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動(dòng)能和動(dòng)能定理 (40分鐘　100分) 一、選擇題(本題共8小題,每小題7分,共56分) 1.(多選)關(guān)于動(dòng)能,下列說(shuō)法正確的是　(　　) A.公式Ek=12mv2中的速度v一般是物體相對(duì)于地面的速度 B.動(dòng)能的大小由物體的質(zhì)量和速率決定,與物體運(yùn)動(dòng)的方向無(wú)關(guān) C.一定質(zhì)量的物體動(dòng)能變化時(shí),速度一定變化,但速度變化時(shí),動(dòng)能不一定變化 D.動(dòng)能不變的物體,一定處于平衡狀態(tài) 【解析】選A、B、C。動(dòng)能是標(biāo)量,與速度的大小有關(guān),而與速度的方向無(wú)關(guān),B對(duì)。公式中的速度是相對(duì)于地面的速度,A對(duì)。一定質(zhì)量的物體的動(dòng)能變化時(shí),速度的大小一定變化,但速度變化時(shí),動(dòng)能不一定變化,如勻速圓周運(yùn)動(dòng),動(dòng)能不變,但速度變化,故選項(xiàng)C正確、D錯(cuò)誤。 2.一人用力踢質(zhì)量為1 kg的靜止足球,使足球以10 m/s的水平速度飛出,設(shè)人踢足球的平均作用力為200 N,足球在水平方向滾動(dòng)的距離為20 m,則人對(duì)足球做的功為(g取10 m/s2)　(　　) A.50 J　　B.200 J　　C.4 000 J　　D.6 000 J 【解析】選A。人對(duì)足球做功的過(guò)程只是在踢球的瞬間,球在空中飛行以及在地面上滾動(dòng)的過(guò)程中,都不是人在做功,所以人對(duì)足球做功的過(guò)程就是足球獲得動(dòng)能的過(guò)程。根據(jù)動(dòng)能定義Ek=12mv2得,人對(duì)足球做的功為50 J。 3.(2016四川高考)韓曉鵬是我國(guó)首位在冬奧會(huì)雪上項(xiàng)目奪冠的運(yùn)動(dòng)員。他在一次自由式滑雪空中技巧比賽中沿“助滑區(qū)”保持同一姿態(tài)下滑了一段距離,重力對(duì)他做功1 900 J,他克服阻力做功100 J。韓曉鵬在此過(guò)程中　世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)35684178(　　) A.動(dòng)能增加了1 900 J　　　 B.動(dòng)能增加了2 000 J C.重力勢(shì)能減小了1 900 J D.重力勢(shì)能減小了2 000 J 【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)從以下兩點(diǎn)進(jìn)行分析: (1)動(dòng)能定理:合外力做功等于動(dòng)能的增量。 (2)重力做功等于重力勢(shì)能的變化量。 【解析】選C。由動(dòng)能定理得W合=1 900 J-100 J=1 800 J,動(dòng)能增加了1 800 J,故A、B錯(cuò);重力勢(shì)能的變化量等于重力做功等于1 900 J,C正確,D錯(cuò)誤。 4.如圖所示,AB為14圓弧軌道,BC為水平直軌道,圓弧的半徑為R,BC的長(zhǎng)度也是R。一質(zhì)量為m的物體,與兩個(gè)軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)都為μ,當(dāng)它由軌道頂端A從靜止開(kāi)始下落時(shí),恰好運(yùn)動(dòng)到C處停止,那么物體在AB段克服摩擦力所做的功 為　(　　) A.μmgR2　　　　　　　　 B.mgR2 C.mgR D.(1-μ)mgR 【解析】選D。設(shè)物體在AB段克服摩擦力所做的功為WAB,BC段摩擦力做功-μmgR。故物體從A運(yùn)動(dòng)到C的全過(guò)程,由動(dòng)能定理得:mgR-WAB-μmgR=0 解得:WAB=mgR-μmgR=(1-μ)mgR,故D正確。 5.(多選)質(zhì)量為M的木塊放在光滑的水平面上,質(zhì)量為m的子彈以速度v0沿水平方向射中木塊并最終留在木塊中與木塊一起以速度v運(yùn)動(dòng)。當(dāng)子彈進(jìn)入木塊的深度為s時(shí)相對(duì)木塊靜止,這時(shí)木塊前進(jìn)的距離為L(zhǎng)。若木塊對(duì)子彈的阻力大小F視為恒定,下列關(guān)系正確的是　(　　) A.FL=Mv22　　　　　　　 B.Fs=mv22 C.Fs=mv022-(m+M)v22 D.F(L+s)=mv022-mv22 【解析】選A、C、D。由動(dòng)能定理得:-F(L+s)=12mv2-12mv02,FL=12Mv2,故Fs=mv022-M+m2v2,故A、C、D項(xiàng)正確。 6.(多選)(2016全國(guó)卷Ⅲ)如圖,一固定容器的內(nèi)壁是半徑為R的半球面;在半球面水平直徑的一端有一質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)P。它在容器內(nèi)壁由靜止下滑到最低點(diǎn)的過(guò)程中,克服摩擦力做的功為W。重力加速度大小為g。