8.3 动能和动能定理
一、单选题
1.如图所示,内壁光滑、质量为m的管形圆轨道,竖直放置在光滑水平地面上,恰好处在左、右两固定光滑挡板M、Q之间,圆轨道半径为R,质量为m的小球能在管内运动,小球可视为质点,管的内径忽略不计.当小球运动到轨道最高点时,圆轨道对地面的压力刚好为零,下列判断正确的是( )
A.圆轨道对地面的最大压力大小为8mg
B.圆轨道对挡板M、Q的压力总为零
C.小球运动的最小速度为
D.小球运动到圆轨道最右端时,圆轨道对挡板Q的压力大小为5mg
2.如图甲所示,质量为4 kg的物体在水平推力作用下由静止开始沿水平地面运动,推力大小F随位移大小s变化的情况如图乙所示,物体与地面间的动摩擦因数,g取 10 m/s2,则( )
A.物体先做加速运动,推力减小到零后才开始做减速运动
B.运动过程中推力做的功为400J
C.物体在运动过程中的加速度先变小后不变
D.物体的总位移为10m
3.一质量为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.
4.如图(a),倾角为37°的传送带以v=5m/s的速度逆时针匀速转动,传送带AB之间的距离为20m,质量为m=1kg的物块(可视为质点)自A点无初速度放上传送带。物块在传送带上运动时,其动能Ek与位移x关系图像(Ek-x)如图(b)所示,物块与传送带之间的动摩擦因数为μ,重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。则下列说法中正确的是( )
A.物块与传送带之间的动摩擦因数μ=0.25
B.物块到达传送带底端B点时的动能为E0=25J
C.整个过程中因摩擦而产生的内能为30J
D.若物块能在传送带上留下痕迹,则痕迹的长度为7.5m
5.一质量为的滑块,以的速度在光滑水平面上滑行,该物体的动能是( )
A. B. C. D.
6.如图所示,轻质橡皮绳上端固定在O点,下端连接一质量为m的物块,物块与水平面之间的动摩擦因数为μ。用外力将物块拉至A点,在A点时橡皮绳的弹性势能为,将物块从A点由静止释放,途经点到达最左侧的B点(图中未画出),点在O点的正下方,在点时橡皮绳恰好处于原长,点与A点之间的距离为L,在物块由A点运动到B点的过程中,下列说法正确的是( )
A.物块在点时动能最大
B.物块从A至先加速再减速,从至B一直做减速运动
C.物块在B点时橡皮绳的弹性势能等于
D.物块在点时的动能小于
7.如图所示,一传送带的上表面以v1向右做匀速运动,其右侧平台上有一质量为m的物体以初速度v0向左冲上传动带。若传送带足够长,并且v1>v0,则物体在返回平台的瞬间,其动能与刚离开平台瞬间相比,变化了( )
A.0 B. C.- D.+
8.如图所示,小球以初速度从A点出发,沿不光滑的轨道运动到高为h的B点后自动返回,其返回途中仍经过A点,小球经过轨道连接处无机械能损失,则小球经过A点的速度大小为( )
A. B. C. D.
二、多选题
9.在上海世博会上,拉脱维亚馆的风洞飞行表演令参观者大开眼界,若风洞内总的向上的风速风量保持不变,让质量为的表演者通过调整身姿,可改变所受的向上的风力大小,以获得不同的运动效果,假设人体受风力大小与正对面积成正比,已知水平横躺时受风力面积最大,且人体站立时受风力面积为水平横躺时受风力面积的,风洞内人体可上下移动的空间总高度为。开始时,若人体与竖直方向成一定角度倾斜时,受风力有效面积是最大值的一半,恰好可以静止或匀速漂移;后来,人从最高点A开始,先以向下的最大加速度匀加速下落,经过某处后,再以向上的最大加速度匀减速下落,刚好能在最低点处减速为零,则以下说法正确的有( )
A.由A至全过程风力对表演者做的功为
B.表演者向上的最大加速度是
C.表演者向下的最大加速度是
D.点的高度是
10.如图甲,物体在水平恒力F作用下沿粗糙水平地面由静止开始运动,在时刻撤去恒力F,物体运动的v-t图象如图乙所示,重力加速度,则( )
A.恒力F与摩擦力f大小之比为
B.物体在3s内的位移
C.在撤去F前后两个阶段的平均速度大小之比为
D.物体与地面间的动摩擦因数为
三、填空题
11.木块受水平力F作用在水平面上由静止开始运动,前进s后撤去F,木块又沿原方向前进了3s停止,则摩擦力________,木块最大动能为________。
12.质量为2kg的物体A以5m/s的速度向北运动,另一个质量为0.5kg的物体B以10m/s的速度向西运动,则EkA______EkB。(填=;>;<;)
