
一、動能定理在多過程問題中的應用
1.運用動能定理解決多過程問題,有兩種思路
(1)分階段應用動能定理
①若題目需要求某一中間物理量,應分階段應用動能定理.
②物體在多個運動過程中,受到的彈力、摩擦力等力若發(fā)生了變化,力在各個過程中做功情況也不同,不宜全過程應用動能定理,可以研究其中一個或幾個分過程,結合動能定理,各個擊破.
(2)全過程(多個過程)應用動能定理
當物體運動過程包含幾個不同的物理過程,又不需要研究過程的中間狀態(tài)時,可以把幾個運動過程看作一個整體,巧妙運用動能定理來研究,從而避開每個運動過程的具體細節(jié),大大簡化運算.
2.全過程列式時要注意
(1)重力、彈簧彈力做功取決于物體的初、末位置,與路徑無關.
(2)大小恒定的阻力或摩擦力做功的數(shù)值等于力的大小與路程的乘積.
【例1】(多選)(2021·全國甲卷)一質(zhì)量為m的物體自傾角為α的固定斜面底端沿斜面向上滑動.該物體開始滑動時的動能為Ek,向上滑動一段距離后速度減小為零,此后物體向下滑動,到達斜面底端時動能為eq \f(Ek,5).已知sin α=0.6,重力加速度大小為g.則( )
A.物體向上滑動的距離為eq \f(Ek,2mg)
B.物體向下滑動時的加速度大小為eq \f(g,5)
C.物體與斜面間的動摩擦因數(shù)等于0.5
D.物體向上滑動所用的時間比向下滑動的時間長
【例2】如圖所示,水平桌面上的輕質(zhì)彈簧左端固定,右端與靜止在O點質(zhì)量為m=1 kg的小物塊接觸而不連接,此時彈簧無形變.現(xiàn)對小物塊施加F=10 N的水平向左的恒力,使其由靜止開始向左運動.小物塊在向左運動到A點前某處速度最大時,彈簧的彈力為6 N,運動到A點時撤去推力F,小物塊最終運動到B點靜止.圖中OA=0.8 m,OB=0.2 m,重力加速度取g=10 m/s2.求小物塊:
(1)與桌面間的動摩擦因數(shù)μ;
(2)向右運動過程中經(jīng)過O點的速度大小;
(3)向左運動的過程中彈簧的最大壓縮量.
二、動能定理在往復運動問題中的應用
1.往復運動問題:在有些問題中物體的運動過程具有重復性、往返性,而在這一過程中,描述運動的物理量多數(shù)是變化的,而且重復的次數(shù)又往往是無限的或者難以確定.
2.解題策略:此類問題多涉及滑動摩擦力或其他阻力做功,其做功的特點是與路程有關,運用牛頓運動定律及運動學公式將非常繁瑣,甚至無法解出,由于動能定理只涉及物體的初、末狀態(tài),所以用動能定理分析這類問題可使解題過程簡化.
【例3】(2021·湖北省1月選考模擬·7)如圖所示,兩傾角均為θ的光滑斜面對接后固定在水平地面上,O點為斜面的最低點.一個小物塊從右側斜面上高為H處由靜止滑下,在兩個斜面上做往復運動.小物塊每次通過O點時都會有動能損失,損失的動能為小物塊當次到達O點時動能的5%.小物塊從開始下滑到停止的過程中運動的總路程為( )
A.eq \f(49H,sin θ) B.eq \f(39H,sin θ)
C.eq \f(29H,sin θ) D.eq \f(20H,sin θ)
【例4】如圖所示,豎直面內(nèi)有一粗糙斜面AB,BCD部分是一個光滑的圓弧面,C為圓弧的最低點,AB正好是圓弧在B點的切線,圓心O與A、D點在同一高度,θ=37°,圓弧面的半徑R=3.6 m,一滑塊質(zhì)量m=5 kg,與AB斜面間的動摩擦因數(shù)μ=0.45,將滑塊從A點由靜止釋放(sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,g取10 m/s2).求在此后的運動過程中:
(1)滑塊在AB段上運動的總路程;
(2)在滑塊運動過程中,C點受到的壓力的最大值和最小值.
