8.3动能和动能定理同步练习
一、单选题(本大题共8道小题)
1. 全运会小轮车泥地竞速赛赛道由半径为R的圆弧组成,如图所示,选手从赛道顶端A由静止无动力出发冲到坡底B,设阻力大小不变恒为f,始终与速度方向相反,且满足,选手和车总质量为m,重力加速度为g,路程。则选手通过C点的速度为( )
A. B. C. D.
2. 如图所示,一滑块(可视为质点)从斜面轨道AB的A点由静止滑下后,进入与斜面轨道在B点相切的、半径R=0.5m的光滑圆弧轨道,且O为圆弧轨道的圆心,C点为圆弧轨道的最低点,滑块运动到D点时对轨道的压力为28N。已知OD与OC、OB与OC的夹角分别为53°和37°,滑块质量m=0.5kg,与轨道AB间的动摩擦因数μ=0.5,重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。则轨道AB的长度为( )
A.6.75m B.6.25m C.6.5m D.6.0m
3. 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
4. 关于动能定理,下列说法中正确的是( )
A.某过程中外力的总功等于各力做功的绝对值之和
B.只要合外力对物体做功,物体的动能就一定改变
C.在物体动能不改变的过程中,动能定理不适用
D.动能定理只适用于受恒力作用而加速运动的过程
5. 如图,表面光滑的固定斜面顶端安装一定滑轮,小物块A、B用轻绳连接并跨过滑轮(不计滑轮的质量和摩擦)。初始时刻,A、B处于同一高度并恰好静止状态。剪断轻绳后A下落、B沿斜面下滑,则( )
A.落地时,两物块速度相同
B.落地时,两个物体重力的瞬时功率不同
C.从剪断轻绳到物块着地,两物块重力势能的变化量相同
D.从剪断轻绳到物块着地,两物块重力做功的平均功率相同
6. 新冠疫情对旅游行业冲击巨大,为促进浙江温州当地旅游经济健康发展,温州某景区特从国外引进刺激异常的峡谷秋千。对外正式开放该峡谷秋千前,必须通过相关部门安全测试。某次调试该秋千安全性能实验时,工作人员将质量为80kg的“假人”从最高点由静止释放,测得“假人”摆到最低处的速度为50m/s。已知该秋千由两根长度均为600m,最高点与秋千最低点高度差300m。关于这次测试,下列说法正确的是( )
A.在经过最低点时,单根绳子的拉力为400N
B.在经过最低点时,“假人”所受向心力约为1133N
C.秋千在来回摆动过程中,“假人”在最低点时向心力不受风的影响
D.本次从静止到最低点过程中“假人”克服空气阻力做功
7. 如图所示,水平平台与水平细杆间的高度差为H,质量为M的物块放在水平台上,质量为M的小球套在水平杆上,物块和小球通过小滑轮与用轻质细线相连,滑轮右侧细线恰好竖直。现用一水平恒力F由静止沿杆拉动小球,物块始终在水平平台上,不计一切摩擦。则小球前进2H时,物块的速度为( )
A. B. C. D.
8. 一质量为m的物体在水平恒力F(大小未知)的作用下沿水平地面从静止开始做匀加速直线运动。物体通过的路程为时撤去力F,物体继续滑行的路程后停止运动。重力加速度大小为g,物体与地面间的动摩擦因数为μ,则水平恒力F的大小为( )
A.2μmg B.3μmg C.4μmg D.6μmg
二、填空题(本大题共3道小题)
9. 静置在粗糙水平面上的小车,在的水平恒力推动下运动了,撤去水平推力后,小车又运动了才停止,则小车在整个运动过程中,推力对小车做功为___________,摩擦力对小车做功为___________。
10. “套圈”是许多人喜爱的一种中国传统游戏。如图所示,大人和小孩在同一竖直线上的不同高度先后水平抛出完全相同的小圆环,且小圆环都恰好套中前方同一个物体。不计空气阻力,将小圆环的运动视为平抛运动。平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的___________运动。设大人抛出的圆环在空中运动时间为t1,大人对圆环做的功为W1;小孩抛出的圆环在空中运动时间为t2,小孩对圆环做的功为W2,则:t1___________t2(选填“大于”或“小于”),W1___________W2(选填“大于”或“小于”)。
11. 两平行板电容器的电容之比为C1:C2=3:2,带电量之比为Q1:Q2=3:1,若两个电子分别从两电容器的负极板运动到正极板,它们的动能增量之比_______。
三、解答题(本大题共3道小题)
12. 运动员驾驶摩托车做腾跃特技表演是一种刺激性很强的运动项目。如图所示AB是水平路面,BC是一段曲面。运动员驾驶功率始终是P=6kW的摩托车在AB段加速,到B点时速度达到最大m/s,再经s到达坡顶C点时关闭发动机后水平飞出。已知人和车的总质量kg,坡顶高度m,落地点D与C点的水平距离m,g取。不计空气阻力,如果在AB段摩托车所受的阻力恒定,求:
(1)AB段摩托车所受阻力的大小;
(2)摩托车经过C点时的速度;
(3)摩托车在冲上坡顶的过程中克服摩擦阻力做的功。
13. 如图所示,倾角为θ=37°的足够长光滑斜面AB与长LBC=2m的粗糙水平面BC用一小段光滑圆弧(长度不计)平滑连接,半径R=1.5m的光滑圆弧轨道CD与水平面相切于C点,OD与水平方向的夹角也为θ=37°。质量为M的小滑块从斜面上距B点L0=2m的位置由静止开始下滑,恰好运动到C点。已知重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。