13.某同学用如图所示装置测物块与长木板间的动摩擦因数。图中长木板固定在水平桌面上,光滑的四分之一圆弧轨道与长木板的上表面在O点相切,一竖直标尺紧贴圆弧轨道左侧放置,圆弧曲面与标尺竖直面相切。
(1)在A点由静止释放物块,物块经圆弧轨道滑上长木板,最后停在a点,在B点由静止释放物块,物块最后停在长木板上的b点,量出A、B间的高度h,a、b间的距离L,重力加速度为g,则物块与长木板间的动摩擦因数μ=___________。
(2)为了减小实验误差,多次改变物块释放的位置,测出每次物块释放的位置离A点的高度h,最后停在长木板上的位置离O点的距离x,作出x h图像,求出图像的斜率k,则物块与长木板间的动摩擦因数为μ=___________。
14.快递员驾驶电动车配送货物,人和车的质量为250kg,货物的质量为50kg,送货和返回过程电动车的v-t图像如图所示,两过程中电动车都是先匀加速启动,后保持额定功率行驶。已知电动车受到的阻力与其总重力成正比,匀加速的最大速度均为2.4m/s,则电动车的额定功率为_________W;返回时电动车的最大速度为_________ m/s。(g取10m/s2)
15.质量为0.1 kg的小球从高处由静止落下,最初4s内小球动能Ek随时间的二次方t2变化的图像如图所示,g取10 m/s2.;根据图像可确定小球下落的运动______自由落体运动(选填“是”或“不是”),理由是_______。
四、解答题
16.2022年冬奥会将于2月4日在北京开幕,如图所示是冬奥会项目冰壶比赛场地示意图,左侧是投掷区域,右侧为圆垒大本营,AB为投掷线。比赛时,在圆垒圆心附近有对方的冰壶,冰壶队采用“粘壶战术”,即让己方冰壶恰能贴紧对方冰壶而不相碰。运动员在投掷线AB处将冰壶以v0=2 m/s的初速度向圆垒圆心滑出,已知对方冰壶到AB线的距离为30 m,冰壶与冰面间的动摩擦因数 1=0.008,若用毛刷擦冰面后动摩擦因数减少至 2=0.004, g取10m/s2。
(1)运动员若不用毛刷擦冰面,求冰壶能滑行的最长时间;
(2)要使“粘壶战术”成功,求运动员用毛刷擦冰面的距离。
17.为了研究滑板运动中的滑道设计,如图所示,将滑道的竖直截面简化为直轨道与圆弧轨道,半径与垂直,两点的高度差,两点的高度差段动摩擦因数段摩擦不计,圆弧半径,运动过程空气阻力不计,与水平方向的夹角.将运动员及滑板简化为一质量的质点,经过前一滑道的滑行,到达图示的A点时速度恰好水平向右,到达B点时速度恰好与斜面平行进入斜面,经过后竖直上抛再从E点落回滑道,取求:
(1)运动员到达B点时的速度大小;
(2)第一次到达D点时滑板对D点的压力;
(3)运动员有几次向上冲出E点的机会。
18.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。
19.附中女子足球队员正进行训练。某队员将质量0.4kg的足球竖直向上踢出,足球经1s上升了6m到达最高点,足球运动过程中所受空气阻力大小恒定,重力加速度g=10m/s2,求足球:
(1)被踢出瞬间的速度大小;
(2)运动过程中所受空气阻力大小;
(3)返回踢出点时的速度大小。
试卷第6页,共7页
试卷第7页,共7页
参考答案
1.A
【详解】
C.当小球运动到最高点时,圆轨道对地面的压力为零,可知小球对圆轨道的弹力等于圆轨道的重力,根据牛顿第二定律得
又
N=mg
解得小球在最高点的速度
该速度为小球运动的最小速度,故C错误;
A.根据动能定理得
根据牛顿第二定律得
解得轨道对小球的最大支持力
N′=7mg
由平衡条件及牛顿第三定律可知,圆轨道对地面的最大压力为8mg,故A正确;
B.在小球运动的过程中,圆轨道对挡板的一侧有力的作用,所以对挡板M、N的压力不为零,故B错误;
D.小球运动到圆轨道最右端时,根据动能定理得
根据牛顿第二定律得
解得
N″=4mg
由平衡条件及牛顿第三定律可知,此时圆轨道对挡板Q的压力大小为4mg,故D错误。
故选A。
2.D
【详解】
AC.推力减小到等于摩擦力以后,物体先做加速度增大的减速运动,撤去F后做匀减速运动,故AC错误;
B.由F s图象的面积可得推力全过程做功
故B错误;
D.运动的全过程,根据动能定理有
解得物体的总位移为
故D正确。
故选D。
3.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。
4.C
【详解】
A.由图(b)可知,图像的斜率表示合外力的大小,物块无初速度放上传送带,所受滑动摩擦力沿传送带向下,段有
时物块与传送带共速,动能继续增大,速度增大,说明二者共速后物块继续加速,所受滑动摩擦力沿传送带向上,有
联立解得
A错误;
B.时物块与传送带共速
解得
B错误;
