高考物理一轮复习练习：5.2《动能定理及其应用》(含答案详解)

这是一份高考物理一轮复习练习：5.2《动能定理及其应用》(含答案详解)，共13页。

1．两颗人造地球卫星，都能在圆形轨道上运行，它们的质量相等，轨道半径之比等于2，则它们的动能之比等于( )
A．2 B.eq \r(2) C.eq \f(1,2) D.eq \f(\r(2),2)
解析 地球引力提供向心力Geq \f(Mm,r2)＝meq \f(v2,r)，
则卫星的动能为
Ek＝eq \f(1,2)mv2＝eq \f(GMm,2r)∝eq \f(1,r)，
所以eq \f(Ek1,Ek2)＝eq \f(r2,r1)＝eq \f(1,2)，选C项。
答案 C
2．据海军论坛报道，我国02号新型航母将采用令世界震惊的飞机起飞方式—电磁弹射起飞。原理相当于电磁炮的加速原理，强大的电磁力能使飞机在很短时间内由静止加速到v1，然后在发动机的推力作用下加速到起飞速度v2。假设电磁加速轨道水平且长为x，不计阻力，某舰载机的质量为m，电磁力恒定，则电磁力的平均功率是( )
A.eq \f(mv\\al(3,1),2x)B.eq \f(mv\\al(3,1),4x)
C.eq \f(mv\\al(3,2),2x)D.eq \f(mv\\al(3,2),4x)
解析 以飞机为研究对象，由动能定理得Fx＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,1)，eq \x\t(P)＝eq \f(1,2)Fv1，解得eq \x\t(P)＝eq \f(mv\\al(3,1),4x)，故B项正确。
答案 B
3．(多选)如图是利用太阳能驱动的小车，若小车在平直的水泥路上从静止开始加速行驶，经过时间t前进距离s，速度达到最大值vm，在这一过程中电动机的功率恒为P，小车所受阻力恒为F，那么这段时间内( )
A．小车做匀加速运动
B．电动机所做的功为Pt
C．电动机所做的功为eq \f(1,2)mveq \\al(2,m)
D．电动机所做的功为Fs＋eq \f(1,2)mveq \\al(2,m)
解析 对小车由牛顿第二定律得eq \f(P,v)－F＝ma，由于小车的速度逐渐增大，故小车加速度逐渐减小，小车做加速度逐渐减小的加速运动，A项错误；电动机对小车所做的功W＝Pt，B项正确；对小车由动能定理得W－Fs＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,m)，解得W＝Fs＋eq \f(1,2)mveq \\al(2,m)，C项错误，D项正确。
答案 BD
4．(多选)在工厂的流水线上安装有足够长的水平传送带，用水平传送带传送工件，可以大大提高工作效率，如图所示，水平传送带以恒定的速率v运送质量为m的工件，工件以v0(v0A．工件滑上传送带到与传送带相对静止所需时间为eq \f(v－v0,μg)
B．因传送工件电动机多做的功为eq \f(1,2)m(v2－veq \\al(2,0))
C．传送带的摩擦力对工件所做的功为eq \f(1,2)m(v－v0)2
D．工件与传送带的相对位移为eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(v－v0))2,2μg)
解析 工件滑上传送带后先做匀加速运动，μmg＝ma，a＝μg，相对滑动时间为t＝eq \f(v－v0,μg)，A项正确；因传送工件电动机多做的功W＝μmgvt＝mv(v－v0)，B项错误；根据动能定理传送带对工件做功W1＝eq \f(1,2)m(v2－veq \\al(2,0))，C项错误；工件与传送带的相对位移Δx＝vt－eq \f(v＋v0,2)t＝eq \f(v－v02,2μg)，D项正确。
答案 AD
5．如图，一半径为R、粗糙程度处处相同的半圆形轨道竖直固定放置，直径POQ水平。一质量为m的质点自P点上方高度R处由静止开始下落，恰好从P点进入轨道。质点滑到轨道最低点N时，对轨道的压力为4mg，g为重力加速度的大小。用W表示质点从P点运动到N点的过程中克服摩擦力所做的功。则( )
A．W＝eq \f(1,2)mgR，质点恰好可以到达Q点
B．W＞eq \f(1,2)mgR，质点不能到达Q点
C．W＝eq \f(1,2)mgR，质点到达Q点后，继续上升一段距离
D．W＜eq \f(1,2)mgR，质点到达Q点后，继续上升一段距离
解析 根据动能定理得P点动能EkP＝mgR，经过N点时，由牛顿第二定律和向心力公式可得4mg－mg＝meq \f(v2,R)，所以N点动能为EkN＝eq \f(3mgR,2)，从P点到N点根据动能定理可得mgR－W＝eq \f(3mgR,2)－mgR，即克服摩擦力做功W＝eq \f(mgR,2)。质点运动过程，半径方向的合力提供向心力即FN－mgcsθ＝ma＝meq \f(v2,R)，根据左右对称，在同一高度处，由于摩擦力做功导致在右边圆形轨道中的速度变小，轨道弹力变小，滑动摩擦力f＝μFN变小，所以摩擦力做功变小，那么从N到Q，根据动能定理，Q点动能EkQ＝eq \f(3mgR,2)－mgR－W′＝eq \f(1,2)mgR－W′，由于W′＜eq \f(mgR,2)，所以Q点速度仍然没有减小到0，会继续向上运动一段距离，对照选项，C项正确。
