(浙江專用)2019版高考物理大二輪復(fù)習(xí)優(yōu)選習(xí)題 專題二 能量與動(dòng)量 提升訓(xùn)練7 動(dòng)能定理的應(yīng)用.doc
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提升訓(xùn)練7 動(dòng)能定理的應(yīng)用 1.圖中給出一段“S”形單行盤山公路的示意圖,彎道1、彎道2可看作兩個(gè)不同水平面上的圓弧,圓心分別為O1,O2,彎道中心線半徑分別為r1=10 m,r2=20 m,彎道2比彎道1高h(yuǎn)=12 m,有一直道與兩彎道圓弧相切。質(zhì)量m=1 200 kg的汽車通過彎道時(shí)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),路面對輪胎的最大徑向靜摩擦力是車重的1.25倍,行駛時(shí)要求汽車不打滑。(sin 37=0.6,sin 53=0.8) (1)求汽車沿彎道1中心線行駛時(shí)的最大速度v1; (2)汽車以v1進(jìn)入直道,以P=30 kW的恒定功率直線行駛了t=8.0 s,進(jìn)入彎道2,此時(shí)速度恰為通過彎道2中心線的最大速度,求直道上除重力以外的阻力對汽車做的功; (3)汽車從彎道1的A點(diǎn)進(jìn)入,從同一直徑上的B點(diǎn)駛離,有經(jīng)驗(yàn)的司機(jī)會(huì)利用路面寬度,用最短時(shí)間勻速安全通過彎道,設(shè)路寬d=10 m,求此最短時(shí)間(A、B兩點(diǎn)都在軌道的中心線上,計(jì)算時(shí)視汽車為質(zhì)點(diǎn))。 2.(2017浙江金華十校期末)金華某商場門口根據(jù)金華“雙龍”元素設(shè)計(jì)了一個(gè)精美的噴泉雕塑,兩條龍噴出的水恰好相互銜接(不碰撞)形成一個(gè)“∞”字形。某學(xué)習(xí)小組為了研究噴泉的運(yùn)行原理,將噴泉簡化成如圖所示的模型,兩個(gè)龍可以看成兩個(gè)相同對稱圓的一部分(近似看成在同一平面內(nèi)),E、B兩點(diǎn)為圓的最高點(diǎn)。抽水機(jī)M使水獲得一定的初速度后沿ABCDEFG運(yùn)動(dòng),水在C、F兩處恰好沿切線進(jìn)入管道,最后回到池中。圓半徑為R=1 m,角度θ=53,忽略一切摩擦。(g取10 m/s2,sin 53=0.8,cos 53=0.6)求: (1)水從B點(diǎn)噴出的速度多大? (2)取B處一質(zhì)量為m=0.1 kg的一小段水,管道對這一小段水的作用力多大?方向如何? (3)若管道B處橫截面積為S=4 cm2,則抽水機(jī)M的輸出功率是多少?(水密度ρ=1103 kg/m3) 3.如圖甲所示為一景區(qū)游樂滑道,游客坐在坐墊上沿著花崗巖滑道下滑,他可依靠手、腳與側(cè)壁間的摩擦來控制下滑速度?;篮喕瘓D如乙所示,滑道由AB、BC、CD三段組成,各段之間平滑連接。AB段和CD段與水平面夾角為θ1,豎直距離均為h0,BC段與水平面夾角為θ2,豎直距離為12h0。一質(zhì)量為m的游客從A點(diǎn)由靜止開始下滑,到達(dá)底端D點(diǎn)時(shí)的安全速度不得大于2gh0,已知sinθ1=14、sinθ2=18,坐墊與滑道底面間摩擦及空氣阻力均不計(jì),若未使用坐墊,游客與滑道底面間的摩擦力大小Ff恒為重力的110,運(yùn)動(dòng)過程中游客始終不離開滑道,問: (1)游客使用坐墊自由下滑(即與側(cè)壁間無摩擦),則游客在BC段增加的動(dòng)能ΔEk多大? (2)若游客未使用坐墊且與側(cè)壁間無摩擦下滑,則游客到達(dá)D點(diǎn)時(shí)是否安全? (3)若游客使用坐墊下滑,則克服側(cè)壁摩擦力做功的最小值是多少? 4.某電視臺(tái)擬推出一個(gè)水上娛樂節(jié)目,體驗(yàn)者乘坐滑水車運(yùn)動(dòng)過程可以簡化為如下模型。如圖所示,滑水車從傾角為θ=53的長直軌道AC上的B點(diǎn)由靜止開始下滑,到達(dá)C點(diǎn)后進(jìn)入弧形的涉水軌道CDEF,其中CDE是半徑為R=5 m,圓心角為106的圓弧,EF為半徑為R=5 m,圓心角為53的圓弧,此時(shí)滑水車剛好能到達(dá)F點(diǎn)。已知滑水車與體驗(yàn)者的總質(zhì)量為60 kg,B點(diǎn)到C點(diǎn)的距離為L0=4 m,滑水車與軌道AC間存在摩擦,涉水軌道CDEF可視為光滑軌道,不計(jì)滑水車受到的其他阻力作用,則: (1)求滑水車經(jīng)過CDE軌道時(shí)對D點(diǎn)的壓力大小; (2)求滑水車與軌道AC間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ; (3)若要使得滑水車能在F點(diǎn)水平拋出,求滑水車在AC上的釋放點(diǎn)B到C的距離L的范圍。 