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1、
第2講 動(dòng)能 動(dòng)能定理
◎基礎(chǔ)鞏固練
1.(多選)
光滑水平面上靜止的物體,受到一個(gè)水平拉力作用開始運(yùn)動(dòng),拉力F隨時(shí)間t變化的圖象如圖所示,用Ek、v、x、P分別表示物體的動(dòng)能、速度、位移和拉力F的功率,下列四個(gè)圖象分別定性描述了這些物理量隨時(shí)間變化的情況,其中正確的是( )
解析: 由于拉力F恒定,所以物體有恒定的加速度a,則v=at,即v與t成正比,選項(xiàng)B正確;由P=Fv=Fat可知,P與t成正比,選項(xiàng)D正確;由x=at2可知x與t2成正比,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由動(dòng)能定理可知Ek=Fx=Fat2,Ek與t2成正比,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。
答案: BD
2.(2018·南通市二次調(diào)研
2、)某同學(xué)用如圖所示的裝置測量一個(gè)凹形木塊的質(zhì)量m,彈簧的左端固定,木塊在水平面上緊靠彈簧(不連接)將其壓縮,記下木塊右端位置A點(diǎn),釋放后,木塊右端恰能運(yùn)動(dòng)到B1點(diǎn)。在木塊槽中加入一個(gè)質(zhì)量m0=200 g的砝碼,再將木塊左端緊靠彈簧,木塊右端位置仍然在A點(diǎn),釋放后木塊離開彈簧,右端恰能運(yùn)動(dòng)到B2點(diǎn)。測得AB1、AB2長分別為36.0 cm和12.0 cm,則木塊的質(zhì)量m為( )
A.100 g B.200 g
C.300 g D.400 g
解析: 兩次木塊均由同一位置釋放,故彈簧恢復(fù)原長的過程中,彈簧所做的功相同,未加砝碼時(shí),由動(dòng)能定理,可得W彈-μmg·AB1=0
3、,加上砝碼m0時(shí),有W彈-μ(m+m0)g·AB2=0,解得m=100 g,選項(xiàng)A正確。
答案: A
3.如圖所示,小物塊從傾角為θ的傾斜軌道上A點(diǎn)由靜止釋放滑下,最終停在水平軌道上的B點(diǎn),小物塊與水平軌道、傾斜軌道之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均相同,A、B兩點(diǎn)的連線與水平方向的夾角為α,不計(jì)物塊在軌道轉(zhuǎn)折時(shí)的機(jī)械能損失,則動(dòng)摩擦因數(shù)大小為( )
A.tan θ B.tan α
C.tan(θ+α) D.tan(θ-α)
解析: 如圖所示,設(shè)B、O間距為x1,A點(diǎn)離水平面的高度為h,A、O間的水平距離為x2,物塊的質(zhì)量為m,在物塊下滑的全過程中,應(yīng)用動(dòng)能定理可得:mgh-μmgcos θ
4、·-μmg·x1=0,解得:μ==tan α,故B正確。
答案: B
4.(2018·濟(jì)寧模擬)如圖所示的豎直軌道,其圓形部分半徑分別是R和,質(zhì)量為m的小球通過這段軌道時(shí),在A點(diǎn)時(shí)剛好對(duì)軌道無壓力,在B點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力為mg。則小球由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中摩擦力對(duì)小球做的功為( )
A.-mgR B.-mgR
C.-mgR D.-mgR
解析: 在A處對(duì)小球由牛頓第二定律mg=m,vA=,在B處對(duì)小球由牛頓第二定律得mg+FN=m,又FN=mg,解得vB=,小球由A到B的過程由動(dòng)能定理得mg(2R-2×)+Wf=mv-mv,解得Wf=-mgR,故A正確。
答案: A
5
5、.如圖甲所示,長為4 m的水平軌道AB與半徑為R=0.6 m的豎直半圓弧軌道BC在B處相連接,有一質(zhì)量為1 kg的滑塊(大小不計(jì)),從A處由靜止開始受水平向右的力F作用,F(xiàn)的大小隨位移變化的關(guān)系如圖乙所示,滑塊與AB間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.25,與BC間的動(dòng)摩擦因數(shù)未知,g取10 m/s2,求:
(1)滑塊到達(dá)B處時(shí)的速度大??;
(2)滑塊在水平軌道AB上運(yùn)動(dòng)前2 m過程所用的時(shí)間;
(3)若到達(dá)B點(diǎn)時(shí)撤去力F,滑塊沿半圓弧軌道內(nèi)側(cè)上滑,并恰好能到達(dá)最高點(diǎn)C,則滑塊在半圓弧軌道上克服摩擦力所做的功是多少?