答案 C
6．质量为m的小球在竖直向上的拉力作用下从静止开始运动，其v－t图象如图所示(竖直向上为正方向，DE段为直线)，已知重力加速度大小为g，下列说法正确的是( )
A．t3～t4时间内，小球竖直向下做匀减速直线运动
B．t0～t2时间内，合力对小球先做正功后做负功
C．0～t2时间内，小球的平均速度一定为eq \f(v3,2)
D．t3～t4时间内，拉力做的功为eq \f(mv3＋v4,2)[(v4－v3)＋g(t4－t3)]
解析 t3～t4时间内小球做竖直向上的匀减速直线运动，A项错误；t0～t2时间内小球速度一直增大，合力对小球一直做正功，B项错误；0～t3时间内小球的运动不是匀变速运动，不等于eq \f(v3,2)，C项错误；t3～t4由动能定理得WF－mgh＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,4)－eq \f(1,2)mveq \\al(2,3)，且h＝eq \f(1,2)(v4＋v3)(t4－t3)，解得WF＝eq \f(mv3＋v4,2)eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(v4－v3＋gt4－t3))，D项正确。
答案 D
7．(多选)如图所示，在倾角为θ的斜面上，轻质弹簧一端与斜面底端固定，另一端与质量为M的平板A连接，一个质量为m的物体B靠在平板的右侧，A、B与斜面的动摩擦因数均为μ。开始时用手按住物体B使弹簧处于压缩状态，现放手，使A和B一起沿斜面向上运动距离L时，A和B达到最大速度v。则以下说法正确的是( )
A．A和B达到最大速度v时，弹簧是自然长度
B．若运动过程中A和B能够分离，则A和B恰好分离时，二者加速度大小均为g(sinθ＋μcsθ)
C．从释放到A和B达到最大速度v的过程中，弹簧对A所做的功等于eq \f(1,2)Mv2＋MgLsinθ＋μMgLcsθ
D．从释放到A和B达到最大速度v的过程中，B受到的合力对它做的功等于eq \f(1,2)mv2
解析 A和B达到最大速度v时，A和B的加速度为零。对AB整体：由平衡条件知kx＝(m＋M)gsinθ＋μ(m＋M)gcsθ，所以此时弹簧处于压缩状态，故A项错误；A和B恰好分离时，A、B间的弹力为0，A、B的加速度相同，对B受力分析，由牛顿第二定律知，mgsinθ＋μmgcsθ＝ma，得a＝gsinθ＋μgcsθ，故B项正确；从释放到A和B达到最大速度v的过程中，对AB整体，根据动能定理得W弹－(m＋M)gLsinθ－μ(m＋M)gcsθ·L＝eq \f(1,2)(m＋M)v2，所以弹簧对A所做的功W弹＝eq \f(1,2)(m＋M)v2＋(m＋M)gLsinθ＋μ(m＋M)gcsθ·L，故C项错误；从释放到A和B达到最大速度v的过程中，对于B，根据动能定理得B受到的合力对它做的功W合＝ΔEk＝eq \f(1,2)mv2，故D项正确。
答案 BD
B组·能力提升题
8．如图所示，竖直平面内放一直角杆MON，OM水平，ON竖直且光滑，用不可伸长的轻绳相连的两小球A和B分别套在OM和ON杆上，B球的质量为2 kg，在作用于A球的水平力F的作用下，A、B两球均处于静止状态，此时OA＝0.3 m，OB＝0.4 m，改变水平力F的大小，使A球向右加速运动，已知A球向右运动0.1 m时速度大小为3 m/s，则在此过程中绳的拉力对B球所做的功为(g取10 m/s2)( )
A．11 J B．16 J
C．18 J D．9 J
解析 A球向右运动0.1 m时，vA＝3 m/s，OA′＝0.4 m，OB′＝0.3 m，设此时∠BAO＝α，则有tanα＝eq \f(3,4)。由运动的合成与分解可得vAcsα＝vBsinα，解得vB＝4 m/s。以B球为研究对象，此过程中B球上升高度h＝0.1 m，由动能定理，W－mgh＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,B)，解得轻绳的拉力对B球所做的功为W＝mgh＋eq \f(1,2)mveq \\al(2,B)＝2×10×0.1 J＋eq \f(1,2)×2×42 J＝18 J，C项正确。
答案 C
9．如图所示，上表面水平的圆盘固定在水平地面上，一小物块从圆盘边缘上的P点，以大小恒定的初速度v0，在圆盘上沿与直径PQ成不同夹角θ的方向开始滑动，小物块运动到圆盘另一边缘时的速度大小为v，则v2－csθ图象应为( )
解析 设圆盘半径为r，小物块与圆盘间的动摩擦因数为μ，由动能定理可得，－μmg·2rcsθ＝eq \f(1,2)mv2－eq \f(1,2)mveq \\al(2,0)，整理得v2＝veq \\al(2,0)－4μgrcsθ，可知v2与csθ为线性关系，斜率为负，故A项正确，B、C、D项错误。
答案 A
【解题技巧】
本题考查数学在物理中的运用能力，解题的关键是根据匀变速直线运动规律找出v2与csθ的函数关系式，再与图象对照即可轻松解决问题。
