8.3 动能和动能定理
一、单选题
1.起重机竖直向上加速吊起重物的过程中,钢丝绳对重物做功为W1,重力做功为W2,空气阻力做功为W3,则在这个过程中( )
A.重物动能增量为W1-W2-W3
B.重物动能增量为W1+W2-W3
C.重物机械能增量为W1+W3
D.重物的重力势能增量为W2
2.用电梯将货物沿竖直方向匀速提升一段距离。关于这一过程中,电梯对货物的支持力所做的功、重力对货物做的功以及货物动能的变化,下列说法中正确的是( )
A.重力做正功,支持力做负功,物体的动能增大
B.重力做负功,支持力做正功,物体的动能不变
C.重力做负功,支持力做正功,物体的动能增大
D.重力不做功,支持力做负功,物体的动能不变
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.如图,把一个小球从A点以初动能竖直向下抛出,小球下落到点时的动能是A点动能的2倍;若把同一个小球从点以初动能竖直向上抛出,小球上升到A点时的动能是点动能的,已知,空气对小球的阻力是一个大小恒定的力,则小球受到的空气阻力与小球的重力之比为( )
A. B. C. D.
5.如图所示,一个物体以初速度由点开始运动,沿水平面滑到点时的速度为;该物体以相同大小的初速度由沿图示中的和两个斜面滑到点的速度为,若水平面、斜面和物体间的动摩擦因数相同,且水平距离等于,忽略物体在斜面转弯处的能量损失且物体运动过程中没有离开斜面,则、大小关系( )
A. B. C. D.无法确定
6.如图所示,从同一高度的不同位置以相同的初速度先后水平抛出了A、B、C三个飞镖,分别插在竖直墙壁上的A、B、C三点,飞镖与墙面的夹角分别60°、45°、30°,三个飞镖击中墙的动能相等。假定飞镖的取向是击中墙面时的速度方向,不计空气阻力,则三个飞镖的质量之比为( )
A.4:3:2 B.3:2:1 C.5:3:1 D.6:3:2
7.如图所示,斜面固定在水平地面上,小物块静置于斜面底端,之后在水平恒力F作用下,小物块沿斜面从a点运动到b点,已知斜面倾角为,小物块质量为m,物块与斜面间动摩擦因数为,a、b间距离为L。则关于小物块从a到b的运动过程以下判断正确的是( )
A.拉力做功为FL B.重力势能增加
C.克服摩擦力做功为 D.动能增加
8.校运会比赛中,某次铅球投出后的运动轨迹如图,铅球在空中运动过程中( )
A.先处于超重状态后处于失重状态
B.加速度方向先竖直向上后竖直向下
C.到达轨迹最高点时动能不为零
D.到达轨迹最高点时重力的功率不为零
9.如图所示,运动员把质量为m的足球从水平地面踢出,足球在空中达到的最高点的高度为h,在最高点时的速度为v,不计空气阻力,重力加速度为g,下列说法中正确的是( )
A.运动员踢球时对足球做功
B.足球上升过程重力做功mgh
C.运动员踢球时对足球做功
D.足球上升过程克服重力做功
二、多选题
10.小球从某一高度处自由下落着地后反弹,然后又落下,每次与地面碰后速度为碰前速度的一半。以刚开始下落时为计时起点,小球的图像如图所示,不计空气阻力,下列说法正确的是( )
A.图像中选取竖直向上为正方向
B.每个阶段的图线并不相互平行
C.每次与地面相碰后能够上升的最大高度是前一次下落高度的一半
D.每次与地面相碰后上升到最大高度所需的时间是前一次下落时间的一半
11.2022年将在我国举办第二十四届冬奥会,滑雪是冬奥会常见的体育项目,具有很强的观赏性。某滑道示意图如图所示,半径R=10m的圆弧滑道MN与水平滑道NP平滑衔接,O是圆弧滑道MN的圆心。一质量m=50kg(含滑雪装备)的运动员从M点由静止开始下滑,最后运动员滑到P点停下。已知NP段的动摩擦因数μ=0.1,NP=18m,∠MON=37°,sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g取10m/s2,不计空气阻力,下列说法正确的是( )
A.运动员经过N点时的速度大小为2m/s
B.运动员在到达N点前的一瞬间对滑道的压力大小为700N
C.运动员在到达N点前的一瞬间对滑道的压力大小为680N
D.在MN段克服阻力做功100J
12.如图所示,一质量为m的小孩(可视为质点),沿半径为R的光滑的圆弧轨道的A点滑到B点,已知小孩在A点的速度,A、B与圆心O的连线与竖直方向的夹角分别为53°和37°,(,,)小孩从A滑到B过程中,下列说法正确的是( )
A.当R一定时,小孩到达B的速度大小随小孩质量的增大而增大
B.当m一定时,小孩到达B的动能随轨道半径的的增大而增大
C.若,,则小孩到达B点对轨道的压力大小为256N
D.在C项的条件下,小孩到达B点时重力的瞬时功率为
三、填空题
13.改变汽车的质量和速度,都可能使汽车的动能发生改变。在下列几种情况下,汽车的动能各是原来的几倍?