一、單選題
1.(2022·山東德州·高三期末)如圖所示,一質(zhì)量為m的小滑塊(可視為質(zhì)點)從斜面上的P點由靜止下滑,在水平面上滑行,至Q點停止運動。已知P點離水平面高度為h,小滑塊經(jīng)過斜面與水平面連接處時無機械能損失,重力加速度為g。為使小滑塊由Q點靜止出發(fā)沿原路返回到達P點,需對小滑塊施加一個始終與運動方向相同的拉力,則拉力至少對小滑塊做功( )
A.mghB.2mghC.2.5mghD.3mgh
2.(2022·貴州·從江縣第一民族中學高三階段練習)物體沿直線運動的v-t關系圖像如圖所示,已知在第1秒內(nèi)合外力對物體所做的功為W,則( )
A.從第1秒末到第3秒末合外力做功為4W
B.從第3秒末到第5秒末合外力做功為-2W
C.從第5秒末到第7秒末合外力做功為1.5W
D.從第3秒末到第4秒末合外力做功為-0.75W
3.(2022·廣東·鐵一中學高三階段練習)如圖甲所示,輕彈簧下端固定在傾角為 SKIPIF 1 < 0 的粗糙斜面底端,質(zhì)量為 SKIPIF 1 < 0 的物塊從輕彈簧上端上方某位置由靜止釋放,測得物塊的動能 SKIPIF 1 < 0 與其通過的路程x的關系如圖乙所示(彈簧始終處于彈性限度內(nèi)),圖像中 SKIPIF 1 < 0 之間為直線,其余部分為曲線, SKIPIF 1 < 0 時物塊的動能達到最大.彈簧的長度為l時,彈性勢能為 SKIPIF 1 < 0 ,其中k為彈簧的勁度系數(shù), SKIPIF 1 < 0 為彈簧的原長。物塊可視為質(zhì)點,不計空氣阻力,物塊接觸彈簧瞬間無能量損失,取重力加速度 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 。則( )
A.物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.2
B.彈簧的勁度系數(shù)k為 SKIPIF 1 < 0
C. SKIPIF 1 < 0 的大小為 SKIPIF 1 < 0
D.物塊在斜面上運動的總路程大于 SKIPIF 1 < 0
4.(2022·河北·開灤第二中學高三學業(yè)考試)如圖所示,一傾角為 SKIPIF 1 < 0 的斜面和半圓豎直軌道分別與水平面平滑連接于 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 兩點, SKIPIF 1 < 0 的距離為 SKIPIF 1 < 0 ,半圓軌道的圓心為 SKIPIF 1 < 0 ,半徑為 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 為其最高點。一小球從斜面上 SKIPIF 1 < 0 點由靜止下滑,通過 SKIPIF 1 < 0 點后垂直打在斜面上 SKIPIF 1 < 0 點, SKIPIF 1 < 0 與 SKIPIF 1 < 0 等高。不計一切阻力,則 SKIPIF 1 < 0 點到地面的高度為( )
A.RB. SKIPIF 1 < 0 C. SKIPIF 1 < 0 D. SKIPIF 1 < 0
5.(2022·陜西·西安中學三模)北京冬奧會的舉辦,使滑雪項目更成為了人們非常喜愛的運動項目。如圖,質(zhì)量為m的運動員從高為h的A點由靜止滑下,到達B點時以速度v0水平飛出,經(jīng)一段時間后落到傾角為θ的長直滑道上C點,重力加速度大小為g,不計空氣阻力,則運動員( )
A.落到斜面上C點時的速度vC= SKIPIF 1 < 0
B.在空中平拋運動的時間t= SKIPIF 1 < 0
C.從A到B的過程中克服阻力所做的功W克= SKIPIF 1 < 0 -mgh
D.從B點經(jīng)t= SKIPIF 1 < 0 時,與斜面垂直距離最大
6.(2021·四川·射洪中學高三階段練習)如圖所示,光滑半球的半徑為R,球心為O,固定在水平面上,其上方有一個光滑曲面軌道AB,高度為 SKIPIF 1 < 0 。軌道底端水平并與半球頂端相切。質(zhì)量為m的小球由A點靜止滑下。小球在水平面上的落點為C,則( )
A.小球將沿半球表面做一段圓周運動后拋至C點B.小球到達B點時對曲面的壓力為mg
C.OC之間的距離為 SKIPIF 1 < 0 D.OC之間的距離為2R