10. (三明A片区联盟期末考试)(多选)如图所示，物块A、B、C、D的质量都是m，并都可看作质点，四个物块用细线通过轻质滑轮连接。物块B与C、C与D、D与地面的距离都是L。现将物块A下方的细线剪断，若物块A距离滑轮足够远且不计一切阻力，则( )
A．A上升的最大速度是eq \r(\f(5gL,3))
B．A上升的最大速度是eq \r(\f(17gL,6))
C．A上升的最大高度是eq \f(53L,12)
D．A上升的最大高度是eq \f(23L,6)
解析 设物块D落地时速度为v1，在物块D落地过程中，对四个物块应用动能定理有3mgL－mgL＝eq \f(1,2)×4mveq \\al(2,1)；在物块C落地过程中，对三个物块应用动能定理有2mgL－mgL＝eq \f(1,2)×3mveq \\al(2,2)－eq \f(1,2)×3mveq \\al(2,1)，联立解得v2＝eq \r(\f(5gL,3))，A项正确，B项错误；之后物块B匀速下降直到落地，A匀速上升，至此A已上升了3L的高度；再往后物块A做竖直上抛运动，还可以上升h＝eq \f(v\\al(2,2),2g)＝eq \f(5L,6)，A上升的最大高度H＝h＋3L＝eq \f(23,6)L，C项错误，D项正确。
答案 AD
11.如图所示，一可以看作质点的质量m＝2 kg的小球以初速度v0沿光滑的水平桌面飞出后，恰好从A点沿切线方向进入圆弧轨道，其中B为轨道的最低点，C为最高点且与水平桌面等高，圆弧AB对应的圆心角θ＝53°，轨道半径R＝0.5 m。已知sin53°＝0.8，cs53°＝0.6，不计空气阻力，g取10 m/s2。求：
(1)小球的初速度v0的大小。
(2)若小球恰好能通过最高点C，求在圆弧轨道上摩擦力对小球做的功。
解析 (1)小球从桌面飞出到A点的过程中，做平抛运动，则由动能定理有
eq \f(1,2)mv2－eq \f(1,2)mveq \\al(2,0)＝mg(R＋Rcsθ)，
csθ＝eq \f(v0,v)，
解得v0＝3 m/s。
(2)小球恰好能通过最高点C的临界条件是mg＝meq \f(v\\al(2,C),R)，
而小球从桌面到C的过程中，重力做的功为0，由动能定理得Wf＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,C)－eq \f(1,2)mveq \\al(2,0)；解得在圆弧轨道上摩擦力对小球做的功为Wf＝－4 J。
答案 (1)3 m/s (2)－4 J
12．(2017·江苏)如图所示，两个半圆柱A、B紧靠着静置于水平地面上，其上有一光滑圆柱C，三者半径均为R。C的质量为m，A、B的质量都为eq \f(m,2)，与地面的动摩擦因数均为μ。现用水平向右的力拉A，使A缓慢移动，直至C恰好降到地面。整个过程中B保持静止。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g。求：
(1)未拉A时，C受到B作用力的大小F。
(2)动摩擦因数的最小值μmin。
(3)A移动的整个过程中，拉力做的功W。
解析 (1)C受力平衡，如图所示。
根据平衡条件可得2Fcs30°＝mg,
计算得出C受到B作用力的大小为F＝eq \f(\r(3),3)mg。
(2)C恰好降落到地面时，B对C支持力最大为Fm，如图所示，
则根据力的平衡可得
2Fmcs60°＝mg,
计算得出Fm＝mg；
所以最大静摩擦力至少为
fm＝Fmcs30°＝eq \f(\r(3),2)mg，
B对地面的压力为
N＝mBg＋eq \f(1,2)mCg＝mg，
B受地面的摩擦力为f＝μmg，
根据题意有fm＝f，
计算得μ＝eq \f(\r(3),2)，
所以动摩擦因数的最小值
μmin＝eq \f(\r(3),2)。
(3)C下降的高度为
h＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\r(3)－1))R，
A的位移为x＝2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\r(3)－1))R，
摩擦力做功的大小为
Wf＝fx＝2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\r(3)－1))μmgR，
根据动能定理有
W－Wf＋mgh＝0，
计算得W＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2μ－1))eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\r(3)－1))mgR。
答案 (1)eq \f(\r(3),3)mg (2)eq \f(\r(3),2)
(3)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2μ－1))eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\r(3)－1))mgR