設(shè)質(zhì)點(diǎn)P在最低點(diǎn)時(shí),向心加速度的大小為a,容器對(duì)它的支持力大小為N,則　世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)35684179(　　) A.a=2(mgR-W)mR　　　 B.a=2mgR-WmR C.N=3mgR-2WR D.N=2(mgR-W)R 【解析】選A、C。由P點(diǎn)到最低點(diǎn),由動(dòng)能定理得mgR-W=12mv2,再由a=v2R得a=2(mgR-W)mR,A正確,B錯(cuò)誤;在最低點(diǎn)支持力與重力的合力充當(dāng)向心力,根據(jù)牛頓第二定律得N-mg=mv2R,可得N=3mgR-2WR,C正確,D錯(cuò)誤。 7.(多選)如圖所示,質(zhì)量為m的小車(chē)在水平恒力F推動(dòng)下,從山坡(粗糙)底部A處由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)至高為h的坡頂B,獲得速度為v,A、B之間的水平距離為x,重力加速度為g。下列說(shuō)法正確的是　(　　) A.小車(chē)克服重力所做的功是mgh B.合外力對(duì)小車(chē)做的功是12mv2 C.推力對(duì)小車(chē)做的功是12mv2+mgh D.阻力對(duì)小車(chē)做的功是12mv2+mgh-Fx 【解析】選A、B、D。重力做功WG=-mgh,A對(duì)。推力做功WF=Fx=12mv2+mgh-Wf,C錯(cuò)。根據(jù)動(dòng)能定理WF+Wf+WG=12mv2,即合外力做功12mv2,B對(duì)。由上式得阻力做功Wf=12mv2-WF-WG=12mv2+mgh-Fx,D正確。 8.(多選)物體沿直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖象如圖所示,已知在第1 s內(nèi)合力對(duì)物體做的功為W,則　(　　) A.從第1 s末到第3 s末合力做的功為4W B.從第3 s末到第5 s末合力做的功為-2W C.從第5 s末到第7 s末合力做的功為W D.從第3 s末到第4 s末合力做的功為-0.75W 【解析】選C、D。物體在第1 s末到第3 s末做勻速直線運(yùn)動(dòng),合力為零,做功為零,故A錯(cuò)誤;從第3 s末到第5 s末動(dòng)能的變化量與第1 s內(nèi)動(dòng)能的變化量相反,合力的功相反,等于-W,故B錯(cuò)誤;從第5 s末到第7 s末動(dòng)能的變化量與第1 s內(nèi)動(dòng)能的變化量相同,合力做功相同,即為W,故C正確。從第3 s末到第4 s末動(dòng)能變化量是負(fù)值,大小等于第1 s內(nèi)動(dòng)能的變化量的34,則合力做功為-0.75W,故D正確。 二、計(jì)算題(本題共2小題,共44分。要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位) 9.(22分)一輛汽車(chē)在平直公路上行駛,受到恒定的阻力作用。已知阻力大小為Ff,汽車(chē)的質(zhì)量為m。 (1)若汽車(chē)在恒定的牽引力F作用下由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),求汽車(chē)行駛的距離為s時(shí)的速度v和功率P1。 (2)若汽車(chē)以額定功率由靜止啟動(dòng),當(dāng)行駛的時(shí)間為t時(shí),速度達(dá)到最大值vm,求汽車(chē)的額定功率P0及在時(shí)間t內(nèi)運(yùn)動(dòng)的位移s′。 【解析】(1)汽車(chē)以恒定牽引力運(yùn)動(dòng),由動(dòng)能定理得:Fs-Ffs=12mv2-0,解得v=2(F-Ff)sm, 汽車(chē)的功率:P1=Fv=F2(F-Ff)sm。 (2)汽車(chē)做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)速度達(dá)到最大值,由平衡條件可得,此時(shí)的牽引力 F′=Ff; 由P=Fv可知,汽車(chē)的額定功率P0=Fvm=Ffvm, 由動(dòng)能定理得:P0t-Ffs′=12mvm2-0, 解得s′=vmt-mvm22Ff 答案:(1)2(F-Ff)sm　F2(F-Ff)sm (2)Ffvm　vmt-mvm22Ff 10.(22分)如圖所示,質(zhì)量為m的小物塊在粗糙水平桌面上做直線運(yùn)動(dòng),經(jīng)距離l后以速度v飛離桌面,最終落在水平地面上。已知l=1.4m,v=3.0m/s,m=0.10kg,物塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.25,桌面高h(yuǎn)=0.45m。不計(jì)空氣阻力,重力加速度g取10m/s2。求:　世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)35684180 (1)小物塊落地點(diǎn)距飛出點(diǎn)的水平距離s。 (2)小物塊落地時(shí)的動(dòng)能Ek。 (3)小物塊的初速度大小v0。 【解析】(1)由于h=12gt2?、? s=vt?、? 解①②得s=0.9m (2)根據(jù)動(dòng)能定理mgh=Ek-12mv2 解得Ek=mgh+12mv2=0.9J (3)由動(dòng)能定理-μmgl=12mv2-12mv02 故v0= =3.02+20.25101.4m/s=4 m/s 答案:(1)0.9m　(2)0.9 J　(3)4 m/s 【能力挑戰(zhàn)區(qū)】 1.