(1)求小滑块与粗糙水平面BC间的动摩擦因数μ;
(2)改变小滑块从斜面上开始释放的位置,小滑块能够通过D点,求小滑块的释放位置与B点的最小距离。
14. 如图所示,质量为的小物体从A点以vA5.0m/s的初速度沿粗糙的水平面匀减速运动距离s1.0m到达B点vB2m/s,然后进入半径R0.4m竖直放置的光滑半圆形轨道,小物体恰好通过轨道最高点C后水平飞出轨道,重力加速度g取10m/s2。求:
(1)粗糙水平面的动摩擦因μ;
(2)小物体在B处对圆形轨道压力的大小FN;
(3)从轨道最高点C水平飞出后落在距B点的距离x。
答案
一、单选题(本大题共8道小题)
1. 【答案】D
【详解】
路程,所以∠AOC=30°,则小车下降高度为
运动的路程为
根据动能定理
可得
故ABC错误,D正确。
故选D。
2. 【答案】A
【解析】
【详解】
根据牛顿第三定律可知滑块运动到D点时所受轨道的支持力大小为
①
设滑块运动到D点时的速度大小为vD,根据牛顿第二定律有
②
对滑块从A点到D点的运动过程,根据动能定理有
③
联立①②③并代入数据解得轨道AB的长度为
④
故选A。
3. 【答案】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。
4. 【答案】B
【详解】
A.某过程中外力的总功等于各力做功的代数之和,故A错误;
B.只要合外力对物体做了功,由动能定理知,物体的动能就一定改变。故B正确;
C.动能不变,只能说明合外力的总功W=0,动能定理仍适用,故C错误;
D.动能定理既适用于恒力做功,也可适用于变力做功,故D错误。
故选B。
5. 【答案】D
【详解】
A.根据机械能守恒,可知落地时,两物块速度大小相等,但方向不同,故速度不同,故A错误;
B.剪断轻绳后A自由下落,B沿斜面下滑,A、B都只有重力做功,根据动能定理得
解得
两物体落地速度大小相同,初始时,设A的质量为m1,B的质量为m2,则
落地时,A物体重力的瞬时功率
B物体重力的瞬时功率
故B错误;
C.从剪断轻绳到物块着地,两物块重力势能的变化量mgh不相同,因为下落高度相同,但质量不同,故C错误;
D.从剪断轻绳到物块着地,A物块重力做功的平均功率
B物块重力做功的平均功率
故D正确。
故选D。
6. 【答案】D
【解析】
【详解】
AB.在经过最低点时,设单根绳子的拉力大小为T,“假人”所受向心力大小为F,则
解得
故AB错误;
C.“假人”从最高点由静止释放摆动到最低点的过程中,若运动方向顺风,则到达最低点时的速度会比逆风时大,所以“假人”在最低点时向心力受风的影响,故C错误;
D.设本次从静止到最低点过程中“假人”克服空气阻力做功为Wf,根据动能定理有
解得
故D正确。
故选D。
7. 【答案】D
【解析】
【详解】
小球从平台的边缘处由静止向右运动2H时,设小球的速度为v,此时轻质细线与水平方向夹角为θ,如图所示,由图可知
则有
小球沿绳子方向的分速度等于物块的速度,则有物块的速度为
对物块和小球组成的系统,用动能定理可得
ABC错误,D正确。
故选D。
8. 【答案】C
【详解】
对物体运动的整个过程,根据动能定理有
解得
故ABD错误,C正确。
故选C。
二、填空题(本大题共3道小题)
9. 【答案】 40 -40
【解析】
【分析】
【详解】
[1]推力对小车做功为
代入数据,可得
[2]由动能定理,可知
代入数据,可得
10. 【答案】 自由落体 大于 小于
【详解】
[1]平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。
[2]根据竖直方向的自由落体运动有
由于小孩抛出的高度低,所以小孩抛出的圆环在空中运动时间为t2小,即t1大于t2。
[3]平抛运动水平方向做匀速直线运动,有
由于两人抛出的圆环水平位移相等,小孩抛出的圆环在空中运动时间为t2小,所以小孩抛出的圆环水平速度v2大。
抛出过程根据动能定理有
可知W2大,即W1小于W2。
11. 【答案】2:1
【解析】
【详解】
由电容器两极板间的电势差
可得
对电子,由动能定理有
可得
三、解答题(本大题共3道小题)
12. 【答案】(1)200N;(2)m/s;(3)
【详解】
(1)在AB段当时,摩托车达到最大速度
N
(2)摩托车经过C点后做平抛运动过程中
可得
m/s
(3)摩托车在冲上坡顶过程中,由动能定理得:
解得
13. 【答案】(1)0.6;(2)
【解析】
【详解】
(1)小滑块恰好运动到C点,由动能定理得
解得
(2)滑块能够通过D点,在D点的最小速度,由
解得
设滑块在斜面上运动的距离为L,由动能定理得
解得
14. 【答案】(1);(2);(3)
【详解】
(1)小物体由A到B过程,由动能定理得到
代入数据,解得
(2)设小物体在B处受到的支持力为,根据牛顿第二定律有
得到:
根据牛顿第三定律可知,小物块对轨道的压力大小为,方向竖直向下。
(3)小物体恰好通过最高点C,由重力提供向心力,则
解得
小球离开C点后做平抛运动,竖直方向有
代入数据,解得
水平方向有
可得从轨道最高点C水平飞出后落在距B点的距离0.8m。
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