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动能定理的应用试题及答案-高中物理-云返教育
如图所示,物体A放在足够长的木板B上,木板B静止于水平面.t=0时,电动机通过水平细绳以恒力F拉木板B,使它做初速度为零、加速度a
B
=1.0m/s
2
的匀加速直线运动.已知A的质量m
A
和B的质量m
B
均为2.0kg,A、B之间的动摩擦因数μ
1
=0.05,B与水平面之间的动摩擦因数μ
2
=0.1,最大静摩擦力与滑动摩擦力大小视为相等,重力加速度g取10m/s
2
.求
(1)物体A刚运动时的加速度a
A
;
(2)t=1.0s时,电动机的输出功率P;
(3)若t=1.0s时,将电动机的输出功率立即调整为P′=5W,并在以后的运动过程中始终保持这一功率不变,t=3.8s时物体A的速度为1.2m/s.则在t=1.0s到t=3.8s这段时间内木板B的位移为多少?
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难
(2009?江苏)如图所示,两平行的光滑金属导轨安装在一光滑绝缘斜面上,导轨间距为l、足够长且电阻忽略不计,导轨平面的倾角为α,条形匀强磁场的宽度为d,磁感应强度大小为B、方向与导轨平面垂直.长度为2d的绝缘杆将导体棒和正方形的单匝线框连接在一起组成“
”型装置,总质量为m,置于导轨上.导体棒中通以大小恒为I的电流(由外接恒流源产生,图中未画出).线框的边长为d(d<l),电阻为R,下边与磁场区域上边界重合.将装置由静止释放,导体棒恰好运动到磁场区域下边界处返回,导体棒在整个运动过程中始终与导轨垂直.重力加速度为g.
求:(1)装置从释放到开始返回的过程中,线框中产生的焦耳热Q;
(2)线框第一次穿越磁场区域所需的时间t
1
;
(3)经过足够长时间后,线框上边与磁场区域下边界的最大距离Χ
m
.
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难度系数:
难
如图所示,在游乐节目中,要求选手从高为H的平台上A点由静止出发,沿着动摩擦因数为μ的滑道向下运动到B点后水平滑出,最后刚好落到水池中的浮台上.设滑道可以伸缩,其水平距离为L,B点的高度h可由选手自由调节(取g=10m/s
2
).要求:
(1)选手到达B点的速度表达式;
(2)试证明选手落到浮台上的速度大小与B点的高度h无关;
(3)同学甲认为B点的高度h越大,选手在空中飞越的时间越长,在浮台上的落点距岸边C越远;同学乙认为B点的高度h越小,选手到达B点的水平速度越大,在浮台上的落点距岸边C越远,请通过推算说明你的观点.
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难度系数:
难
如图装置,AB段为倾角为37°的粗糙斜面,动摩擦因数μ
1
为0.25,BC、CE段光滑,CD为一光滑的圆形轨道,半径R=0.32m,物体在C点能顺利进出圆形轨道而不损失机械能.EF为一逆时针匀速转动的足够长的传送带,动摩擦因数μ
2
为0.2.现从AB面上距地面H处轻轻放上一质量m=1kg的小物块(视为质点).物块经过CD轨道后滑向传送带.取g=10m/s
2
,sin37°=0.6,cos37°=0.8.
(1)现将物体从H=2.7m处释放,求①第一次经过B点时的速度大小,②第一次经过D点时轨道对物块的压力大小.
(2)若传送带的速度为V=5m/s.物体仍从H=2.7m处释放,试计算说明物体能否两次通过最高点D?若能通过,请计算第二次通过最高点D点时轨道对物块的压力大小.
(3)若传送带速度大小可在释放物块前预先调节.将物体从H=2.7m处释放,从释放到第二次进入圆轨道过程的过程中,试分析物块和各接触面摩擦至少要产生多少热量才能保证物体能够两次到达D点?
(4)现将传送带速度调节至一足够大速度值,将物体从AB某处释放后,第10次进入圆轨道时仍不脱离圆轨道,试分析释放物块的高度有何要求?
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难度系数:
难
如图为某种新型设备内部电、磁场分布情况图.自上而下分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域.区域Ⅰ宽度为d
1
,分布沿纸面向下的匀强电场E
1
;区域Ⅱ宽度为d
2
,分布垂直纸面向里的匀强磁场B
1
;宽度可调的区域Ⅲ中分布沿纸面向下的匀强电场E
2
和垂直纸面向里的匀强磁场B
2
.现在有一群质量和带电量均不同的带电粒子从区域Ⅰ上边缘的注入孔A点被注入,从静止开始运动,然后相继进入Ⅱ、Ⅲ两个区域,满足一定条件的粒子将回到区域Ⅰ,其他粒子则从区域Ⅲ飞出.三区域都足够长,粒子的重力不计.求:能飞回区域Ⅰ的粒子第一次回到区域Ⅰ上边缘时离A的距离?