C.段物块加速度
故经t1=0.5s与传送带共速
,
此阶段相对位移
段物块加速度
15x0=
解得
t2=2.5s
此阶段相对位移
因此整个过程中因摩擦而产生的内能为
C正确;
D.若物块能在传送带上留下痕迹,因为
则痕迹的长度为5m,D错误。
故选C。
5.B
【详解】
该物体的动能为
故B正确,ACD错误。
故选B。
6.B
【详解】
A.物块从A点静止释放后,到B点的过程中先加速后减速,合力为零时,速度最大,即动能最大,受力分析可知在点右侧合力为零,A错误,B正确;
C.A到B过程中,除了点外摩擦力均小于μmg,也小于,即摩擦生热应小于2mgL,B点速度为零,即物块在B点时弹性绳的弹性势大于,C错误;
D.在点时弹簧处于原长状态,没有弹性势能,A到点的过程中,物块克服摩擦力做功小于mgL,系统能量守恒可知,故物块在点的动能大于,D错误。
故选B。
7.A
【详解】
物块以速度v0滑上传送带后,在滑动摩擦力作用下向左做匀减速直线运动,直至速度为零,此后在滑动摩擦力作用下向右做匀加速运动,由于v1>v0,传送带足够长,所以根据对称性可知,物体在返回平台的瞬间速度大小为v0,则物体动能的变化量为
故A正确,BCD错误。
故选A。
8.D
【详解】
设小球在由A到B的过程中阻力做功为W,由A到B的过程中由动能定理
当小球由B返回到A的过程中,阻力做的功依旧为W,再由动能定理得
以上两式联立可得
故选D。
9.D
【详解】
A.对A至C全过程应用动能定理
解得
故A错误;
B.设最大风力为Fm,由于人体受风力大小与正对面积成正比,故人站立时风力为,由于受风力有效面积是最大值的一半时,恰好可以静止或匀速漂移,故可以求得重力
人平躺匀减速下落时有最大加速度
故B错误;
C.人站立加速下降时的最大加速度
故C错误;
D.设下降的最大速度为v,由速度位移公式,加速下降过程位移
减速下降过程位移
故
因而
故D正确;
故选D。
10.AD
【详解】
A.物体在第1s内和后2s内的位移分别为
对整个过程,由动能定理得
解得
A正确;
B.根据v-t图象与时间轴所围的面积表示位移,可得:物体在3s内的位移
B错误;
C.撤去外力前后的两个过程为匀变速直线运动,根据
知
C错误;
D.对2~3s内物体的运动过程,由动能定理得
得
D正确。
故选AD。
11.
【详解】
对全过程运用动能定理得
解得
撤去外力时动能最大,根据动能定理得
解得
12.=
【详解】
根据动能可得
物体A的动能
物体B的动能
所以
13.
【详解】
(1)A到O点的竖直高度为H,Oa的距离为x,从A到a根据动能定理可知
mgH-μmgx=0
从B到b,根据动能定理可知
mg(H+h)-μmg(x+L)=0
解得
(2)根据动能定理可知
mg(H+h)-μmgx=0-0
解得
故斜率k为
解得
14.720 4.8
【详解】
设电动车的额定功率为P,由图可知,送货过程中,匀加速位移为
由动能定理可得
返程过程中,匀加速位移为
由动能定理可得
联立方程,代入数据解得
,
返回时电动车受到的阻力为
当牵引力等于阻力时,达到最大速度
15.不是 根据图像可求得小球下落的加速度大小为8 m/s2,不是重力加速度。
【详解】
根据
由图像可知
解得
a=8m/s2
则小球下落的运动不是自由落体运动,理由是小球下落的加速度大小为8 m/s2,不是重力加速度。
16.(1)25s;(2)10m
【详解】
(1)根据牛顿第二定律,运动员若不用毛刷擦冰面,冰壶运动的加速度为
解得
冰壶能滑行的最长时间t
(2)“粘壶战术”是让己方冰壶恰能贴紧对方冰壶而不相碰,即到达对方冰壶处速度为0,由动能定理得
解得
17.(1);(2),方向竖直向下;(3)2
【详解】
(1)分解运动员到达B点的速度,有
,
解得
(2)运动员从B运动到D,由动能定理有
运动员在D点,受力分析根据牛顿第二定律可得
解得
根据牛顿第三定律可知
方向竖直向下。
(3)要冲出E点,在C点的速度必须满足
解得
由牛顿第二定律有
解得
根据运动学公式,有
解得
因为所以第一次能冲出E点。
返回时,有
解得
由运动学公式,有
再次返回C点的速度
因为所以第二次能冲出E点,再次返回时
所以第三次不能冲上E点,综上所述总共能有2次冲上E点的机会。
18.(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
19.(1);(2)0.8N;(3)
【详解】
(1)上升过程,由
得
(2)上升过程,足球加速度大小
由牛顿第二定律得
解得
(3)根据动能定理得
解得
答案第14页,共1页
答案第13页,共13页