第20讲 动能定理的理解及应用（练习）（解析版）-2025年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考）

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【题型一】动能定理的理解
1．如图所示，在观光车沿水平路面直线行驶的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．若观光车匀速行驶，合力对乘客做正功
B．若观光车匀速行驶，合力对乘客做负功
C．若观光车加速行驶，合力对乘客做正功
D．若观光车减速行驶，合力对乘客做正功
【答案】C
【详解】AB．若观光车匀速行驶，观光车的动能不变，根据动能定理可知，合力对乘客不做功，故AB错误；
C．若观光车加速行驶，观光车的动能增加，根据动能定理可知，合力对乘客做正功，故C正确；
D．若观光车减速行驶，观光车的动能减小，根据动能定理可知，合力对乘客做负功，故D错误。
故选C。
2．小车在水平地面上沿轨道从左向右运动，动能一直减少。如果用带箭头的线段表示小车在轨道上相应位置处所受合力，下列四幅图正确的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】A
【详解】物体做曲线运动的合力方向位于轨迹的凹侧，且小车在水平地面上沿轨道从左向右运动，动能一直减少，根据动能定理可知，合力一直做负功，则合力方向与速度方向（沿切线方向）的夹角大于。
故选A。
3．关于动能定理，下列说法中正确的是（ ）
A．在某过程中，外力做的总功等于各个力单独做功的绝对值之和
B．动能定理既适用于直线运动，又适用于曲线运动
C．只要有力对物体做功，物体的动能就一定改变
D．动能定理既适用于恒力做功，又适用于变力做功
【答案】BD
【详解】A．在某过程中，外力做的总功等于各个力单独做功的代数和，故A错误；
B．动能定理既适用于直线运动，又适用于曲线运动，故B正确；
C．有力对物体做功，但如果合力对物体做功为0，则物体的动能保持不变，故C错误；
D．动能定理既适用于恒力做功，又适用于变力做功，故D正确。
故选BD。
【题型二】动能定理的基本应用
1.静止于水平地面的足球，被运动员从位置1以踢出后，沿如图所示的轨迹运动到位置3，在最高点2时距地面高度为h且速度大小为v，已知足球质量为m，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A．从位置1到位置3的过程，足球的机械能守恒
B．从位置2到位置3的过程，足球的动能增加mgh
C．踢球时，运动员对足球做的功等于
D．从位置1到位置2的过程，阻力对足球做功
【答案】D
【详解】A．若足球做斜抛运动可知12间距离等于23间的距离，由于两段水平距离不等，故足球做的不是斜抛运动，受到空气阻力，所以机械能不守恒，故A错误；
B．足球受到空气阻力，从位置2到位置3的过程，设克服空气阻力做功为，根据动能定理
故足球的动能增加量小于mgh，故B错误；
CD．踢球时，设运动员对足球做的功为W，可得
1到2过程中克服空气阻力做功为，根据动能定理
可得
故C错误；
D．从位置1到位置2的过程，阻力对足球做功为
故D正确。
故选D。
2.某同学尝试用无人机空投包裹。他先让无人机带着质量为m的包裹（含降落伞）升空并悬停在距离地面H处的空中，某时刻无人机释放了包裹，下落的加速度大小恒为；在包裹下落h时打开降落伞做减速运动，加速度大小恒为，当落到地面时，速度大小为v。已知重力加速度为g。下列判断不正确的是（ ）
A．包裹从开始下落h时的动能为
B．包裹从打开降落伞到落到地面这个过程中，合力所做的功为
