故选C。
9.D
【详解】
A.物体的动能不变,所受的合外力不一定为零,例如匀速圆周运动的物体,选项A错误;
B.如果合外力对物体做的功为零,则动能不变,但是合外力不一定为零,例如匀速圆周运动的物体,选项B错误;
C.物体在合外力作用下做变速运动,动能不一定发生变化,例如做匀速圆周运动的物体,选项C错误;
D.如果物体所受的合外力为零,那么外力对物体做的总功一定为零,选项D正确。
故选D。
10.C
【详解】
A.当电动汽车的速度最大时,牵引力等于阻力,由功率公式则有
可有
A错误;
B.当电动汽车做匀加速运动时,牵引力最大,由功率公式可得
B错误;
C.电动汽车在到内,由动能定理可得
代入数据解得
x=95.5m
因此平均速度大小为
C正确;
D.到运动中汽车牵引力的功率达到最大值,所以牵引力做的功为
D错误。
故选C。
11.C
【详解】
A.物体受与初速度方向垂直的恒力作用时,根据牛顿第二定律可知,加速度的大小与方向都不变;将运动分解为:初速度方向物体做匀速直线运动,其垂直方向做初速度为零的匀加速直线运动,合运动为匀变速曲线运动,一定不是匀速圆周运动;故A错误;
B.物体受到恒定外力作用后做曲线运动,所以该力的方向与物体初速度的方向不在同一条直线上,物体沿垂直于合外力方向的分速度大小不变,所以物体运动的最小动能不可能等于0。故B错误;
CD.若物体运动过程中存在动能相等的两点,则该物体的速度一定是先减小后增大,说明该恒定外力方向与初速度方向夹角为钝角;同时由运动的对称性可知,该两点的连线一定与恒力方向垂直。故C正确,D错误。
故选C。
12.A
【详解】
A.力有大小有方向,是矢量,故A正确;
B.温度只有大小,没有方向,是标量,故B错误;
C.时间只有大小,没有方向,是标量,故C错误;
D.动能只有大小,没有方向,是标量,故D错误。
故选A。
13.AD
【详解】
A. 依题意,可知A和B恰好分离时,弹簧正好恢复原长,应用牛顿第二定律可得
解得
a=
故A正确;
B.A和B达到最大速度v时,有
说明弹簧仍处于压缩状态。故B错误;
C.对A从释放到速度达到最大的过程,由动能定理可得
解得
故C错误;
D.对B从释放到速度达到最大的过程,由动能定理可得
解得
故D正确。
故选AD。
14.CD
【详解】
A.滑块在水平恒力作用下由P到Q,滑块过P、Q两点时速度大小均为0.5m/s,即水平恒力做功为零,所以力应该和位移的方向垂直,且根据滑块运动轨迹可判断出其指向轨迹凹处,A错误;
B.由于滑块在P、Q两点的速度方向不同,则滑块从P点运动到Q点的过程中速度变化量不为零,B错误;
C.把滑块速度分解到垂直于PQ方向上,有
在这个方向上滑块先减速后反向加速,其运动的加速度为
运动具有对称性,则有
C正确;
D.把速度分解到PQ方向,有
滑块在这个方向上的运动为匀速运动,所以当滑块在垂直于PQ方向上的速度等于零时,此时运动的动能最小,有
D正确。
故选CD。
15.ABC
【详解】
A.对子弹运用动能定理可得
﹣f(s1+s2)=△Ek子弹
对木块运用动能定理可得
fs2=△Ek木块
则子弹损失的动能与木块获得的动能之比为(s1+s2):s2。故A正确;
B.系统获得的内能
Q=fs1
则子弹损失的动能与系统获得的内能之比为(s1+s2):s1。故B正确;
CD.根据上面选项分析,可知木块获得的动能与系统获得的内能之比为s2:s1.故C正确;D错误。
故选ABC。
16.(1)mgsinθ;(2)下端离P处1.5L处时的速度最大;(3)
【详解】
(1)薄木板A上端到达PP′时,设三个木板的加速度大小为a,对三个薄木板整体根据牛顿第二定律可得(受力情况如图1所示)
3mgsinθ﹣μmgcosθ=3ma
得到
agsinθ
对A薄木板根据牛顿第二定律可得(受力情况如图2所示)
F+mgsinθ﹣μmgcosθ=ma
则得薄木板受到木板B弹力的大小
Fmgsinθ
(2)薄木板A在PP′、QQ′间运动时,将三块薄木板看成整体,当它们下滑到下滑力等于摩擦力时运动速度达最大值,设此时进入有摩擦区域的质量为mx,则有
μmxgcosθ=3mgsinθ
得到
mxm
即薄木板A的下端离P处1.5L处时的速度最大;
(3)薄木板C全部越过PP′前,三木板是相互挤压着一起运动,设C木板刚好全部越过PP′时速度为v,对三木板整体用动能定理可得
3mgsinθ×6Lμmgcosθ×3Lmv2
解得
v
17.(1);(2);(3)
【详解】
(1)在B点时,有
从到,有
解得:
(2)从B到C的时间为
故
(3)分解小钢珠在C点时的速度,如图,可知
其中
从B到E,有
在E点时,有
又
解得