高考物理动能与动能定理技巧(很有用)及练习题

高考物理动能与动能定理技巧(很有用)及练习题

一、高中物理精讲专题测试动能与动能定理

1．如图所示，半径R =0.5 m 的光滑圆弧轨道的左端A 与圆心O 等高，B 为圆弧轨道的最低点，圆弧轨道的右端C 与一倾角θ=37°的粗糙斜面相切。一质量m =1kg 的小滑块从A 点正上方h =1 m 处的P 点由静止自由下落。已知滑块与粗糙斜面间的动摩擦因数μ=0.5，sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度g =10 m/s 2。

(1)求滑块第一次运动到B 点时对轨道的压力。 (2)求滑块在粗糙斜面上向上滑行的最大距离。 (3)通过计算判断滑块从斜面上返回后能否滑出A 点。 【答案】(1)70N ； (2)1.2m ； (3)能滑出A 【解析】 【分析】 【详解】

(1)滑块从P 到B 的运动过程只有重力做功，故机械能守恒，则有

()21

2

B mg h R mv +=

那么，对滑块在B 点应用牛顿第二定律可得，轨道对滑块的支持力竖直向上，且

()2

N 270N B mg h R mv F mg mg R R

+=+=+=

故由牛顿第三定律可得：滑块第一次运动到B 点时对轨道的压力为70N ，方向竖直向下。 (2)设滑块在粗糙斜面上向上滑行的最大距离为L ，滑块运动过程只有重力、摩擦力做功，故由动能定理可得

cos37sin37cos370mg h R R L mgL μ+-?-?-?=（）

所以

1.2m L =

(3)对滑块从P 到第二次经过B 点的运动过程应用动能定理可得

()21

2cos370.542

B mv mg h R mgL mg mgR μ'=+-?=> 所以，由滑块在光滑圆弧上运动机械能守恒可知：滑块从斜面上返回后能滑出A 点。 【点睛】

经典力学问题一般先对物体进行受力分析，求得合外力及运动过程做功情况，然后根据牛顿定律、动能定理及几何关系求解。

2．如图所示，不可伸长的细线跨过同一高度处的两个光滑定滑轮连接着两个物体A 和B ，A 、B 质量均为m 。A 套在光滑水平杆上，定滑轮离水平杆的高度为h 。开始时让连着A 的细线与水平杆的夹角α。现将A 由静止释放（设B 不会碰到水平杆，A 、B 均可视为质点；重力加速度为g ）求：

(1)当细线与水平杆的夹角为β（90αβ<

【答案】(1)2211

1cos sin sin A gh v ααβ??=-

?+??

(2)T sin h W mg h α??

=- ??? 【解析】 【详解】

(2)A 、B 的系统机械能守恒

P K E E ?=?减加

22

11sin sin 2

2A B h h mg mv mv αβ??-=+ ???

cos A B v v α=

解得

22111cos sin sin A gh v ααβ

??=

-

?+??

(2)当A 速度最大时，B 的速度为零，由机械能守恒定律得

P K E E ?=?减加

21sin 2Am h mg h mv α??-= ???

对A 列动能定理方程

2

T 12

Am W mv =

联立解得

T sin h W mg h α??

=- ???

3．如图所示，固定的粗糙弧形轨道下端B 点水平，上端A 与B 点的高度差为h 1＝0.3 m ，

倾斜传送带与水平方向的夹角为θ＝37°，传送带的上端C 点到B 点的高度差为

h 2＝0.1125m(传送带传动轮的大小可忽略不计)．一质量为m ＝1 kg 的滑块(可看作质点)从轨道的A 点由静止滑下，然后从B 点抛出，恰好以平行于传送带的速度从C 点落到传送带上，传送带逆时针传动，速度大小为v ＝0.5 m/s ，滑块与传送带间的动摩擦因数为μ＝0.8，且传送带足够长，滑块运动过程中空气阻力忽略不计，g ＝10 m/s 2，试求：

(1).滑块运动至C 点时的速度v C 大小；

(2).滑块由A 到B 运动过程中克服摩擦力做的功W f ； (3).滑块在传送带上运动时与传送带摩擦产生的热量Q . 【答案】（1）2.5 m/s （2）1 J （3）32 J

【解析】本题考查运动的合成与分解、动能定理及传送带上物体的运动规律等知识。 (1) 在C 点，竖直分速度： 22 1.5/y v gh m s ==

0sin37y c v v =，解得： 2.5/c v m s =

(2)C 点的水平分速度与B 点的速度相等，则372/B x C v v v cos m s ?＝＝＝

从A 到B 点的过程中，据动能定理得： 2

112

f B mgh W mv -=，解得： 1f W J = (3) 滑块在传送带上运动时，根据牛顿第二定律得： 3737mgcos mgsin ma μ??－＝

解得： 20.4/a m s ＝ 达到共同速度所需时间5c

v v t s a

-== 二者间的相对位移52

c

v v x t vt m +?=

-= 由于3737mgsin mgcos μ?