如圖所示,將質(zhì)量m=2 kg的一個(gè)小球從離地面H=2 m高處由靜止開(kāi)始釋放,落入泥潭并陷入泥中h=5 cm深處。不計(jì)空氣阻力,求泥對(duì)小球的平均阻力。(g取10 m/s2)　世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)35684181 【解析】小球的整個(gè)下落過(guò)程分為兩段,由題圖可知,第一段是空中的自由下落運(yùn)動(dòng),只受重力作用;第二段是在泥潭中的運(yùn)動(dòng),受重力和泥的阻力。兩階段的聯(lián)系是,前一段的末速度等于后一段的初速度?？紤]用牛頓第二定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解,或者由動(dòng)能定理求解。 解法一(應(yīng)用牛頓第二定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解): 小球在空中做自由落體運(yùn)動(dòng),落地速度:v=2gH。 在泥潭中的運(yùn)動(dòng)階段,設(shè)小球做減速運(yùn)動(dòng)的加速度的大小為a,則有v2=2ah,解得a=Hhg。 由牛頓第二定律:Ff-mg=ma, 所以泥對(duì)小球的平均阻力:Ff=m(g+a)=m(g+Hhg)=H+hhmg=2+0.050.05210N=820N。 解法二(應(yīng)用動(dòng)能定理分段求解): 設(shè)小球剛落入泥潭時(shí)的速度為v,對(duì)小球在空中運(yùn)動(dòng)階段應(yīng)用動(dòng)能定理,有:mgH=12mv2-0; 對(duì)小球在泥潭中運(yùn)動(dòng)階段應(yīng)用動(dòng)能定理,有: mgh-Ffh=0-12mv2。 由以上兩式解得泥對(duì)小球的平均阻力: Ff=H+hhmg=2+0.050.05210N=820 N。 解法三(應(yīng)用動(dòng)能定理整體求解): 對(duì)小球在整個(gè)運(yùn)動(dòng)階段應(yīng)用動(dòng)能定理,有: mg(H+h)-Ffh=0-0。 所以,泥對(duì)小球的平均阻力: Ff=H+hhmg=2+0.050.05210N=820 N。 答案:820N 2.(2016天津高考)我國(guó)將于2022年舉辦冬奧會(huì),跳臺(tái)滑雪是其中最具觀賞性的項(xiàng)目之一。如圖所示,質(zhì)量m=60kg的運(yùn)動(dòng)員從長(zhǎng)直助滑道AB的A處由靜止開(kāi)始以加速度a=3.6m/s2勻加速滑下,到達(dá)助滑道末端B時(shí)速度vB=24m/s,A與B的豎直高度差H=48m。為了改變運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)方向,在助滑道與起跳臺(tái)之間用一段彎曲滑道銜接,其中最低點(diǎn)C處附近是一段以O(shè)為圓心的圓弧。助滑道末端B與滑道最低點(diǎn)C的高度差h=5m,運(yùn)動(dòng)員在B、C間運(yùn)動(dòng)時(shí)阻力做功W=-1530J,g取10m/s2。世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)35684182 (1)求運(yùn)動(dòng)員在AB段下滑時(shí)受到阻力Ff的大小。 (2)若運(yùn)動(dòng)員能夠承受的最大壓力為其所受重力的6倍,則C點(diǎn)所在圓弧的半徑R至少應(yīng)為多大。 【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)從以下四點(diǎn)進(jìn)行分析: (1)由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出滑道AB的長(zhǎng)度。 (2)分析運(yùn)動(dòng)員在AB段的受力情況,運(yùn)用牛頓第二定律求解運(yùn)動(dòng)員在AB段下滑時(shí)受到阻力Ff。 (3)對(duì)BC段應(yīng)用動(dòng)能定理,求出運(yùn)動(dòng)員通過(guò)C點(diǎn)時(shí)的速度。 (4)運(yùn)動(dòng)員通過(guò)C點(diǎn)時(shí)重力和支持力的合力提供向心力。 【解析】(1)運(yùn)動(dòng)員在AB上做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),設(shè)AB的長(zhǎng)度為x,則有 vB2=2ax?、? 由牛頓第二定律知 mgHx-Ff=ma?、? 聯(lián)立①②式,代入數(shù)據(jù)解得 Ff=144N③ (2)設(shè)運(yùn)動(dòng)員到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的速度為vC,在由B到C的過(guò)程中 mgh+W=12mvC2-12mvB2?、? 設(shè)運(yùn)動(dòng)員在C點(diǎn)所受的支持力為FN,由牛頓第二定律知 FN-mg=mvC2R?、? 由運(yùn)動(dòng)員能夠承受的最大壓力為其所受重力的6倍,聯(lián)立④⑤式,代入數(shù)據(jù)解得 R=12.5m⑥ 答案:(1)144N　(2)12.5 m