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难度系数:
难
图(a)所示的装置中,小物块AB质量均为m,水平面上PQ段长为l,与物块间的动摩擦因数为μ,其余段光滑.初始时,挡板上的轻质弹簧处于原长;长为r的连杆位于图中虚线位置;A紧靠滑杆(AB间距大于2r).随后,连杆以角速度ω匀速转动,带动滑杆做水平运动,滑杆的速度-时间图象如图(b)所示.A在滑杆推动下运动,并在脱离滑杆后与静止的B发生完全非弹性碰撞.
(1)求A脱离滑杆时的速度v
0
,及A与B碰撞过程的机械能损失△E.
(2)如果AB不能与弹簧相碰,设AB从P点到运动停止所用的时间为t
1
,求ω的取值范围,及t
1
与ω的关系式.
(3)如果AB能与弹簧相碰,但不能返回到P点左侧,设每次压缩弹簧过程中弹簧的最大弹性势能为E
p
,求ω的取值范围,及E
p
与ω的关系式(弹簧始终在弹性限度内).
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难度系数:
难
(2010?四川)如图所示,空间有场强E=0.5N/C的竖直向下的匀强电场,长l=0.3
√
3
m的不可伸长的轻绳一端固定于O点,另一端系一质量m=0.01kg的不带电小球A,拉起小球至绳水平后,无初速释放.另一电荷量q=+0.1C、质量与A相同的小球P,以速度v
0
=3
√
3
m/s水平抛出,经时间t=0.2s与小球A在D点迎面正碰并粘在一起成为小球C,碰后瞬间断开轻绳,同时对小球C施加一恒力,此后小球C与D点下方一足够大的平板相遇.不计空气阻力,小球均可视为质点,取g=10m/s
2
.
(1)求碰撞前瞬间小球P的速度.
(2)若小球C经过路程s=0.09m到达平板,此时速度恰好为0,求所加的恒力.
(3)若施加恒力后,保持平板垂直于纸面且与水平面的夹角不变,在D点下方面任意改变平板位置,小球C均能与平板正碰,求出所有满足条件的恒力.
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难度系数:
难
过山车是游乐场中常见的设施.下图是一种过山车的简易模型,它由水平轨道和在竖直平面内的两个圆形轨道组成,B、C分别是两个圆形轨道的最低点,半径R
1
=2.0m、R
2
=1.4m.一个质量为m=1.0kg的小球(视为质点),从轨道的左侧A点以v
0
=12.0m/s的初速度沿轨道向右运动,A、B间距L
1
=6.0m.小球与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.2,圆形轨道是光滑的.假设水平轨道足够长,圆形轨道间不相互重叠.重力加速度g=10m/s
2
,计算结果保留小数点后一位数字.试求:
(1)小球在经过第一个圆形轨道的最高点时,轨道对小球作用力的大小;
(2)如果小球恰能通过第二个圆形轨道,B、C间距L应是多少.
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难度系数:
中
(2006?盐城模拟)一劲度系数k=800N/m的轻质弹簧两端分别连接着质量均为12kg的物体A、B,将他们竖直静止在水平面上,如图所示,现将一竖直向上的变力F作用A上,使A开始向上做匀加速运动,经0.4s物体B刚要离开地面,求:(设整个过程弹簧都在弹性限度内,取g=10m/s
2
)
(1)此过程中所加外力F的最大值和最小值;
(2)此过程中力F所做的功.
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难度系数:
中
(2011?佛山二模)如图所示,一滑雪运动员质量m=60kg,经过一段加速滑行后从A点以v
A
=10m/s的初速度水平飞出,恰能落到B点.在B点速度方向(速度大小不变)发生改变后进入半径R=20m的竖直圆弧轨道BO,并沿轨道下滑.已知在最低点O时运动员对轨道的压力为2400N.A与B、B与O的高度差分别为H=20m、h=8m.不计空气阻力,取g=10m/s
2
,求:
(1)AB间的水平距离.
(2)运动员在BO段运动时克服阻力做的功.
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难度系数:
中
(2011?朝阳区二模)如图所示,光滑水平面上一质量为M、长为L的木板右端靠在固定于地面的挡板P上.质量为m的小滑块以水平速度v
0
滑上木板的左端,滑到木板的右端时速度恰好为零.
(1)求小滑块在木板上滑动的时间;
(2)求小滑块在木板上滑动过程中,木板对挡板P作用力的大小;
(3)若撤去档板P,小滑块依然以水平速度v
0
滑上木板的左端,求小滑块相对木板静止时距木板左端的距离.