7.(2021·重慶·高二期末)滑板運動是非常受歡迎的運動,如圖所示為滑板運動訓練軌道簡化圖,裝置由AB、BC、CD三段軌道組成,軌道交接處均由很小的圓弧平滑連接(圖中未畫出),軌道與滑板間的動摩擦因數(shù)都相同,為方便訓練AB軌道可以適當調(diào)整,CD軌道固定。若運動員從A靜止開始下滑則剛好能到達D,那么將AB軌道向右平移后從A正上方A1靜止滑下,則( )
A.不能到達D
B.剛好能到達D
C.若能經(jīng)過D剛好到達D1,一定有AD∥A1D1
D.若能經(jīng)過D剛好到達D1,但不一定有AD∥A1D1
8.(2022·黑龍江·哈爾濱市第六中學校一模)2022年第24屆冬季奧林匹克運動會在中國舉行,跳臺滑雪是其中最具觀賞性的項目之一。跳臺滑雪賽道可簡化為助滑道、著陸坡、停止區(qū)三部分,如圖所示。一次比賽中,質(zhì)量為m的運動員從A處由靜止下滑,運動到B處后水平飛出,落在了著陸坡末端的C點,滑入停止區(qū)后,在與C等高的D處速度減為零。已知B、C之間的高度差為h,著陸坡的傾角為 SKIPIF 1 < 0 ,重力加速度為g。只考慮運動員在停止區(qū)受到的阻力,不計其他能量損失。由以上信息不可以求出( )
A.運動員在空中飛行的時間
B.A、B之間的高度差
C.運動員在停止區(qū)運動過程中克服阻力做的功
D.C、D兩點之間的水平距離
9.(2021·天津·南開中學高三階段練習)如圖所示,傾角 SKIPIF 1 < 0 的斜面固定在水平面上,可視為質(zhì)點的質(zhì)量為 SKIPIF 1 < 0 kg的小球與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.25,自然伸長的輕質(zhì)彈簧(勁度系數(shù) SKIPIF 1 < 0 N/m)一端固定在斜面底端的擋板上,小球從離彈簧上端 SKIPIF 1 < 0 m的位置靜止釋放,接觸彈簧后繼續(xù)向下運動 SKIPIF 1 < 0 m到達最低點,小球與彈簧不粘連,整個過程均未超出彈簧的彈性限度,重力加速度取 SKIPIF 1 < 0 。下列說法不正確的是( )
A.下落過程中,小球剛接觸彈簧時動能為3.2J
B.下落過程中,小球動能最大時彈力為4N
C.到最低點后,再給小球沿斜面向上的速度 SKIPIF 1 < 0 m/s,恰能回到出發(fā)點
D.整個下降過程中,重力勢能的減少量大于彈簧彈性勢能的增加量
10.(2022·全國·高三專題練習)如圖所示,輕彈簧一端系在墻上的 O 點,自由伸長到 B 點?,F(xiàn)將小物體靠著彈簧(不拴接)并將彈簧壓縮到 A 點,然后由靜止釋放,小物體在粗糙水平面上運動到 C 點靜止,則( )
A.小物體從 A 到 B 過程速度一直增加
B.小物體從 A 到 B 過程加速度一直減小
C.小物體從 B 到 C 過程中動能變化量大小小于克服摩擦力做功
D.小物體從 A 到 C 過程中彈簧的彈性勢能變化量大小等于小物體克服摩擦力做功
二、多選題
11.(2022·陜西·永壽縣中學高三期中)如圖所示,可視為質(zhì)點的小球的質(zhì)量為m,將該小球從離地面高H處由靜止開始釋放,落到地面后繼續(xù)陷入泥沙中h深度而停止,不計小球受到的空氣阻力,重力加速度為g,假設小球在泥沙中受到的阻力恒定,下列說法正確的是( )
A.小球到達地面前的瞬間,動能大小為mgH
B.小球陷入泥沙的過程中,合力做功的絕對值為mgH
C.小球在泥沙中受到的平均阻力為 SKIPIF 1 < 0
D.小球陷入泥沙的過程中,克服阻力做的功等于小球動能的減少量
12.(2022·重慶·二模)如圖所示,豎直平面內(nèi)固定的光滑軌道中, SKIPIF 1 < 0 豎直、 SKIPIF 1 < 0 到 SKIPIF 1 < 0 的圓軌道半徑為 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 到 SKIPIF 1 < 0 的圓軌道半徑為 SKIPIF 1 < 0 ,這兩個圓軌道的圓心 SKIPIF 1 < 0 與 SKIPIF 1 < 0 點等高,一小滑塊從 SKIPIF 1 < 0 點貼著 SKIPIF 1 < 0 由靜止釋放,下列說法正確的是( )
A.如果小滑塊不會脫離軌道,則 SKIPIF 1 < 0 高度不能小于 SKIPIF 1 < 0