解析: (1)對(duì)滑塊從A到B的過程,由動(dòng)能定理得F1x1-F3x3-μmgx
6、=mv,代入數(shù)值得vB=2 m/s。
(2)在前2 m內(nèi),有F1-μmg=ma,且x1=at,解得t1= s。
(3)當(dāng)滑塊恰好能到達(dá)最高點(diǎn)C時(shí),應(yīng)有mg=m,對(duì)滑塊從B到C的過程,由動(dòng)能定理得W-mg×2R=mv-mv,代入數(shù)值得W=-5 J,即克服摩擦力做的功為5 J。
答案: (1)2 m/s (2) s (3)5 J
◎能力提升練
6.(多選)質(zhì)量為1 kg的物體在水平粗糙的地面上受到一水平外力F作用運(yùn)動(dòng),如圖甲所示,外力F和物體克服摩擦力Ff做的功W與物體位移x的關(guān)系如圖乙中的①和②所示,重力加速度g取10 m/s2。下列分析正確的是( )
A.物體與地面之間的動(dòng)
7、摩擦因數(shù)為0.2
B.物體運(yùn)動(dòng)位移為13 m
C.前3 m運(yùn)動(dòng)過程中物體的加速度為3 m/s2
D.x=9 m時(shí),物體速度為3 m/s
解析: 由Wf=Ffx對(duì)應(yīng)題圖乙可知,物體與地面之間的滑動(dòng)摩擦力Ff=2 N,由Ff=μmg可得μ=0.2,A正確;由WF=Fx對(duì)應(yīng)題圖乙可知,前3 m內(nèi),拉力F1=5 N,3~9 m內(nèi)拉力F2=2 N,物體在前3 m內(nèi)的加速度a1==3 m/s2,C正確;由動(dòng)能定理得WF-Ffx=mv2可得x=9 m時(shí),物體的速度為v=3 m/s,D正確;物體的最大位移xm==13.5 m,B錯(cuò)誤。
答案: ACD
7.(多選)如圖所示,半徑為R的半圓形光滑凹槽
8、A靜止在光滑水平面上,其質(zhì)量為m?,F(xiàn)有一質(zhì)量也為m的小物塊B,由靜止開始從槽左端的最高點(diǎn)沿凹槽滑下,當(dāng)小物塊B剛要到達(dá)槽最低點(diǎn)時(shí),凹槽A恰好被一表面涂有黏性物的固定擋板粘住,在極短的時(shí)間內(nèi)速度減為零;小物塊B繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)到距槽最低點(diǎn)的最大高度是。則小物塊從釋放到第一次到達(dá)最低點(diǎn)的過程中,下列說法正確的是( )
A.凹槽A對(duì)小物塊B做的功W=-mgR
B.凹槽A對(duì)小物塊B做的功W=mgR
C.凹槽A被粘住的瞬間,小物塊B對(duì)凹槽A的壓力大小為mg
D.凹槽A被粘住的瞬間,小物塊B對(duì)凹槽A的壓力大小為2mg
解析: 設(shè)小物塊B第一次到達(dá)最低點(diǎn)的速度為v,小物塊B從最低點(diǎn)繼續(xù)向右
9、運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn),根據(jù)動(dòng)能定理有mg=mv2,得v=,小物塊B從左端最高點(diǎn)到最低點(diǎn)的過程中,對(duì)B由動(dòng)能定理有mgR+W=mv2-0,得W=-mgR,A項(xiàng)正確,B項(xiàng)錯(cuò)誤。在最低點(diǎn)小物塊所受的向心力F向=FN-mg=m,得FN=2mg,則由牛頓第三定律可知小物塊對(duì)凹槽的壓力大小FN′=FN=2mg,所以D項(xiàng)正確,C項(xiàng)錯(cuò)誤。
答案: AD
8.(2018·福建省畢業(yè)班質(zhì)量檢查)
如圖,固定直桿上套有一小球和兩根輕彈簧,兩根輕彈簧的一端與小球相連,另一端分別固定在桿上相距為2L的A、B兩點(diǎn)。直桿與水平面的夾角為θ,小球質(zhì)量為m,兩根輕彈簧的原長均為L、勁度系數(shù)均為,g為重力加速度。
(1)小球
10、在距B點(diǎn)L的P點(diǎn)處于靜止?fàn)顟B(tài),求此時(shí)小球受到的摩擦力大小和方向;
(2)設(shè)小球在P點(diǎn)受到的摩擦力為最大靜摩擦力,且與滑動(dòng)摩擦力相等?,F(xiàn)讓小球從P點(diǎn)以一沿桿方向的初速度向上運(yùn)動(dòng),小球最高能到達(dá)距A點(diǎn)L的Q點(diǎn),求初速度的大小。
解析: (1)小球在P點(diǎn)時(shí)兩根彈簧的彈力大小相等,設(shè)為F,根據(jù)胡克定律有F=k
設(shè)小球靜止時(shí)受到的摩擦力大小為Ff,方向沿桿向下,根據(jù)平衡條件有mgsin θ+Ff=2F
代入數(shù)據(jù)解得Ff=
方向沿桿向下
(2)小球在P、Q兩點(diǎn)時(shí),彈簧的彈性勢(shì)能相等,故小球從P到Q的過程中,彈簧對(duì)小球做功為零
據(jù)動(dòng)能定理有W合=ΔEk
-mg·2sin θ-Ff·2=0-m
11、v2
聯(lián)立解得
v=
答案: (1) 方向沿桿向下 (2)
9.(2017·江蘇卷·14)如圖所示,兩個(gè)半圓柱A、B緊靠著靜置于水平地面上,其上有一光滑圓柱C,三者半徑均為R。C的質(zhì)量為m,A、B的質(zhì)量都為,與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ?,F(xiàn)用水平向右的力拉A,使A緩慢移動(dòng),直至C恰好降到地面。整個(gè)過程中B保持靜止。設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,重力加速度為g。求:
(1)未拉A時(shí),C受到B作用力的大小F;
(2)動(dòng)摩擦因數(shù)的最小值μmin;
(3)A移動(dòng)的整個(gè)過程中,拉力做的功W。
解析: (1)對(duì)C受力分析,如圖所示。
根據(jù)平衡條件有2Fcos 30°=mg
解得F=mg
(2)C恰好降到地面時(shí),B受C壓力的水平分力最大
Fxmax=mg
B受地面的摩擦力Ff=μmg
根據(jù)題意,B保持靜止,則有Ffmin=Fxmax
解得μmin=
(3)C下降的高度h=(-1)R
A的位移x=2(-1)R
摩擦力做功的大小Wf=Ffx=2(-1)μmgR
根據(jù)動(dòng)能定理W-Wf+mgh=0-0
解得W=(2μ-1)(-1)mgR
答案: (1)mg (2) (3)(2μ-1)(-1)mgR
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