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难度系数:
中
(2009?盐城模拟)如图所示,可视为质点的三物块A、B、C放在倾角为30°、长L=2m的固定斜面上,物块与斜面间的动摩擦因数μ=
7
√
3
80
,A与B紧靠在一起,C紧靠在固定挡板上,三物块的质量分别为m
A
=0.80kg、m
B
=0.64kg、m
C
=0.50kg,其中A不带电,B、C的带电量分别为q
B
=+4.00×l0
-5
C.q
C
=+2.00×l0
-5
C.且保持不变,开始时三个物块均能保持静止且与斜面间均无摩擦力作用.如果选定两点电荷在相距无穷远处的电势能为0,则相距为r时;两点电荷具有的电势能可表示为
E
F
=k
q
1
q
2
r
,现给A施加一平行于斜面向上的力F,使A在斜面上作加速度a=1.5m/s
2
的匀加速直线运动,经过时间t
0
,力F变为恒力,当A运动到斜面顶端时撤去力F.已知静电力常量k=9.0×l0
9
N?m
2
/C
2
,g=10m/s
2
.求:
(1)未施加力F时物块B、C间的距离:
(2)t
0
时间内A上滑的距离;
(3)t
0
时间内库仑力做的功;
(4)力F对A物块做的总功.
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难度系数:
中
示波管是示波器的核心部分,它主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成,如图甲所示.电子枪具有释放出电子并使电子聚集成束以及加速的作用;偏转系统使电子束发生偏转;电子束打在荧光屏形成光迹.这三部分均封装于真空玻璃壳中.已知电子的电荷量e=1.6×10
-19
C,质量m=0.91×10
-30
kg,电子所受重力及电子之间的相互作用力均可忽略不计,不考虑相对论效应.
(1)电子枪的三级加速可以简化为如图乙所示的加速电场,若从阴极逸出电子的初速度可忽略不计,要使电子被加速后的动能达到1.6×10
-16
J,求加速电压U
0
为多大;
(2)电子被加速后进入偏转系统,若只考虑电子沿Y(竖直)方向的偏转情况,偏转系统可以简化为如图丙所示的偏转电场.偏转电极的极板长l=4.0cm,两板间距离d=1.0cm,极板右端与荧光屏的距离L=18cm,当在偏转电极U上加u=480sin100πt V的正弦交变电压时,如果电子进入偏转系统的初速度v
0
=3.0×10
7
m/s,求电子打在荧光屏上产生亮线的最大长度;
(3)如图甲所示,电子枪中灯丝用来加热阴极,使阴极发射电子.控制栅极的电势比阴极低,调节阴极与控制栅极之间的电压,可控制通过栅极电子的数量.现要使电子打在荧光屏上电子的数量增加,应如何调节阴极与控制栅极之间的电压.
电子枪中A
1
、A
2
和A
3
三个阳极除了对电子加速外,还共同完成对电子束的聚焦作用,其中聚焦的电场可简化为如图丁所示的电场,图中的虚线是该电场的等势线.请说明聚焦电场如何实现对电子束的聚焦作用.
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难度系数:
中
(2009?威海模拟)如图所示,光滑坡道顶端距水平面高度为h,质量为m的小物块A从坡道顶端由静止滑下,进入水平面上的滑道,经过O点时无机械能损失,为使A制动,将轻弹簧的一端固定在竖直墙上的M点,另一端恰位于滑道的末端O点.已知在OM段,物块A与水平面间的动摩擦因数均为μ,其余各处的摩擦不计,重力加速度为g,求:
(1)物块滑到O点时的速度大小;
(2)弹簧为最大压缩量d时的弹性势能(设弹簧处于原长时弹性势能为零);
(3)若物块A能够被弹回到坡道上,则它能够上升的最大高度是多少?
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难度系数:
中
(2009?西城区三模)[选做题]]如图所示,两根正对的平行金属直轨道MN、M′N′位于同一水平面上,两轨道之间的距离 l=0.50m.轨道的MM′端之间接一阻值R=0.40Ω的定值电阻,NN′端与两条位于竖直面内的半圆形光滑金属轨道NP、N′P′平滑连接,两半圆轨道的半径均为 R
0
=0.50m.直轨道的右端处于竖直向下、磁感应强度B=0.64T的匀强磁场中,磁场区域的宽度d=0.80m,且其右边界与NN′重合.现有一质量 m=0.20kg、电阻 r=0.10Ω的导体杆ab静止在距磁场的左边界s=2.0m处.在与杆垂直的水平恒力 F=2.0N的作用下ab杆开始运动,当运动至磁场的左边界时撤去F,结果导体ab恰好能以最小速度通过半圆形轨道的最高点PP′.已知导体杆ab在运动过程中与轨道接触良好,且始终与轨道垂直,导体杆ab与直轨道之间的动摩擦因数 μ=0.10,轨道的电阻可忽略不计,取 g=10m/s
2
,求:
(1)导体杆刚进入磁场时,通过导体杆上的电流大小和方向;
(2)导体杆穿过磁场的过程中通过电阻R上的电荷量;
(3)导体杆穿过磁场的过程中整个电路产生的焦耳热.