5.如圖所示,是某興趣小組通過彈射器研究彈性勢能的實(shí)驗(yàn)裝置。半徑為R的光滑半圓管道(管道內(nèi)徑遠(yuǎn)小于R)豎直固定于水平面上,管道最低點(diǎn)B恰與粗糙水平面相切,彈射器固定于水平面上。某次實(shí)驗(yàn)過程中,一個(gè)可看作質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量為m的小物塊,將彈簧壓縮至A處,已知A、B相距為L。彈射器將小物塊由靜止開始彈出,小物塊沿圓管道恰好到達(dá)最髙點(diǎn)C。已知小物塊與水平面間的動(dòng)摩擦因素為μ,重力加速度為g,求: (1)小物塊到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度vB及小物塊在管道最低點(diǎn)B處受到的支持力; (2)小物塊在AB段克服摩擦力所做的功; (3)彈射器釋放的彈性勢能Ep。 6.(2018年3月臺(tái)州質(zhì)量評估)如圖所示為某水上樂園急速滑道的簡化示意圖,內(nèi)壁光滑的水平半圓形管道BC分別與傾角θ=37的傾斜管道AB和水平直管道CD中順滑連接,管道AB的A端離管道BC所在平面的高度h1=6 m,管道BC的直徑d=10 m,離水面EF的高h(yuǎn)2=1.8 m。質(zhì)量m=60 kg的游客(可視為質(zhì)點(diǎn)),從A端靜止滑下,游客與管道AB的動(dòng)摩擦因數(shù)μ1=0.125,與管道CD的動(dòng)摩擦因數(shù)μ2=0.5,整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程空氣阻力不計(jì)。(sin 37=0.6,cos 37=0.8) (1)求游客經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的速度大小; (2)求游客受到BC管道的作用力大小; (3)要使游客落到水中且落水的速度不超過8 m/s,求管道CD的長度。 7.如圖所示,所有軌道均光滑,軌道AB與水平面的夾角為θ=37,A點(diǎn)距水平軌道的高度為H=1.8 m。一無動(dòng)力小滑車質(zhì)量為m=1.0 kg,從A點(diǎn)沿軌道由靜止滑下,經(jīng)過水平軌道BC再滑入圓形軌道內(nèi)側(cè),圓形軌道半徑R=0.5 m,通過圓形軌道最高點(diǎn)D然后從水平軌道E點(diǎn)飛出,E點(diǎn)右側(cè)有一壕溝,E、F兩點(diǎn)的豎直高度差h=1.25 m,水平距離s=2.6 m。不計(jì)小滑車通過B點(diǎn)時(shí)的能量損失,小滑車在運(yùn)動(dòng)全過程中可視為質(zhì)點(diǎn),g取10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8,求: (1)小滑車從A滑到B所經(jīng)歷的時(shí)間; (2)在圓形軌道最高點(diǎn)D處小滑車對軌道的壓力大小; (3)要使小滑車既能安全通過圓形軌道又不掉進(jìn)壕溝,則小滑車至少應(yīng)從離水平軌道多高的地方由靜止滑下。 8.低碳環(huán)保綠色出行的理念逐漸深入人心,而純電動(dòng)汽車是時(shí)下相對較環(huán)保的汽車。為宣傳“低碳環(huán)?!苯】瞪罾砟?某次志愿者舉行玩具電動(dòng)小汽車的表演。如圖所示,質(zhì)量m=2 kg的小汽車以v0=4 m/s的初速度從水平軌道A處出發(fā),沿平直軌道AC運(yùn)動(dòng),到達(dá)C點(diǎn)時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī),進(jìn)入半徑R=1.8 m圓軌道,恰能做完整的圓周運(yùn)動(dòng)后又進(jìn)入CE水平軌道向右運(yùn)動(dòng),直至停下。已知小汽車與水平面的摩擦阻力恒為重力的110,AB段運(yùn)動(dòng)過程中風(fēng)力較大,可簡化為受0.8 N的水平向左的作用力,過B點(diǎn)后小汽車所受空氣作用力均忽略不計(jì)。圓軌道可視作光滑。已知AB段長度x1=3 m,BC段長度x2=2 m,CE段足夠長。小汽車自身長度可忽略。