滑块在传送带上运动时与传送带摩擦产生的热量0

cos3732Q mg x J μ??＝＝

4．如图所示，半径为R 的四分之三圆周轨道固定在竖直平面内，O 为圆轨道的圆心，D 为圆轨道的最高点，圆轨道内壁光滑，圆轨道右侧的水平面BC 与圆心等高．质量为m 的小球从离B 点高度为h 处（3

32

R h R ≤≤）的A 点由静止开始下落，从B 点进入圆轨道，重力加速度为g ）．

（1）小球能否到达D 点？试通过计算说明； （2）求小球在最高点对轨道的压力范围；

（3）通过计算说明小球从D 点飞出后能否落在水平面BC 上，若能，求落点与B 点水平距离d 的范围．

【答案】（1）小球能到达D 点；（2）03F mg ≤'≤；（3）

(

)()

21221R d R ≤≤

【解析】 【分析】 【详解】

（1）当小球刚好通过最高点时应有：2D

mv mg R =

由机械能守恒可得：()22

D

mv mg h R -=

联立解得32h R =

，因为h 的取值范围为3

32

R h R ≤≤，小球能到达D 点； （2）设小球在D 点受到的压力为F ，则

2D

mv F mg R ='+ ()22

D

mv mg h R ='- 联立并结合h 的取值范围

3

32

R h R ≤≤解得：03F mg ≤≤ 据牛顿第三定律得小球在最高点对轨道的压力范围为：03F mg ≤'≤

（3）由（1）知在最高点D 速度至少为min D v gR =此时小球飞离D 后平抛，有：212

R gt =

min min D x v t =

联立解得min 2x R R =>，故能落在水平面BC 上，

当小球在最高点对轨道的压力为3mg 时，有：2max 3D

v mg mg m R

+=

解得max 2D v gR = 小球飞离D 后平抛2

12

R gt =

'， max max D x v t ='

联立解得max 22x R =

故落点与B 点水平距离d 的范围为：

(

)()

21221R d R -≤≤-

5．如图所示,水平轨道

的左端与固定的光滑竖直圆轨道相切于点,右端与一倾角为

的光滑斜面轨道在点平滑连接(即物体经过点时速度的大小不变),斜面顶端固定一轻质弹簧,一质量为

的滑块从圆弧轨道的顶端点由静止释放,经水平轨道后滑上斜面并压缩弹

簧,第一次可将弹簧压缩至点,已知光滑圆轨道的半径,水平轨道长为

,其动摩

擦因数

,光滑斜面轨道上

长为

,取

,求

(1)滑块第一次经过圆轨道上点时对轨道的压力大小; (2)整个过程中弹簧具有最大的弹性势能; (3)滑块在水平轨道上运动的总时间及滑块几次经过点. 【答案】(1)

(2)

(3) 3次

【解析】本题考查机械能与曲线运动相结合的问题，需运用动能定理、牛顿运动定律、运动学公式、功能关系等知识。 (1)滑块从点到点,由动能定理可得:

解得:

滑块在点:

解得:

由牛顿第三定律可得:物块经点时对轨道的压力

(2)滑块第一次到达点时,弹簧具有最大的弹性势能

.滑块从点到点,由动能定理可得:

解得:

(3)将滑块在

段的运动全程看作匀减速直线运动

加速度

则滑块在水平轨道

上运动的总时间

滑块最终停止上在水平轨道间,设滑块在

段运动的总路程为,从滑块第一次经过点到

最终停下来的全过程, 由动能定理可得:

解得:

结合

段的长度可知,滑块经过点3次。

6．如图为一水平传送带装置的示意图．紧绷的传送带AB 始终保持 v 0=5m/s 的恒定速率运行，AB 间的距离L 为8m ．将一质量m ＝1kg 的小物块轻轻放在传送带上距A 点2m 处的P 点，小物块随传送带运动到B 点后恰好能冲上光滑圆弧轨道的最高点N ．小物块与传送带间的动摩擦因数μ＝0.5，重力加速度g ＝10 m/s 2．求：

（1）该圆轨道的半径r ；

（2）要使小物块能第一次滑上圆形轨道达到M 点，M 点为圆轨道右半侧上的点，该点高出B 点0.25 m ，且小物块在圆形轨道上不脱离轨道，求小物块放上传送带时距离A 点的位置范围．

【答案】（1）0.5r m =（2）77?