A.质量不变,速度增大到原来的2倍,汽车的动能是原来的_________倍;
B.速度不变,质量增大到原来的2倍,汽车的动能是原来的_________倍;
C.质量减半,速度增大到原来的4倍,汽车的动能是原来的_________倍;
D.速度减半,质量增大到原来的4倍,汽车的动能是原来的_________倍。
14.如图,一物体放在光滑的水平地面上,在两个互相垂直的水平拉力F1和F2作用下,从静止开始运动,在这一过程中,两力对物体做的功分别是3J和4J,则这两个力对物体做的总功为_______J,物体的动能增加_______J。
15.如图所示,假设在某次比赛中质量为m的运动员从10m高处的跳台跳下,设水的平均阻力约为其重力的5倍,在粗略估算中,把运动员当做质点处理,为了保证运动员的人身安全,池水深度至少为(不计空气阻力)_________m。
16.如图所示,原来质量为m的小球用长L的细线悬挂而静止在竖直位置。用水平拉力F将小球缓慢地拉到细线与竖直方向成θ角的位置的过程中,拉力F做功为_______。
四、解答题
17.电动机通过一绳子竖直吊起质量为10kg的物体,绳的拉力不能超过150N,电动机的功率不能超过1500W,要将此物体由静止起先以最大加速度做匀加速直线运动直到功率达到最大,再以最大功率做加速直线运动达到最大速度,共用时7s。求:(g取)
(1)物体在整个运动过程最大速度是多少?
(2)物体匀加速直线运动时间为多长?
(3)物体7s内共上升了多高?
18.年将在我国举办第二十四届冬奥会,跳台滑雪是最具观赏性的项目之一。如图所示,是跳台滑雪的长直助滑道的一部分,高度差。质量为的运动员从点由静止开始下滑,经过点时速度,取。求:
(1)运动员经过B点时的动能;
(2)从A点到B点过程中,阻力对运动员做的功。
19.风洞实验是研究空气动力学的主要方法。风场中有一装置如图所示,水平直杆AB段光滑,长度,BC段和CD段与小球间的动摩擦因数,其中BC段长度和CD段长度均为5m,CD段与BC段的夹角,转角处平滑连接。每次开始实验前,都将的小球置于A端,然后通过调节风速让作用在小球上的风力根据需要维持某个恒定值。已知小球的孔径略大于直杆截面直径,小球过C点前后瞬间速度大小不变,(,)请解答以下问题:
(1)若风力,释放小球,求小球过B点的速度;
(2)同(1)问条件,求小球最后停止的位置距A点的距离x;
(3)若风力,释放小球,求小球能到达的最高位置距离C点多远。
试卷第6页,共7页
试卷第7页,共7页
参考答案
1.C
【详解】
AB. 根据动能定理,重物动能增量为
Ek=W1+W2+W3
选项AB错误;
C. 除重力外的其他力的功等于机械能增量,则重物机械能增量为
E=W1+W3
D. 重力做功等于重力势能的减小量,则重物的重力势能增量为-W2,选项D错误。
故选C。
2.B
【详解】
物体受竖直向下的重力和竖直向上的支持力,物体沿竖直方向匀速上升了一段距离,所以位移方向是向上的,根据功的定义式
W=Flcosα
可以发现:重力做负功,支持力做正功,由于物体匀速提升了一段距离,所以物体的动能不变。
故选B。
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】
设空气对小球的阻力为,根据动能定理,下落过程
上升过程
因此
由题意知
解得
故选C。
5.A
【详解】
设水平面、斜面和物体间的动摩擦因数为,斜面的两个倾角分别为,物体在水平面上运动时,从A到B,由动能定理,有
在斜面上运动时,有
由几何关系,可得
联立,可得
故选A。
6.B
【详解】
设水平初速度为,飞镖击中墙壁的速度为v,飞镖与墙面的夹角为,根据运动的合成与分解,则有
则击中墙壁时的动能为
联立解得
因、相同,故,故当飞镖与墙面的夹角分别60°、45°、30°时三个飞镖的质量之比为
故选B。
7.D
【详解】
A.小物块静置于斜面底端,在力F的作用下沿斜面向上运动,从a点运动到b点,其受力如图所示,由功的计算公式可得拉力做功
W=FLcosθ
A错误;
B.物块从a点运动到b点,上升的高度是h=Lsinθ,重力势能增加
B错误;
C.物块运动中受摩擦力
Ff=μ(mgcosθ+Fsinθ)
物块克服摩擦力做功为
Wf=FfL=μ(mgcosθ+Fsinθ)L
C错误;
D.物块从a点运动到b点,由动能定理可得动能增加