求: (1)要使小汽車完成上述運(yùn)動(dòng),AC段電動(dòng)機(jī)至少提供多少能量? (2)若CE階段啟用動(dòng)力回收系統(tǒng),把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,回收效率為30%,則該段小汽車還能滑行多遠(yuǎn)? 9.(2018年5月溫州十五校聯(lián)合體高二期中聯(lián)考)如圖所示,輕彈簧一端與墻相連,質(zhì)量為4 kg的木塊沿水平面以4 m/s的速度向左運(yùn)動(dòng)并壓縮彈簧,木塊離開彈簧時(shí)的動(dòng)能為28.8 J,離開彈簧后又運(yùn)動(dòng)了3.6 m,g取10 m/s2,求: (1)木塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù); (2)彈簧在被壓縮過程中的最大彈性勢能; (3)另一木塊以2 m/s的速度壓縮彈簧,彈簧在被壓縮過程中的最大彈性勢能與前面相同,則木塊的質(zhì)量為多少? 10.如圖所示為水上滑梯的簡化模型:傾角θ=37斜滑道AB和水平滑道BC平滑連接,起點(diǎn)A距水面的高度H=7 m,BC長d=2 m,端點(diǎn)C距水面的高度h=1 m。質(zhì)量m=50 kg的運(yùn)動(dòng)員從滑道起點(diǎn)A點(diǎn)無初速地自由滑下,運(yùn)動(dòng)員與AB、BC間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ=0.1。已知cos 37=0.8,sin 37=0.6,運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)過程中可視為質(zhì)點(diǎn),g取10 m/s2。求: (1)運(yùn)動(dòng)員從A滑到B所需的時(shí)間t; (2)運(yùn)動(dòng)員到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的速度大小vC; (3)保持水平滑道端點(diǎn)在同一豎直線上,調(diào)節(jié)水平滑道高度h和長度d到圖中BC位置時(shí),運(yùn)動(dòng)員從滑梯平拋到水面的水平位移最大,求此時(shí)滑道BC距水面的高度h。 11.(2017浙江七彩陽光聯(lián)盟期初聯(lián)考)如圖甲為滑板運(yùn)動(dòng),如圖乙為滑板比賽滑道示意簡圖,滑行軌道均在同一豎直平面內(nèi),斜軌道AB的傾角θ=37,與水平軌道BC間用小圓弧平滑相連(小圓弧的長度可忽略)。斜軌道DE傾角α=53,與半徑R=1.0 m的光滑圓弧軌道EFG相切于E點(diǎn),F為圓弧軌道最低點(diǎn),已知H1=4.2 m,L1=15.0 m,H2=1.0 m,H3=5.0 m。設(shè)滑板與直軌道間的摩擦因數(shù)均為μ=0.25,運(yùn)動(dòng)員連同滑板的總質(zhì)量m=60.0 kg。運(yùn)動(dòng)員從A點(diǎn)由靜止開始下滑,從C點(diǎn)水平飛出,與斜面DE碰撞后,沒有反彈,繼續(xù)滑行,經(jīng)過圓弧軌道F點(diǎn)時(shí)對軌道壓力大小為FN=4 800 N,從G點(diǎn)飛出后落在與G點(diǎn)同一水平面且間距為L2=6.0 m的K點(diǎn),軌跡最高點(diǎn)I與GK面的距離H4=1.8 m。運(yùn)動(dòng)員連同滑板可視為質(zhì)點(diǎn),忽略空氣阻力,sin 37=0.6,cos 37=0.8。求: 甲 (1)運(yùn)動(dòng)員從C點(diǎn)水平飛出時(shí)的速度大小vC; (2)運(yùn)動(dòng)員落在斜面DE上與斜面碰撞過程中損失的動(dòng)能ΔEk; (3)G點(diǎn)與圓心O的高度差Δh。 12.(2018年2月溫州六校協(xié)作體高三期末)上海熱帶風(fēng)暴水上樂園有個(gè)項(xiàng)目叫做“音速飛龍”。如圖甲所示,兩條高速滑道,人可以仰臥下滑,下滑起伏共有3層。圖乙為其軌道側(cè)視圖,質(zhì)量為70 kg的人從A處靜止下滑,經(jīng)BCDEF,最終停在G處。已知AB、BC、CD、DE、EF是半徑為14 m的圓弧,其對應(yīng)的圓心角均為60,FG段水平。設(shè)人滑到F點(diǎn)時(shí)速度為20 m/s,g取10 m/s2,求: (1)人剛滑到圓弧末端F點(diǎn)時(shí),滑道對人豎直向上的作用力F1的大小; (2)在AF段上滑動(dòng)過程中人克服阻力所做的功Wf; (3)若一光滑小球在該軌道無水時(shí)自A處靜止釋放,且不計(jì)空氣阻力,小球能否沿ABCDEF軌道運(yùn)動(dòng)?