.5,05?.5m x m x m ≤≤≤≤ 【解析】 【分析】 【详解】

试题分析：（1）小物块在传送带上匀加速运动的加速度2

5/a g m s μ==

小物块与传送带共速时，所用的时间0

1v t s a

== 运动的位移0

2.52v x m a

?=

=＜L －2=6m 故小物块与传送带达到相同速度后以05/v m s =的速度匀速运动到B ，然后冲上光滑圆弧

轨道恰好到达N 点，故有：2N

v mg m r

=

由机械能守恒定律得

22011(2)22

N mv mg r mv =+，解得0.5r m = （2）设在距A 点x 1处将小物块轻放在传送带上，恰能到达圆心右侧的M 点，由能量守恒

得：1()mg L x mgh μ－＝ 代入数据解得17.5?

x m ＝ 设在距A 点x 2处将小物块轻放在传送带上，恰能到达右侧圆心高度，由能量守恒得：

2()mg L x mgR μ－＝代入数据解得27?x m ＝

则：能到达圆心右侧的M 点，物块放在传送带上距A 点的距离范围

；

同理，只要过最高点N 同样也能过圆心右侧的M 点，由（1）可知38 2.5 5.5?

x m m m -=＝ 则：0 5.5x m ≤≤．

故小物块放在传送带上放在传送带上距A 点的距离范围：77?.505?.5m x m x m ≤≤≤≤和 考点：考查了相对运动，能量守恒定律的综合应用

7．如图所示，光滑水平面MN 的左端M 处有一弹射装置P ，右端N 处与水平传送带恰平齐接触，传送带水平部分长度L=16m ，沿逆时针方向以恒定速度v=2m/s 匀速转动．ABCDE 是由三部分光滑轨道平滑连接在一起组成的，AB 为水平轨道，弧BCD 是半径为R 的半圆弧轨道，弧DE 是半径为2R 的圆弧轨道，弧BCD 与弧DE 相切在轨道最高点D ，

R=0．6m ．平面部分A 点与传送带平齐接触．放在MN 段的物块m （可视为质点）以初速度v 0=4m/s 冲上传送带，物块与传送带间的摩擦因数μ=0．2，物块的质量m=1kg ．结果物块从滑上传送带又返回到N 端，经水平面与左端M 处的固定弹射器相碰撞（弹射器的弹簧原来被压缩后被锁定），因碰撞弹射器锁定被打开，将物块弹回后滑过传送带，冲上右侧的圆弧轨道，物块恰能始终贴着圆弧轨道内侧通过了最高点，最后从E 点飞出．g 取10m/s 2．求：

（1）物块m 从第一次滑上传送带到返回到N 端的时间．

（2）物块m 第二次在传送带上运动时，传送带上的电动机为了维持其匀速转动，对传送带所多提供的能量多大？

【答案】（1） 4.5t s =（2）8J W = 【解析】

试题分析:（1）物块B 向右作匀减速运动，直到速度减小到零，然后反向匀减速运动，达到与皮带共速后与皮带匀速物块B 向右作匀减速运动过程：

mg ma μ=

12s v t g

μ=

= 物块向右达到的最大位移：0

14m 2

v S t =

?=

反向匀加速运动过程加速度大小不变．达到与传送带共速的时间：

21s v

t g

μ=

= 相对地面向左位移：/

21m 2

v

S t =

?= 共速后与传送带匀速运动的时间：/341

1.5s 2

S S t v --===

往返总时间：

（2）由物块恰能通过轨道最高点D ，并恰能始终贴着圆弧轨道内侧通过最高点可得，物块是在半径为2R 的圆弧上的最高点重力全部充当向心力． 得：

又由物块上滑过中根据机械能守恒得：

代入数据解得：66m/s B v Rg == 物块第二次从N 到A 点：211

2

L v t g t μ=?-? 速度关系：1B v v g t μ=-? 代入得：

；

得：2s t =或8s t =-（舍）

物体运动时传送带的位移：4m s vt == 传送带为维持匀速运动多提供的力：F mg μ=

传送带所做的功等于传送带多提供的能量：8J W F s mg s μ=?=?= 考点：考查牛顿运动定律的综合应用；动能定理．

【名师点睛】本题关键明确滑块的运动规律，然后分阶段运用牛顿第二定律、运动学公式、动能定理列式求解．

8．在粗糙的水平桌面上有两个静止的木块A 和B ，两者相距为d ．现给A 一初速度，使A 与B 发生弹性正碰，碰撞时间极短．当两木块都停止运动后，相距仍然为d ．已知两木块与桌面之间的动摩擦因数均为μ． B 的质量为A 的2倍，重力加速度大小为g ．求A 的初速度的大小． 18