C．根据题中信息可以求出整个过程包裹重力的平均功率
D．根据题中信息可以求出整个过程包裹机械能的减少量
【答案】A
【详解】A．包裹从开始下落h时，由动能定理有
故A错误，符合题意；
B．包裹从打开降落伞到落到地面这个过程中，由动能定理有
故B正确，不符合题意；
C． 根据题中信息可知包裹从开始下落h时的时间为
由运动公式
解得此时速度为
包裹从打开降落伞到落到地面的时间为
联立解得
可以求出整个过程包裹重力的平均功率
根据题中信息可以求出整个过程包裹重力的平均功率，故C正确，不符合题意；
D．整个过程包裹机械能的减少量等于阻力做的功
包裹从开始下落h时，阻力做功大小为
包裹从打开降落伞到落到地面阻力做功大小为
联立解得
根据题中信息可以求出整个过程包裹机械能的减少量，故D正确，不符合题意。
故选A。
3.如图，用长为L的轻绳将质量为m的小球悬挂于O点，静止时小球位于A点。现给小球施加大小为mg的水平恒力F，当小球运动到B点时，轻绳与竖直方向的夹角为45°。已知重力加速度大小为g，，求：
（1）小球运动到B点时，小球的速度大小；
（2）小球运动到B点时，拉力F的瞬时功率；
（3）小球运动到B点的一瞬间，轻绳的拉力大小。
【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）设小球运动到B点时的速度大小为v，根据动能定理
解得
（2）小球运动到B点时，拉力F的瞬时功率
解得
（3）当小球运动到B点时，合力刚好沿轻绳指向O点，则
解得
【题型三】动能定理与图像
1．从地面竖直向上抛出一物体，其机械能等于动能与重力势能之和。取地面为重力势能零点，该物体的和随它离开地面的高度h的变化如图所示。重力加速度取。由图数据可知下列错误的是（ ）
A．物体的质量为2kg
B．时，物体的速率为20m/s
C．时，物体的动能
D．从地面至，物体的动能减少100J
【答案】B
【详解】A．由图像可知，物体在h=4m时的重力势能为
EP=mgh=80J
则物体的质量为
m=2kg
故A正确，不符题意；
B．h=0时，物体的机械能为100J，即动能为100J，则速率为
故B错误，符合题意；
C．h=2 m时，物体重力势能为40J，机械能为90J，则物体的动能Ek=50 J，故C正确，不符题意；
D．h=4 m处，机械能与重力势能相等，则动能为零，则物体的动能减少100 J，故D正确，不符题意。
故选B。
2．质量m=1kg的物体，在水平恒定拉力F（拉力方向与物体初速度方向相同）的作用下，沿粗糙水平面运动，经过的位移为4 m时，拉力F停止作用，运动到位移为8 m时物体停止运动，运动过程中Ek-x图像如图所示。取g=10 m/s2，求：
（1）物体的初速度大小；
（2）物体和水平面间的动摩擦因数；
（3）拉力F的大小。
【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）从图中可看出物体初动能为，有
解得
（2）撤去后，物体在水平方向上只受摩擦力作用，根据动能定理，有
解得
（3）有拉力作用时，根据动能定理，有
解得
3.一质量为1kg的物体在水平拉力的作用下，由静止开始在水平地面上沿x轴运动，出发点为x轴零点，拉力做的功W与物体坐标x的关系如图所示。物体与水平地面间的动摩擦因数为0.4，重力加速度大小取10m/s2。下列说法正确的是（ ）
A．从x=0运动到x=2m过程中拉力的大小为12N
B．在x=3m时，物体的动能为15J
C．从x=0运动到x=2m，物体机械能增加了4J
D．从x=0运动到x=4m的过程中，物体的最大速度为2m/s
【答案】C
【详解】A．由于拉力在水平方向，则拉力做的功为，可看出图像的斜率代表拉力F，则从x=0运动到x=2m过程中拉力的大小
