教科版（2019） 必修 第二册 第四章 机械能及其守恒定律课时跟踪检测（十四） 动能 动能定理（含解析）

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课时跟踪检测（十四） 动能 动能定理
基础层级——基稳才能楼高
1．两个物体的质量之比为1∶4，速度大小之比为4∶1，则这两个物体的动能之比是(　　)
A．1∶4　　　　　　　　 B．4∶1
C．2∶1 D．1∶1
2．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6 J和8 J的功，则该物体的动能增加了(　　)
A．48 J B．14 J
C．10 J D．2 J
3．(多选)一质量为0.1 kg的小球，以5 m/s的速度在光滑水平面上匀速运动，与竖直墙壁碰撞后以原速率反弹，若以弹回的速度方向为正方向，则小球碰墙过程中的速度变化和动能变化分别是(　　)
A．Δv＝10 m/s B．Δv＝0
C．ΔEk＝1 J D．ΔEk＝0
4．速度为v的子弹，恰可穿透一块固定的木板。如果子弹速度为2v，子弹穿透木板时所受阻力视为不变，则可穿透同样的固定木板(　　)
A．2块 B．3块
C．4块 D．8块
5.质量为m的物体以初速度v0沿水平面向左开始运动，起始点A与一轻弹簧O端相距s，如图1所示。已知物体与水平面间的动摩擦因数为μ，物体与弹簧相碰后，弹簧的最大压缩量为x，则从开始碰撞到弹簧被压缩至最短，物体克服弹簧弹力所做的功为(　　)
图1
A.mv02－μmg(s＋x) B.mv02－μmgx
C．μmgs D．μmg(s＋x)
6. (2018·全国卷Ⅱ)如图2，某同学用绳子拉动木箱，使它从静止开始沿粗糙水平路面运动至具有某一速度。木箱获得的动能一定(　　)
图2
A．小于拉力所做的功
B．等于拉力所做的功
C．等于克服摩擦力所做的功
D．大于克服摩擦力所做的功
7．从离地面H高处落下一只小球，小球在运动过程中所受的空气阻力是它重力的k(k<1)倍，而小球与地面相碰后，能以相同大小的速率反弹。求：
(1)小球第一次与地面碰撞后，能够反弹起的最大高度是多少。
(2)小球从释放开始，直至停止弹跳为止，所通过的总路程是多少。
能力层级——跳跳摘到桃子
8.如图3所示，一质量为1 kg的小球静止在一竖直放置的轻弹簧上，弹簧劲度系数k＝50 N/m，现用一竖直向下的F＝5 N的恒力作用在小球上，当小球向下运动到最大速度时撤去F，则小球再回到初始位置时的速度大小为(弹簧一直处于弹性限度内)(　　)
图3
A．1 m/s B．2 m/s
C．2 m/s D. m/s
9．(多选) (2018·全国卷Ⅲ)地下矿井中的矿石装在矿车中，用电机通过竖井运送到地面。某竖井中矿车提升的速度大小v随时间t的变化关系如图4所示，其中图线①②分别描述两次不同的提升过程，它们变速阶段加速度的大小都相同；两次提升的高度相同，提升的质量相等。不考虑摩擦阻力和空气阻力。对于第①次和第②次提升过程(　　)
图4
A．矿车上升所用的时间之比为4∶5
B．电机的最大牵引力之比为2∶1
C．电机输出的最大功率之比为2∶1
D．电机所做的功之比为4∶5
10．如图5所示，在海滨游乐场里有一种滑沙游戏，人坐在滑板上从倾角为θ的斜坡上由静止开始下滑，经过斜坡底端沿水平滑道再滑行一段距离停下。已知滑板与斜面和水平滑道间的动摩擦因数均为μ＝0.3。若某人和滑板的总质量m＝60 kg，滑行过程中空气阻力忽略不计，重力加速度g取10 m/s2。(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)求：
图5
(1)把人和滑板看做整体，画出该整体从斜坡上下滑过程中的受力示意图；
(2)若已知θ＝37°，人从斜坡滑下时加速度的大小；
(3)若已知θ＝37°，水平滑道BC的最大长度为L1＝20 m，求人在斜坡上滑下的高度应不超过多少；