B.如果小滑塊不會脫離軌道,則 SKIPIF 1 < 0 高度不能小于 SKIPIF 1 < 0
C.小滑塊在 SKIPIF 1 < 0 點對軌道的壓力小于在 SKIPIF 1 < 0 點對軌道的壓力
D.小滑塊在經(jīng)過 SKIPIF 1 < 0 點時對軌道的壓力不可能等于零
13.(2022·河南·南陽市第二完全學校高級中學高二期末)2022年,北京冬奧會上有一種女子單板滑雪U型池項目,可簡化為如圖所示的模型。池內(nèi)各處粗糙程度相同,其中a、c為U型池兩側的邊緣,且在同一水平面,b點為U型池的最低點。某運動員從a點正上方h處的O點自由下落沿U型池左側切線進入池中,從右側切線飛出后上升至最高位置d點(相對c點的高度為 SKIPIF 1 < 0 )。不計空氣阻力,重力加速度大小為g,則運動員( )
A.從d點返回經(jīng)b點恰好能回到a點
B.從d點返回經(jīng)b點一定能越過a點
C.第一次經(jīng)過b點對軌道的壓力大于第二次經(jīng)過b點對軌道的壓力
D.由a點到c點的過程中,在 SKIPIF 1 < 0 段克服摩擦力做的功等于在 SKIPIF 1 < 0 段克服摩擦力做的功
14.(2020·安徽·定遠縣民族學校高三階段練習)如圖所示,裝置豎直放置,上端是光滑細圓管圍成的圓周軌道的一部分,半徑為R(圓管內(nèi)徑<<R),軌道下端各連接兩個粗糙的斜面,斜面與細圓管相切于C,D兩點,斜面與水平面夾角為53°,兩個斜面下端與半徑為0.5R的圓形光滑軌道連接,并相切于E,F(xiàn)兩點。有一質(zhì)量m=1kg的滑塊(滑塊大小略小于管道內(nèi)徑),從管道的最高點A靜止釋放該滑塊,滑塊從管道左側滑下,物塊與粗糙的斜面的動摩擦因數(shù)μ=0.5,(g=10m/s2, sin53°=0.8,cs53°=0.6),則( )
A.釋放后滑塊在軌道上運動達到的最高點高出O1點0.6R
B.滑塊經(jīng)過最低點B的壓力最小為18N
C.滑塊最多能經(jīng)過D點4次
D.滑塊最終會停在B點
三、解答題
15.(2021·上海市民辦瑞虹中學高三期中)如圖,光滑圓弧形軌道ABC,與傾角 SKIPIF 1 < 0 的均勻粗糙斜面相切于C點,整個裝置固定于豎直平面內(nèi)。質(zhì)量m=0.1kg的小滑塊在A點獲得水平方向的初始速度v0= SKIPIF 1 < 0 m/s,此后沿軌道運動,最高到達右側的D點。已知滑塊經(jīng)過C點的速度vC=8m/s,在CD段的滑行時間t=0.6s,滑塊可視為質(zhì)點,sin37°=0.6,cs37°=0.8,g取10m/s2。求:
(1)CD之間的距離L;
(2)光滑圓弧的軌道半徑r;
(3)分析滑塊到達D點之后的運動情況(最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等)。
16.(2021·河南安陽·三模)某科技小組制作的軌道如圖所示,它由水平軌道和在豎直平面內(nèi)的很多個光滑圓形軌道組成?;瑝K的質(zhì)量為m=0.1kg,滑塊與第一個圓軌道最低點及相鄰圓軌道最低點之間距離均為L=6m,圓軌道的半徑分別為R1、R2、R3…(圖中只畫了三個軌道,滑塊可視為質(zhì)點),滑塊與水平軌道間的動摩擦因數(shù)為μ=0.1,開始時,滑塊以初速度v0=10m/s向右運動,滑塊均恰好能在每個豎直軌道內(nèi)做完整的圓周運動,g取10m/s2,求∶
(1)滑塊運動到第一圓軌道最低點時對軌道的壓力為多大;
(2)滑塊總共經(jīng)過幾個圓軌道。
17.(2018·河北·辛集中學高三)如圖所示,水平地面上有一質(zhì)量為M的特殊長平板B,平板B與地面間的動摩擦因數(shù)μ=0.2,在平板B的表面上方存在厚度d=0.8 m的相互作用區(qū);相互作用區(qū)上方某一高度處有一質(zhì)量為m的小物塊A,已知 SKIPIF 1 < 0 .若小物塊A進入相互作用區(qū),就會受到平板B對其豎直向上的恒力F=2mg的作用,在水平方向上A、B之間沒有相互作用力.現(xiàn)使小物塊A由靜止開始下落,同時平板B獲得水平向左的初速度v0=12 m/s,設平板B足夠長,小物塊A總能落入平板B上方的相互作用區(qū),且小物塊A每次都恰好不與平板B接觸,取重力加速度g=10 m/s2,不計空氣阻力.