故A错误；
B．由图可知从x=0运动到x=3m，拉力做功为W=15J，根据动能定理有
可得x=3m时物体的动能为
故B错误；
C．从x=0运动到x=2m，拉力做功
W=12J
物体克服摩擦力做的功为
根据功能关系
故C正确；
D．根据图像可知在0~2m的过程中，2~4m的过程中，由于物体受到的摩擦力恒为f=4N，则物体在x=2m处速度最大，根据动能定理有
可得
故D错误。
故选C。
4.如图甲所示，质量为的物块初始时静止在倾角为的斜面上，施加给物块一沿斜面的恒定拉力F，使物块开始沿斜面运动，物块运动了时撤去拉力F。物块的动能随物块沿斜面上滑距离x变化的部分图像如图乙所示，物块与斜面间的最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，取重力加速度大小。下列说法正确的是（ ）
A．物块受到的滑动摩擦力大小为B．恒定拉力F的大小为
C．物块与斜面间的动摩擦因数为D．物块运动到最高点后会沿斜面下滑
【答案】C
【详解】A．物块从运动到过程中，根据动能定理
解得
故A错误；
B．物块从运动到过程中，根据动能定理
解得
故B错误；
C．物块受到的滑动摩擦力
解得
故C正确；
D．物块运动到最高点后，重力沿斜面向下的分力
最大静摩擦力
所以物块运动到最高点后，最大静摩擦力等于重力沿斜面向下的分力，即物块恰好静止，故D错误。
故选C。
5．如图甲所示，物体以一定初速度从倾角α＝30°的斜面底端沿斜面向上运动，经1.5s物体上升到最高点。选择地面为参考平面，在开始上升的一段时间内，物体的动能随高度h的变化如图乙所示。重力加速度，下列说法正确的是（ ）
A．物体的质量m＝3kg
B．物体与斜面间的动摩擦因数
C．物体上升过程的加速度大小
D．物体回到斜面底端时的动能
【答案】D
【详解】A．设物体的初速度为，根据运动学公式可得
根据图乙比例关系可知物体上升的最大高度为
则有
由图乙可知物体的初动能为
解得物体的质量为
故A错误；
BC．根据动能定理可得
可得
由图乙斜率可知物体受到的合力大小为
根据牛顿第二定律可得
解得
，
故BC错误；
D．物体返回到斜面底端时，根据动能定理可得
解得物体回到斜面底端时的动能为
故D正确。
故选D。
【题型四】动能定理解决多过程问题
1.如图甲所示，用轻绳连接质量为m的小球，在竖直面内做完整的圆周运动。在最低点时，绳上拉力为T，速度大小为v，不断改变v的大小，绘制出的T-v2图像如图乙所示，则（ ）
A．当地的重力加速度为
B．轻绳的绳长为
C．小球在轨迹最高点的最小速度为
D．小球在轨迹最高点和轨迹最低点时，绳子的拉力差始终为6b
【答案】BCD
【详解】A．小球在最低点绳上拉力为T，速度大小为v，由牛顿第二定律有
解得
当时，可得
则当地的重力加速度为
故A错误；
B．小球竖直面内做完整的圆周运动，在最低点的最小速度的平方为
而最高点刚好通过，有绳的拉力为零，可知
由动能定理可知
联立解得
故B正确；
C．小球在轨迹最高点的最小速度为
故C正确；
D．小球在轨迹最低点和轨迹最高点时，有
联立可得绳子的拉力差为
故D正确。
故选BCD。
2.如图所示，轨道半径的光滑竖直半圆形轨道CDE固定在光滑水平地面上，与地面相切于C点，水平面左侧有一高度的曲面轨道，与地面相切于B点。质量的滑块从曲面最高点A处由静止开始下滑，下滑过程中始终未脱离曲面。经过水平面后进入半圆轨道，通过E点时对轨道的压力大小。取重力加速度大小，滑块可视为质点，水平地面BC起够长。求：
（1）滑块经过C点的速度大小；
（2）滑块从E点飞出落到水平地面时离C点的距离x；
（3）滑块在曲面上运动时克服阻力做的功。