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解答题
难度系数:
中
(2009?盐城二模)如图所示,倾角为θ的斜面上只有AB段粗糙,其余部分都光滑,AB段长为3L.有若干个相同的小方块(每个小方块视为质点)沿斜面靠在一起,但不粘接,总长为L.将它们由静止释放,释放时下端距A为2L.当下端运动到A下面距A为
L
2
时物块运动的速度达到最大.
(1)求物块与粗糙斜面的动摩擦因数;
(2)求物块停止时的位置;
(3)要使所有物块都能通过B点,由静止释放时物块下端距A点至少要多远?
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解答题
难度系数:
中
如图所示,一个质量为m的圆环套在一根固定的水平直杆上,环与杆的动摩擦因数为μ,现给环一个向右的初速度v
0
,如果环在运动过程中还受到一个方向始终竖直向上的力F的作用,已知F=kv(k为常数,v为速度),试讨论环在运动过程中克服摩擦力所做的功.(假设杆足够长)
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难度系数:
中
(2007?揭阳模拟)如图所示,半径R=0.40m的光滑半圆环轨道处于竖直平面内,半圆环与粗糙的水平地面相切于圆环的端点A.一质量m=0.10kg的物块(可以看成质点),在离A点4.0m处的C点以初速度V
0
冲向圆环,要求物块在圆环上运动的过程中不脱离圆环,那么对初速度V
0
有什么要求?(已知物块与地面间的动摩擦因数μ=0.2,取g=10m/s
2
)
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难度系数:
中
如图所示,BCDG是光滑绝缘的
3
4
圆形轨道,位于竖直平面内,轨道半径为R,下端与水平绝缘轨道在B点平滑连接,整个轨道处在水平向左的匀强电场中. 现有一质量为m、带正电的小滑块(可视为质点)置于水平轨道上,滑块受到的电场力大小为
3
4
mg,滑块与水平轨道间的动摩擦因数为0.5,重力加速度为g.
(1)若滑块从水平轨道上距离B点s=3R的A点由静止释放,滑块到达B点时速度为多大?
(2)在(1)的情况下,求滑块到达C点时的速度大小和受到轨道的作用力大小;
(3)改变s的大小,使滑块恰好始终沿轨道滑行,且从G点飞出轨道,求滑块在圆轨道上滑行过程中的最小速度大小.
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难度系数:
难
(2009?南通模拟)如图所示,质量为m
1
的物体A 经一轻质弹簧与下方地面上质量为m
2
的物体B相连,弹簧的劲度系数为k,A、B 都处于静止状态.一条不可伸长的轻绳绕过轻滑轮,一端连物体A,另一端连一轻挂钩,不计绳与滑轮间的摩擦,开始时各段绳都处于伸直状态,A上方的一段绳沿竖直方向,重力加速度为g.
(1)求弹簧的压缩量;
(2)现施加一恒力F竖直向下拉挂钩,求物块B刚要离开地面时物块A的加速度;
(3)在(2)中,若物块B刚要离开地面时,物块A的速度为v,求从开始施加拉力F到物块B刚要离开地面过程中,弹簧弹力对物块A所做的功;
(4)若在挂钩上挂一质量为m
3
的物体C 并从静止开始释放,恰好能使物块B离开地面,求此过程中弹簧弹力对物块A所做的功.
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难度系数:
中
高中物理动能定理的应用分页列表
1
2
3
4
5
第1章 怎样研究抛体运动
1.1 飞机投弹与平抛运动
互成角度的两个匀速直线运动的合成
平抛物体与自由落体同时落地
平抛运动
曲线运动
物体做曲线运动的条件
运动的合成和分解
第2章 研究圆周运动
2.1 怎样描述圆周运动
线速度、角速度和周期、转速
向心加速度
向心力
匀速圆周运动
第3章 动能的变化与机械功
3.1 探究动能变化跟功的关系
动能
动能和势能的相互转化
功的概念
功的计算
功能关系
第4章 能量守恒与可持续发展
4.1 势能的变化与机械功
弹性势能
重力势能
重力势能的变化与重力做功的关系
第5章 万有引力与航天
5.1 从托勒密到开普勒
开普勒定律
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