Ek=W合=[Fcosθ μ(mgcosθ+Fsinθ) mgsinθ]L=(Fcosθ μFsinθ μmgcosθ mgsinθ)L
D正确。
故选D。
8.C
【详解】
AB.铅球在空中运动过程中加速度始终等于重力加速度,方向竖直向下,所以始终处于失重状态,故AB错误;
C.铅球到达轨迹最高点时竖直分速度为零,水平分速度不为零,所以动能不为零,故C正确;
D.铅球到达轨迹最高点时,速度沿水平方向,与重力方向垂直,所以此时重力的功率为零,故D错误。
故选C。
9.C
【详解】
AC.对于足球,根据动能定理
解得运动员对足球做功
A错误,C正确;
BD.足球上升过程重力做功
足球上升过程中克服重力做功
BD错误。
故选C。
10.AD
【详解】
A.小球第一阶段做自由落体运动,则知图象中选取竖直向上为正方向,故A正确;
B.自由落体运动和竖直上抛运动的加速度均为重力加速度,根据v-t图象的斜率等于加速度,可知每个阶段的图线是相互平行的,故B错误;
CD.小球每次与地面碰后动能变为碰撞前的,速率变为碰撞前的,根据图象的“面积”表示位移,结合几何关系可知,每次与地面相碰后能够上升的最大高度是前一次下落高度的,根据
可知,每次与地面相碰后上升到最大高度所需的时间是前一次下落时间的一半,故C错误,D正确。
故选AD。
11.CD
【详解】
A.设经过N点速度为vN,从 N至P根据动能定理得
解得
故A错误;
BC.设滑道在N点对人的支持力为F,根据牛顿第二定律得
解得
根据牛顿第三定律可知,人对滑道的压力大小为680N,故B错误,C正确;
D.从M至N,利用动能定理得
解得
克服阻力做功为100J,故D正确。
故选CD。
12.BC
【详解】
A.对小孩从A到B的过程,根据动能定理有
①
解得
②
由②式可知当R一定时,小孩到达B的速度大小与小孩的质量无关,故A错误;
B.同A理有
③
由③式可知当m一定时,小孩到达B的动能随轨道半径的的增大而增大,故B正确;
C.设小孩到达B点时所受轨道支持力的大小为FN,则根据牛顿第二定律有
④
联立②④并代入数据解得
⑤
根据牛顿第三定律可知小孩到达B点对轨道的压力大小为256N,故C正确;
D.在C项的条件下,小孩到达B点时重力的瞬时功率为
⑥
联立②⑥解得
⑦
故D错误。
故选BC。
13.4 2 8 1
【详解】
A.根据公式
当质量不变,速度增大到原来的2倍,动能变为原来的4倍
B.根据公式
当速度不变,质量增大到原来的2倍,动能变为原来的2倍
C. 根据公式
当质量减半,速度增大到原来的4倍,动能增大到原来的8倍
D. 根据公式
当速度减半,质量增大到原来的4倍,动能不变
14.7 7
【详解】
依题意,这两个力对物体做的总功为
依题意,这两个力所做的功即为物体受到合力的功,有
根据动能定理,可得物体的动能增加
15.2.5
【详解】
设池水的最小深度为h2,跳台离水面的高度为h1=10m,对整个过程,由动能定理得
mg(h1+h2)-fh2=0
而
f=5mg
联立解得
h2=2.5m
16.
【详解】
当F缓慢地拉离与竖直方向成角的位置过程中,缓慢则是速率不变,重力做负功,拉力做正功,则由动能定理可得
而高度变化为
所以
17.(1)15m/s;(2)2s;(3)78.75m
【详解】
(1)物体匀速时,速度达最大,牵引力等于重力
由功率公式可得
代入数据得
(2)由牛顿第二定律可得
末速度
匀加速直线运动上升的时间
(3)匀加速直线运动上升高度为
在功率恒定的过程中
由动能定理得
代入数据后解得
所以物体7s内共上升了
18.(1)3000J;(2)-300J
【详解】
(1)运动员经过点时的动能
(2)从点到点过程中,对运动员,根据动能定理,有
解得
19.(1);(2)9m;(3)21.8m
【详解】
(1)由牛顿第二定律有
即
由运动学公式
可得小球到B点的速度为
(2)由牛顿第二定律有
其中
即
由
其中
可得
即距离A点为
(3)根据题意,风力一直为水平方向80N,设小球能到达D点,且到达D点时的速度为,根据动能定理
代数
解得
说明小球能够到达D点,并且到达D点的速度为。然后小球从D点抛出,竖直方向上做竖直上抛运动,水平方向上匀加速直线运动。设小球经过时间t到达最高点E点,E点和D点的高度差为h,水平距离为x3,则
解得
小球能到达的最高位置E点距离C点
解得
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