【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）根据牛顿第三定律，滑块通过E点时对轨道的压力大小等于轨道对滑块的支持力，对滑块，根据牛顿第二定律
解得
滑块由C点到E点的过程，根据动能定理
解得
（2）滑块从E点飞出落到水平地面过程，滑块做平抛运动，在竖直方向
解得
水平方向
（3）滑块在光滑水平地面上做匀速直线运动，即
滑块从A点运动到B点的过程中，根据动能定理
解得
3.如图甲所示，在竖直平面内，粗糙的倾斜直轨道AB和光滑的圆轨道BCD相切于B点，C是圆轨道最低点，圆心角，D点与圆心等高，最低点C处有压力传感器。现有一个质量为m可视为质点的小物块从D点正上方静止释放后，恰好沿D点进入轨道DCB，压力传感器测出不同高度h释放时第一次经过C点的压力示数F，做出F与高度h的图像，如图乙所示。已知，，。
（1）求小物块的质量m和圆轨道的半径R；
（2）若，轨道AB的长度，改变小物块与轨道AB间的动摩擦因数，试求小物块在斜面轨道AB上滑行的路程s与的关系。
【答案】（1）0.2kg，1m；（2）m（）或（）或（）
【详解】（1）当时，由图像截距可知
N
得
由图像可知，当时，对轨道的压力N，根据动能定理有
解得
（2）①当较小，则小物块滑离斜面，此时有
解得
小球的路程为1.8m；
②当较大，小物块能停在斜面上，有
解得
根据动能定理有
解得
③当时，小物块最终在与B点等高水平线范围内往复运动，则有
解得
综上可知，小物块在斜面轨道AB上滑行的路程s与μ的关系为：
m（）或（）或（）
4．如图所示为一竖直放置的玩具轨道装置模型，一质量的小滑块从P点静止释放，沿曲线轨道AB滑下后冲入竖直圆形轨道BC，再经过水平轨道BD，最后从D点飞出落在水平薄板MN上，各轨道间平滑连接。其中圆轨道BC的半径，水平轨道BD的长，BD段与滑块间的动摩擦因数，其余部分摩擦不计，薄板MN的宽度，M点到D点的水平距离，薄板MN到水平轨道BD的竖直高度，不计空气阻力，取重力加速度。
（1）若小滑块恰好落在薄板MN上的N点，求小滑块在D点的动能；
（2）若小滑块恰好过圆弧最高点C，判断小滑块能否落在MN上。
【答案】（1）；（2）能
【详解】（1）小滑块从D点飞出后做平抛运动，根据平抛运动规律
解得
则小滑块在D点的动能
（2）小滑块恰好不脱离轨道，根据牛顿第二定律，在C点满足
小滑块从C运动到D，设小滑块运动到D点时速度为，由动能定理可得
解得
若小滑块从D点飞出刚好落在M点，由运动学公式
解得
因为，所以小滑块能落在MN上。
1．如图所示，摩托车做腾跃特技表演，沿曲面冲上高0.8m顶部水平高台，接着以水平速度离开平台，落至地面时，恰能无碰撞地沿圆弧切线从A点切入光滑竖直圆弧轨道，并沿轨道下滑。A、B为圆弧两端点，其连线水平。已知圆弧半径为，人和车的总质量为200kg，特技表演的全过程中，阻力忽略不计。（计算中取。）求：
（1）从平台飞出到A点，人和车运动的水平距离s；
（2）从平台飞出到A点时速度大小及圆弧对应圆心角；
（3）人和车运动到圆弧轨道最低点O，求此时对轨道的压力大小。
【答案】（1）；（2），；（3）8600N
【详解】（1）从平台飞出到A点的过程，人和车做平抛运动，根据平抛运动规律，有
解得
从平台飞出到A点，人和车运动的水平距离为
（2）从平台飞出到A点，根据动能定理，有
解得
如图
可知


得
（3）从A到O的过程中由动能定理有
在最低点，有
解得
根据牛顿第三定律可知人和车对轨道的压力大小为8600N。
2．如图所示，在竖直平面内，粗糙的斜面轨道的下端与光滑的圆弧轨道相切于B，C是最低点，圆心角，D与圆心O等高，圆弧轨道半径R，现有一个质量为m可视为质点的小物体，从D点的正上方E点处自由下落，物体恰好到达斜面顶端A处。已知距离为，物体与斜面之间的动摩擦因数。重力加速度为g。（取，），求：