若能,請說明理由;若不能,請求出小球脫離軌道的位置及落回軌道所在的圓弧部分。 13.(2018年3月紹興選考適應(yīng)性)如圖為雜技演員進(jìn)行摩托車表演的軌道,它由傾斜直線軌道AB、圓弧形軌道BCD、半圓形軌道DE、水平軌道EF組成,已知軌道AB的傾角θ=37,A、B間高度差H=12 m,軌道BCD的半徑R=4.8 m,軌道DE的半徑r=2.4 m,軌道最低點(diǎn)C距水平地面高度差h=0.2 m,在軌道AB上運(yùn)動(dòng)時(shí)摩托車(含人)受到的阻力為正壓力的15,其余阻力均不計(jì)。表演者從A點(diǎn)駕駛摩托車由靜止開始沿軌道AB運(yùn)動(dòng),接著沿軌道BCDEF運(yùn)動(dòng),然后從F點(diǎn)離開軌道,最后落到地面上的G點(diǎn)。已知摩托車功率P恒為2103 W,發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間由表演者控制,表演者與摩托車總質(zhì)量m=100 kg,表演者與摩托車可視為質(zhì)點(diǎn)。(cos 37=0.8) (1)某次表演中,通過C點(diǎn)時(shí)摩托車對軌道的壓力為6 000 N,求經(jīng)過C點(diǎn)的速度vC; (2)滿足(1)中的條件下,求摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的工作時(shí)間t; (3)已知“受力因子k”等于表演者與摩托車整體承受的壓力除以整體的重力,在k≤8條件下表演者是安全的,求能在安全完成完整表演的情況下,表演者落點(diǎn)G點(diǎn)與F點(diǎn)的水平距離的可能值。 提升訓(xùn)練7 動(dòng)能定理的應(yīng)用 1.答案 (1)55 m/s (2)-2.1104 J (3)1.85 s 解析 (1)汽車沿彎道1行駛的最大速度為v1,有 kmg=mv12r1 得v1=kgr1=55 m/s。 (2)汽車沿彎道2行駛的最大速度為v2,有kmg=mv22r2 得v2=kgr2=510 m/s 直道上由動(dòng)能定理有Pt-mgh+Wf=12mv22-12mv12 代入數(shù)據(jù)可得Wf=-2.1104 J。 (3)mv2r=1.25mg?v=1.25gr 可知r增大v增大,r最大,切弧長最小,對應(yīng)時(shí)間最短,所以軌跡設(shè)計(jì)應(yīng)如右圖所示 由圖可以得到r2=r12+r-r1-d22 代入數(shù)據(jù)可以得到r=12.5 m 汽車沿著該路線行駛的最大速度v=kgr=12.5 m/s 由sinθ=r1r=0.8可知,對應(yīng)的圓心角度2θ=106 線路長度s=1063602πr 最短時(shí)間t=sv≈1.85 s。 2.答案 (1)32 m/s (2)水在B點(diǎn)受到管道豎直向下的壓力,為0.8 N (3)49.2 W 解析 (1)水做平拋運(yùn)動(dòng),豎直方向h=R+Rcosθ=1.6 m 根據(jù)vCy2=2gh 得vCy=42 m/s 又因?yàn)樗贑點(diǎn)剛好與圓相切,所以tanθ=vCyvB 所以vB=32 m/s 。 (2)以小段水為研究對象。當(dāng)水在最高點(diǎn)B受到的管道作用力是0時(shí),有Fn=mg=mv臨2R v臨=10 m/s<32 m/s 故水在B點(diǎn)受到管道豎直向下的壓力, mg+FN=mvB2R 得FN=0.8 N。 (3)以單位時(shí)間(t=1 s)從B點(diǎn)噴出的水為研究對象, m0=ρSvBt 由能量守恒定律可得,以A處為勢能零點(diǎn)有 Pt=m0g(2R)+12m0vB2 得P=34.82 W≈49.2 W。 3.答案 (1)12mgh0 (2)不安全 (3)32mgh0 解析 (1)重力在BC段做的功即為增加的動(dòng)能ΔEk 可得ΔEk=WG=12mgh0 (2)在AD段,由動(dòng)能定理,得 mgh0+12h0+h0-12Ffh0=12mvD2 vD=2.6gh0>2gh0,到達(dá)D點(diǎn)時(shí)不安全。 (3)到達(dá)D點(diǎn)的速度為2gh0,對應(yīng)的功最小。 在AD段,由動(dòng)能定理,得 mg(h0+12h0+h0)-W=12mvD2, 解得W=32mgh0。 4.答案 (1)1 560 N (2)0.5 (3)4 m- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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