5

gd μ 【解析】 【详解】

设在发生碰撞前的瞬间，木块A 的速度大小为v 0；在碰撞后的瞬间，A 和B 的速度分别为v 1和v 2．在碰撞过程中，由能量守恒定律和动量守恒定律，得

222012111

2222mv mv mv =+? 0122mv mv mv =+ ，

式中，以碰撞前木块A 的速度方向为正，联立解得：

13v v =-

，2023

v v = 设碰撞后A 和B 运动的距离分别为d 1和d 2，由动能定理得

2111

2mgd mv μ=

， 2221222

m gd mv μ=?（） ．

按题意有：21d d d =+ ． 联立解得：018

5

v gd ＝

μ

9．如图，质量为m=1kg 的小滑块（视为质点）在半径为R=0.4m 的1/4圆弧A 端由静止开始释放，它运动到B 点时速度为v=2m/s ．当滑块经过B 后立即将圆弧轨道撤去．滑块在光滑水平面上运动一段距离后，通过换向轨道由C 点过渡到倾角为θ=37°、长s=1m 的斜面CD 上，CD 之间铺了一层匀质特殊材料，其与滑块间的动摩擦系数可在0≤μ≤1.5之间调节．斜面底部D 点与光滑地面平滑相连，地面上一根轻弹簧一端固定在O 点，自然状态下另一端恰好在D 点．认为滑块通过C 和D 前后速度大小不变，最大静摩擦力等于滑动摩擦力．取g=10m/s 2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，不计空气阻力．

（1）求滑块对B 点的压力大小以及在AB 上克服阻力所做的功； （2）若设置μ=0，求质点从C 运动到D 的时间； （3）若最终滑块停在D 点，求μ的取值范围． 【答案】（1）20N ， 2J ；（2）1

3

s ；（3）0.125≤μ＜0.75或μ=1． 【解析】 【分析】

（1）根据牛顿第二定律求出滑块在B 点所受的支持力，从而得出滑块对B 点的压力，根据动能定理求出AB 端克服阻力做功的大小．

（2）若μ=0，根据牛顿第二定律求出加速度，结合位移时间公式求出C 到D 的时间． （3）最终滑块停在D 点有两种可能，一个是滑块恰好从C 下滑到D ，另一种是在斜面CD 和水平面见多次反复运动，最终静止在D 点，结合动能定理进行求解．

【详解】

（1）滑块在B点，受到重力和支持力，在B点，根据牛顿第二定律有：F?mg＝m2v

R

，代入数据解得：F=20N，

由牛顿第三定律得：F′=20N．

从A到B，由动能定理得：mgR?W＝1

2

mv2，

代入数据得：W=2J．

（2）在CD间运动，有：mgsinθ=ma，加速度为：a=gsinθ=10×0.6m/s2=6m/s2，

根据匀变速运动规律有：s＝vt+1

2

at2

代入数据解得：t=1

3 s．

（3）最终滑块停在D点有两种可能：a、滑块恰好能从C下滑到D．则有：

mg sinθ?s?μ1mg cosθ?s＝0?1

2

mv2，

代入数据得：μ1=1，

b、滑块在斜面CD和水平地面间多次反复运动，最终静止于D点．

当滑块恰好能返回C有：?μ1mg cosθ?2s＝0?1

2

mv2，

代入数据得到：μ1=0.125，

当滑块恰好能静止在斜面上，则有：mgsinθ=μ2mgcosθ，

代入数据得到：μ2=0.75．

所以，当0.125≤μ＜0.75，滑块在CD和水平地面间多次反复运动，最终静止于D点．

综上所述，μ的取值范围是0.125≤μ＜0.75或μ=1．

【点睛】

解决本题的关键理清滑块在整个过程中的运动规律，运用动力学知识和动能定理进行求解，涉及到时间问题时，优先考虑动力学知识求解．对于第三问，要考虑滑块停在D点有两种可能．