（1）物体第一次到达C点时的速度大小和受到的支持力大小；
（2）斜面的长度L；
（3）若可变，求取不同值时，物块在斜面上滑行的路程s。
【答案】（1），；（2）；（3）见解析
【详解】（1）设物体到达C点的速度为v，从E到C，由动能定理得
代入数据得
在C点，有
代入数据得
（2）从C到A，由动能定理得
代入数据得
（3）设摩擦因数为μ1时物块刚好能静止在斜面上，则有
解得
①若，物块将滑出斜面，则物块的路程为
②若，则
所以物块在斜面上多次往返，最后在B点速度为零，则有全程由能量守恒定律，可得
解得
③若，则
则物块将停在斜面上，则有
解得
3．如图所示，是一游戏装置的简化示意图，在同一竖直平面内的轨道由四分之一光滑圆弧轨道、粗糙的水平轨道、光滑圆弧轨道、粗糙斜轨道组成，圆弧分别与直轨道、相切。斜轨道的倾角，底端处有一弹性挡板。一质量的滑块（比圆管内径稍小）从A点正上方的点无初速释放，滑块通过圆弧的最高点时对轨道没有任何作用力，滑块运动到点（点为四分之一圆弧轨道的圆心，点为圆弧轨道的圆心，且两圆心和在同一水平高度）碰撞弹性挡板后被等速反弹。已知滑块与水平轨道和斜轨道间的动摩擦因数均为，两圆弧轨道的半径均为，重力加速度，，，不计空气阻力，滑块可视为质点。求：
（1）滑块经过点时的速度大小；
（2）滑块经过点时，圆弧轨道对滑块的支持力大小；
（3）滑块释放点与面间的高度差；
（4）滑块在斜轨道上运动的总路程s。
【答案】（1）；（2）；（3）；（4）
【详解】（1）滑块在点，由牛顿第二定律得
解得
（2）对滑块从点运动到点的过程，由动能定理得
滑块在点有
解得
（3）由几何关系得
对滑块从点运动到点的过程，由动能定理得
解得
（4）由几何关系得
滑块在点的动能
滑块从点运动到点，克服摩擦力做的功为
由于
滑块反弹后无法回到点，判断出滑块最后停在点，对滑块通过点到静止的过程，由动能定理得
解得
4．滑板运动是一项极限运动。某滑板运动的轨道如图所示，和CD均是圆弧形轨道，BC是地面上一段长为的水平轨道，均与BC平滑连接。一运动员站在滑板（运动员和滑板视为一个整体，且视为质点）上从AB轨道上离地高度为处以大小为的初速度下滑，经BC轨道后冲上CD轨道，到离地高度为2h时速度减为零。运动员（含滑板）的质量为m，在轨道上受到的摩擦力大小不变，重力加速度大小为，不计圆弧轨道上的摩擦，求：
（1）运动员第一次经过点时的速度大小；
（2）运动员在BC轨道上受到的摩擦力大小；
（3）运动员最后停在BC轨道中点时累计通过该点的次数（含最后停留的次数）。
【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）从A到B由动能定理
解得
（2）从A到D由动能定理
解得
（3）从A点到最后停在AB中点，则由动能定理
解得
5．如图所示，一轻弹簧左端固定于竖直墙面，水平面上A点左侧AD光滑，右侧AB粗糙，AB与光滑半圆轨道BEC平滑连接，轨道半径R=0.6m，E点和圆心O的连线与水平面平行。一质量m=1kg的小物块（可视为质点）以某一水平向右的初速度，从C点进入半圆轨道内侧，沿半圆轨道滑下，第一次刚到达B点时，轨道对小物块的弹力大小为小物块重力的6倍。小物块与AB间的动摩擦因数μ=0.2，取重力加速度g=10m/s2。求：
（1）小物块第一次刚到B点时速度vB的大小；
（2）小物块刚进入半圆轨道最高点C时的水平初速度v0的大小；
（3）小物块与弹簧碰撞后，水平向右反向弹回，第一次返回半圆轨道后恰能到达E点。若小物块每次与弹簧碰撞过程中损失机械能0.2J，则小物块最终停止的位置距离A点多远。