(1)求小物塊A開始下落時的位置與相互作用區(qū)的距離h.
(2)求小物塊A從開始下落到再次回到初始位置經(jīng)歷的時間.
(3)從小物塊A開始下落到平板B停止運動過程中,小物塊A已經(jīng)回到過幾次初始位置?
18.(2021·江西·豐城九中高三期中)如圖所示,在長為L=2m,質(zhì)量m=2kg的平板小車的左端放有一質(zhì)量為M=3kg的鐵塊,兩者間的動摩擦因數(shù)為μ=0.5.開始時,小車和鐵塊一起在光滑的水平面上以v0=3m/s的速度向右運動,之后小車與墻壁發(fā)生正碰.設碰撞中無機械能損失且碰撞時間極短.求:
(1)小車第一次碰撞后,小車右端與墻之間的最大距離d1是多少?
(2)小車第二次碰撞后,小車右端與墻之間的最大距離d2是多少?
(3)鐵塊最終距小車左端多遠?
19.(2022·全國·高三課時練習)如圖所示,水平桌面左端有一頂端高為h的光滑圓弧形軌道,圓弧的底端與桌面在同一水平面上。桌面右側有一豎直放置的光滑圓軌道MNP,其形狀為半徑R = 0.8m的圓環(huán)剪去了左上角135°后剩余的部分,MN為其豎直直徑,P點到桌面的豎直距離也為R。一質(zhì)量m = 0.4kg的物塊A自圓弧形軌道的頂端釋放,到達圓弧形軌道底端恰與一停在圓弧底端水平桌面上質(zhì)量也為m的物塊B發(fā)生彈性正碰(碰撞過程沒有機械能的損失),碰后物塊B的位移隨時間變化的關系式為s = 6t - 2t2(關系式中所有物理量的單位均為國際單位),物塊B飛離桌面后恰由P點沿切線落入圓軌道。(重力加速度g取10m/s2)求:
(1)BP間的水平距離sBP;
(2)判斷物塊B能否沿圓軌道到達M點;
(3)物塊A由靜止釋放的高度h。
20.(2022·貴州·貴陽一中高三階段練習)如圖所示,ABC是一段豎直面內(nèi)的光滑軌道,其中AB段是傾斜直軌道,BC段是一半徑為 SKIPIF 1 < 0 的圓弧軌道,C為圓弧最低點,兩段軌道通過B點平滑連接。EF為光滑水平面,一質(zhì)量為 SKIPIF 1 < 0 的木板靜置于水平面上,左端緊靠C點,其上表面與C點等高,在距木板右端 SKIPIF 1 < 0 處的水平面上固定一豎直擋板D(d為定值,不隨木板長度的改變而改變)。現(xiàn)將一質(zhì)量為 SKIPIF 1 < 0 的小滑塊從距C點高為 SKIPIF 1 < 0 處由靜止釋放,最終滑上木板。已知滑塊與木板間的動摩擦因數(shù) SKIPIF 1 < 0 ,木板與擋板的碰撞是完全彈性的,且作用時間極短,取 SKIPIF 1 < 0 。求:
(1)滑塊經(jīng)過C點時對軌道的壓力大??;
(2)若木板長度 SKIPIF 1 < 0 ,從滑塊滑上木板到木板與擋板D第一次相碰所經(jīng)歷的時間;
(3)為了讓滑塊在木板與擋板D發(fā)生第三次碰撞后從木板上滑落,木板長度的取值范圍。
這是一份新高考物理一輪復習重難點練習難點14 電場性質(zhì)的綜合應用(2份打包,原卷版+解析版),文件包含新高考物理一輪復習重難點練習難點14電場性質(zhì)的綜合應用原卷版doc、新高考物理一輪復習重難點練習難點14電場性質(zhì)的綜合應用解析版doc等2份試卷配套教學資源,其中試卷共42頁, 歡迎下載使用。
這是一份新高考物理一輪復習重難點練習難點05 牛頓第二定律的綜合應用(2份打包,原卷版+解析版),文件包含新高考物理一輪復習重難點練習難點05牛頓第二定律的綜合應用原卷版doc、新高考物理一輪復習重難點練習難點05牛頓第二定律的綜合應用解析版doc等2份試卷配套教學資源,其中試卷共44頁, 歡迎下載使用。
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