10．将一根长为L的光滑细钢丝ABCDE制成如图所示的形状，并固定在竖直平面内．其中

AD段竖直，DE段为3

4

圆弧，圆心为O，E为圆弧最高点，C与E、D与O分别等高，BC＝

1

4

AC．将质量为m的小珠套在钢丝上由静止释放，不计空气阻力，重力加速度为g．（1）小珠由C点释放，求到达E点的速度大小v1；

（2）小珠由B点释放，从E点滑出后恰好撞到D点，求圆弧的半径R；

（3）欲使小珠到达E 点与钢丝间的弹力超过

4

mg

，求释放小珠的位置范围．

【答案】⑴v 1=0； ⑵243L

R π

=+； ⑶C 点上方低于34(43)L π+处滑下或高于

54(43)L π+处 【解析】 【详解】

（1）由机械能守恒可知，小珠由C 点释放，到达E 点时，因CE 等高，故到达E 点的速度为零；

（2）由题意：13(2)44BC L R R π??

=

-?+????

；小珠由B 点释放，到达E 点满足：2

12

E mgBC mv =

从E 点滑出后恰好撞到D 点，则E R v t = ；2R

t g =

联立解得：243L R π

=+； （3）a.若小珠到达E 点与小珠上壁对钢丝的弹力等于14mg ，则2

11

4E v mg mg m R

-= ；从

释放点到E 点，由机械能守恒定律：2

1112

E mgh mv = ； 联立解得：3384(43)

L h R π=

=+ b.若小珠到达E 点与小珠下壁对钢丝的弹力等于14mg ，则2

21

4E v mg mg m R

+= ；从释放

点到E 点，由机械能守恒定律：2

2212

E mgh mv = ； 联立解得：5584(43)L

h R π=

=+ ； 故当小珠子从C 点上方低于34(43)

L π+ 处滑下或高于54(43)

L π+ 处滑下时，小珠到达E 点与钢丝间的弹力超过1

4mg .

11．如图所示，在粗糙水平轨道OO 1上的O 点静止放置一质量m=0.25kg 的小物块(可视为质点)，它与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.4，OO 1的距离s=4m ．在O 1右侧固定了一半径R=0.32m 的光滑的竖直半圆弧，现用F=2N 的水平恒力拉动小物块，一段时间后撤去拉力．(g=10m/s 2)求：

(1)为使小物块到达O 1，求拉力F 作用的最小距离；

(2)若将拉力变为F 1，使小物块从O 点由静止开始运动至OO 1的中点时撤去拉力，恰能使小物块经过半圆弧的最高点，求F 1的大小． 【答案】(1)2m (2)3N 【解析】 【分析】 【详解】

(1)为使小物块到达O 1，设拉力作用的最小距离为x 根据动能定理知：

00Fx mgs μ-=-

解得：0.40.25104

m 2m 2

mgs

x F

μ???=

=

=

（2）当小物块恰好过最高点时：

2

v mg m R

=

从O 点运动到最高点的过程由动能定理得：

211

2022

s F mgs mg R mv μ?--?=-

解得：13F N =

12．如图甲所示，一质量为m a 的滑块(可看成质点)固定在半径为R 的光滑四分之一圆弧轨道的顶端A 点，另一质量为m b 的滑块(可看成质点)静止在轨道的底端B 处，A 点和圆弧对应的圆心O 点等高。

（1）若圆弧的底端B 与水平光滑平面连接(足够长)，m b 静止于B 点，m a 从静止开始释

放，假设两滑块碰撞时无机械能损失，且两滑块能发生两次碰撞，试证明：3m a

(1)两滑块碰撞时动量守恒m a v a =m a v a ′＋m b v b ′

无机械能损失

12m a 2a v =12m a v a ′2＋12m b v b ′2 解得：v a ′=

a b

a a b

m m v m m -+ 解得：v b ′=

2a

a a b

m v m m + 要想发生两次碰撞必须满足：－v a ′>v b ′代入可得：3m a

211

2

a m v 滑块m a 与m

b 相碰后结合在一起，动量守恒m a v 1=m

c v 2 从B 运动到C 点时速度恰好为零，由动能定理可得： －fL =0－

12

m c 22v f =m c a ，－v 0=v 2－at

m c 向右运动：s 1=v 2t －

12

at 2 传送带向左运动：s 2=v 0t Q =fs 相对=f (s 1＋s 2)=9J