【答案】（1）；（2）；（3）0.7m
【详解】（1）滑块在B点时由牛顿第二定律
解得
（2）从C到B由机械能守恒定律
解得
（3）小物块与弹簧碰撞后，水平向右反向弹回，第一次返回半圆轨道后恰能到达E点。由能量关系
解得
LAB=2.2m
物块从E点返回时由能量关系
解得
x=2.9m
则小物块最终停止的位置距离A点2.9m-2.2m=0.7m。
6．如图所示，AB为高台滑雪某段滑道的示意图，由一段倾斜轨道和一段圆弧轨道组成，A、B两点间的竖直高度差为。质量为的滑雪运动员（可视为质点）从A点由静止开始下滑，从B点斜向上飞出后运动轨迹如图中BCD所示，C为轨迹最高点，B、C两点的竖直高度差为，B、D两点位于同一水平面上，它们之间的距离为。取重力加速度，不计空气阻力。求：
（1）运动员到达B点时的速度大小；
（2）从A到B的过程中运动员克服阻力做的功。
【答案】（1）10m/s；（2）700J
【详解】（1）设运动员到达点时的水平速度大小为，竖直速度大小为，从到，根据运动学规律可得，竖直方向
，
水平方向
合速度
解得
（2）从A到B，据动能定理可得
解得
7．过山车是一种机动游乐设施，深受年轻游客的喜爱（如图a所示）。可将过山车（含游客）看作质点，其质量kg。部分轨道如图（b）所示，AB是长m、倾角为37°的倾斜直轨道，过山车与轨道间的滑动摩擦因数；BC段可视半径m的光滑圆弧轨道，O为圆心，D点为轨道最高点，。过山车经过A点时速度，之后靠惯性冲上轨道最高点D，则过山车在运动过程中（取，，），求：
（1）过山车在AB段的加速度大小；
（2）摩擦力对过山车的冲量大小；
（3）过山车运动到最高点D时对轨道的压力。
【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）设过山车在AB段的加速度大小为,由题意，根据牛顿第二定律有
解得
（2）设过山车运动到B所用时间为，由运动学公式可得
解得
或（不合题意，舍去）
故从A到B的过程中，摩擦力对过山车冲量的大小为
（3）由以上分析可知，过山车到达B点时的速度为
设到达D点的速度为，从B到D由动能定理可得
解得
另设过山车在D点时轨道对过山车的支持力为，过山车在圆弧上做圆周运动，运动到最高点时有
解得
则由牛顿第三定律可得过山车运动到最高点D时对轨道的压力
8．如图所示为某滑雪场滑道示意图。滑雪运动员及装备（可视为质点）的质量为，运动员从平台上水平飞出后恰好能从A点沿圆弧切线进入竖直面内的光滑圆弧滑道ABC，并沿滑道滑上与圆弧滑道在C点相切的粗糙倾斜直滑道CD，CD滑道足够长。已知圆弧滑道半径为，圆心为O，AO连线与竖直方向夹角为，AO与CO连线互相垂直。平台与A点之间的高度差为。取重力加速度大小，，，不计空气阻力。求：
（1）运动员离开平台瞬间的速度大小；
（2）运动员第一次运动到圆弧滑道最低点B时，受到的支持力大小；
（3）为保证运动员不从A点滑离圆弧滑道，运动员与CD段之间动摩擦因数的最小值。
【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）设运动员在A点竖直方向的分速度为vy
在A点
解得
（2）运动员在A点的速度大小
从A点到B点由动能定理可得
在B点对运动员进行受力分析可得
解得
（3）运动员恰好不从A点滑离轨道时，运动员与粗糙轨道之间动摩擦因数最小。从A点到C点由动能定理可得
设从C点向上滑动距离x后运动员速度减为零，据动能定理可得
运动员从A点进入圆弧滑道到回到A点的过程，由动能定理可得
解得
目录
01 模拟基础练
【题型一】动能定理的理解
【题型二】动能定理的基本应用
【题型三】动能定理与图像
【题型四】动能定理解决多过程问题
02 重难创新练