(4)若斜坡倾角θ大小可调节且大小未知、水平滑道BC的长度未知，但是场地的水平空间距离DC的最大长度为L2＝30 m，人在斜坡上从D的正上方A处由静止下滑，那么A到D的高度不超过多少？
11．(2017·全国卷Ⅱ)为提高冰球运动员的加速能力，教练员在冰面上与起跑线相距s0和s1(s1图6
(1)冰球与冰面之间的动摩擦因数；
(2)满足训练要求的运动员的最小加速度。
课时跟踪检测（十四） 动能 动能定理
基础层级——基稳才能楼高
1．两个物体的质量之比为1∶4，速度大小之比为4∶1，则这两个物体的动能之比是(　　)
A．1∶4　　　　　　　　 B．4∶1
C．2∶1 D．1∶1
解析：选B　两个物体的质量比为1∶4，速度大小比为4∶1，根据Ek＝mv2得，动能之比为：Ek1∶Ek2＝∶＝4∶1。
故选B。
2．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6 J和8 J的功，则该物体的动能增加了(　　)
A．48 J B．14 J
C．10 J D．2 J
解析：选B　合力对物体做功W合＝6 J＋8 J＝14 J。根据动能定理得物体的动能增加量为14 J，B对。
3．(多选)一质量为0.1 kg的小球，以5 m/s的速度在光滑水平面上匀速运动，与竖直墙壁碰撞后以原速率反弹，若以弹回的速度方向为正方向，则小球碰墙过程中的速度变化和动能变化分别是(　　)
A．Δv＝10 m/s B．Δv＝0
C．ΔEk＝1 J D．ΔEk＝0
解析：选AD　速度是矢量，故Δv＝v2－v1＝5 m/s－(－5 m/s)＝10 m/s。而动能是标量，初末两状态的速度大小相等，故动能相等，因此ΔEk＝0，A、D正确。
4．速度为v的子弹，恰可穿透一块固定的木板。如果子弹速度为2v，子弹穿透木板时所受阻力视为不变，则可穿透同样的固定木板(　　)
A．2块 B．3块
C．4块 D．8块
解析：选C　设木板的厚度为d，子弹的速度为v时，由动能定理知－fd＝0－mv2。当子弹的速度为2v时，设能穿透n块木板，由动能定理知－f·nd＝0－m(2v)2，联立两式解得n＝4，C正确。
5.质量为m的物体以初速度v0沿水平面向左开始运动，起始点A与一轻弹簧O端相距s，如图1所示。已知物体与水平面间的动摩擦因数为μ，物体与弹簧相碰后，弹簧的最大压缩量为x，则从开始碰撞到弹簧被压缩至最短，物体克服弹簧弹力所做的功为(　　)
图1
A.mv02－μmg(s＋x) B.mv02－μmgx
C．μmgs D．μmg(s＋x)
解析：选A　由动能定理得－W－μmg(s＋x)＝0－mv02，故物体克服弹簧弹力做功W＝mv02－μmg(s＋x)，A正确。
6. (2018·全国卷Ⅱ)如图2，某同学用绳子拉动木箱，使它从静止开始沿粗糙水平路面运动至具有某一速度。木箱获得的动能一定(　　)
图2
A．小于拉力所做的功
B．等于拉力所做的功
C．等于克服摩擦力所做的功
D．大于克服摩擦力所做的功
解析：选A　由题意知，W拉－W阻＝ΔEk，则W拉＞ΔEk，故A正确、B错误；W阻与ΔEk的大小关系不确定，故C、D错误。
7．从离地面H高处落下一只小球，小球在运动过程中所受的空气阻力是它重力的k(k<1)倍，而小球与地面相碰后，能以相同大小的速率反弹。求：
(1)小球第一次与地面碰撞后，能够反弹起的最大高度是多少。
(2)小球从释放开始，直至停止弹跳为止，所通过的总路程是多少。
解析：(1)设小球第一次与地面碰撞后，能够反弹起的最大高度是h，则由动能定理得mg(H－h)－kmg(H＋h)＝0，
解得h＝H。
(2)设球从释放开始，直至停止弹跳为止，所通过的总路程是s，对全过程由动能定理得mgH－kmgs＝0，
解得：s＝。
答案：(1)H　(2)
能力层级——跳跳摘到桃子
8.如图3所示，一质量为1 kg的小球静止在一竖直放置的轻弹簧上，弹簧劲度系数k＝50 N/m，现用一竖直向下的F＝5 N的恒力作用在小球上，当小球向下运动到最大速度时撤去F，则小球再回到初始位置时的速度大小为(弹簧一直处于弹性限度内)(　　)
图3
A．1 m/s B．2 m/s
C．2 m/s D. m/s
解析：选A　当弹簧的弹力等于重力和F的合力时，球的速度最大，此时弹簧又向下被压缩了x＝＝m＝0.1 m，根据动能定理：Fx＝mv2，解得：v＝1 m/s，故选A。
9．(多选) (2018·全国卷Ⅲ)地下矿井中的矿石装在矿车中，用电机通过竖井运送到地面。某竖井中矿车提升的速度大小v随时间t的变化关系如图4所示，其中图线①②分别描述两次不同的提升过程，它们变速阶段加速度的大小都相同；两次提升的高度相同，提升的质量相等。不考虑摩擦阻力和空气阻力。对于第①次和第②次提升过程(　　)
图4
A．矿车上升所用的时间之比为4∶5
B．电机的最大牵引力之比为2∶1
C．电机输出的最大功率之比为2∶1
D．电机所做的功之比为4∶5
解析：选AC　两次提升的高度相同，则图线①②与时间轴围成的面积相等，由几何知识可得第②次提升过程所用时间为2t0＋＝t0，所以两次上升所用时间之比为2t0∶t0＝4∶5，故A正确。在加速上升阶段电机的牵引力最大，由牛顿第二定律知，F－mg＝ma，F＝m(g＋a)，由于两次提升的质量和加速度都相同，故最大牵引力相同，故B错误。两次提升加速阶段达到的最大速度之比为2∶1，由P＝Fv可知，电机输出的最大功率之比为2∶1，故C正确。两个过程动能变化量相同，克服重力做功相同，由动能定理知，两次电机做功也相同，故D错误。
10．如图5所示，在海滨游乐场里有一种滑沙游戏，人坐在滑板上从倾角为θ的斜坡上由静止开始下滑，经过斜坡底端沿水平滑道再滑行一段距离停下。已知滑板与斜面和水平滑道间的动摩擦因数均为μ＝0.3。若某人和滑板的总质量m＝60 kg，滑行过程中空气阻力忽略不计，重力加速度g取10 m/s2。(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)求：
图5
(1)把人和滑板看做整体，画出该整体从斜坡上下滑过程中的受力示意图；
(2)若已知θ＝37°，人从斜坡滑下时加速度的大小；
(3)若已知θ＝37°，水平滑道BC的最大长度为L1＝20 m，求人在斜坡上滑下的高度应不超过多少；
(4)若斜坡倾角θ大小可调节且大小未知、水平滑道BC的长度未知，但是场地的水平空间距离DC的最大长度为L2＝30 m，人在斜坡上从D的正上方A处由静止下滑，那么A到D的高度不超过多少？
解析：
(1)受力如图所示。
(2)根据牛顿第二定律得，mgsin 37°－f＝ma
N＝mgcos 37°
f＝μN
联立以上三式，代入数据解得a＝3.6 m/s2。
(3)人和滑板从距水平面高H处下滑，从人和滑板在斜面上开始运动到人和滑板停止运动的过程中，根据动能定理：mgH－μmgcos 37°－μmgL1＝0－0
代入数据解得H＝10 m。
(4)设A到D的高度为h，根据动能定理
mgh－μmgcos θ－μmg＝0－0
代入数据解得h＝9 m。
答案：(1)见解析　(2)3.6 m/s2　(3)10 m　(4)9 m
11．(2017·全国卷Ⅱ)为提高冰球运动员的加速能力，教练员在冰面上与起跑线相距s0和s1(s1图6
(1)冰球与冰面之间的动摩擦因数；
(2)满足训练要求的运动员的最小加速度。
解析：(1)设冰球的质量为m，冰球与冰面之间的动摩擦因数为μ，由动能定理得
－μmgs0＝mv12－mv02①
解得μ＝②
(2)冰球到达挡板时，满足训练要求的运动员中，刚好到达小旗处的运动员的加速度最小。设这种情况下，冰球和运动员的加速度大小分别为a1和a2，所用的时间为t。由运动学公式得
v02－v12＝2a1s0③
v0－v1＝a1t④
s1＝a2t2⑤
联立③④⑤式得a2＝。
答案：(1)　(2)
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