高考物理三轮复习冲刺过关练习易错点09 动能定理（2份，原卷版+解析版）

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【知识点一】功的分析与计算
1．计算功的方法
(1)对于恒力做功利用W＝Flcs α；
(2)对于变力做功可利用动能定理(W＝ΔEk)；
(3)对于机车启动问题中的定功率启动问题，牵引力的功可以利用W＝Pt.
2．合力功计算方法
(1)先求合外力F合，再用W合＝F合 lcs α求功．
(2)先求各个力做的功W1、W2、W3、…，再应用W合＝W1＋W2＋W3＋…求合外力做的功．
3．几种力做功比较
(1)重力、弹簧弹力、电场力、分子力做功与位移有关，与路径无关．
(2)滑动摩擦力、空气阻力、安培力做功与路径有关．
(3)摩擦力做功有以下特点：
①单个摩擦力(包括静摩擦力和滑动摩擦力)可以做正功，也可以做负功，还可以不做功．
②相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零；相互作用的一对滑动摩擦力做功的代数和不为零，且总为负值．
③相互作用的一对滑动摩擦力做功过程中会发生物体间机械能转移和机械能转化为内能，内能Q＝Ffx相对．
【知识点二】功率的分析与计算
1．平均功率的计算方法
(1)利用P＝eq \f(W,t).
(2)利用P＝Fvcs α，其中v为物体运动的平均速度．
2．瞬时功率的计算方法
(1)P＝Fvcs α，其中v为t时刻的瞬时速度．
(2)P＝FvF，其中vF为物体的速度v在力F方向上的分速度．
(3)P＝Fvv，其中Fv为物体受到的外力F在速度v方向上的分力．
【知识点三】动能定理的理解
1.动能定理表明了“三个关系”
(1)数量关系：合力做的功与物体动能的变化具有等量代换关系，但并不是说动能变化就是合力做的功。
(2)因果关系：合力做功是引起物体动能变化的原因。
(3)量纲关系：单位相同，国际单位都是焦耳。
2.标量性
动能是标量，功也是标量，所以动能定理是一个标量式，不存在方向的选取问题。当然动能定理也就不存在分量的表达式。
【知识点四】动能定理的应用
1．应用动能定理解题应抓好“两状态，一过程”
“两状态”即明确研究对象的始、末状态的速度或动能情况，“一过程”即明确研究过程，确定这一过程研究对象的受力情况和位置变化或位移信息．
2．应用动能定理解题的基本思路
1．（2022·福建·高考真题）（多选）一物块以初速度自固定斜面底端沿斜面向上运动，一段时间后回到斜面底端。该物体的动能随位移x的变化关系如图所示，图中、、均已知。根据图中信息可以求出的物理量有（ ）
A．重力加速度大小B．物体所受滑动摩擦力的大小
C．斜面的倾角D．沿斜面上滑的时间
2．（2022·重庆·高考真题）（多选）一物块在倾角为的固定斜面上受到方向与斜面平行、大小与摩擦力相等的拉力作用，由静止开始沿斜面向下做匀变速直线运动，物块与斜面间的动摩擦因数处处相同。若拉力沿斜面向下时，物块滑到底端的过程中重力和摩擦力对物块做功随时间的变化分别如图曲线①、②所示，则（ ）
A．物块与斜面间的动摩擦因数为
B．当拉力沿斜面向上，重力做功为时，物块动能为
C．当拉力分别沿斜面向上和向下时，物块的加速度大小之比为1∶3
D．当拉力分别沿斜面向上和向下时，物块滑到底端时的动量大小之比为
3．（2021·辽宁·统考高考真题）（多选）冰滑梯是东北地区体验冰雪运动乐趣的设施之一、某冰滑梯的示意图如图所示，螺旋滑道的摩擦可忽略：倾斜滑道和水平滑道与同一滑板间的动摩擦因数μ相同，因滑板不同μ满足。在设计滑梯时，要确保所有游客在倾斜滑道上均减速下滑，且滑行结束时停在水平滑道上，以下L1、L2的组合符合设计要求的是（ ）
A．，B．，
C．，D．，
4．（2022·江苏·高考真题）某滑雪赛道如图所示，滑雪运动员从静止开始沿斜面下滑，经圆弧滑道起跳。将运动员视为质点，不计摩擦力及空气阻力，此过程中，运动员的动能与水平位移x的关系图像正确的是（ ）
A．B．
C．D．
5．（2021·湖北·统考高考真题）如图（a）所示，一物块以一定初速度沿倾角为30°的固定斜面上滑，运动过程中摩擦力大小f恒定，物块动能Ek与运动路程s的关系如图（b）所示。重力加速度大小取10 m/s2，物块质量m和所受摩擦力大小f分别为（ ）
A．m=0.7 kg，f=0.5 NB．m=0.7 kg，f=1.0N
C．m=0.8kg，f=0.5 ND．m=0.8 kg，f=1.0N
6．（2023·浙江·高考真题）一游戏装置竖直截面如图所示，该装置由固定在水平地面上倾角的直轨道、螺旋圆形轨道，倾角的直轨道、水平直轨道组成，除段外各段轨道均光滑，且各处平滑连接。螺旋圆形轨道与轨道、相切于处．凹槽底面水平光滑，上面放有一无动力摆渡车，并紧靠在竖直侧壁处，摆渡车上表面与直轨道下、平台位于同一水平面。已知螺旋圆形轨道半径，B点高度为，长度，长度，摆渡车长度、质量。将一质量也为的滑块从倾斜轨道上高度处静止释放，滑块在段运动时的阻力为其重力的0.2倍。（摆渡车碰到竖直侧壁立即静止，滑块视为质点，不计空气阻力，，）
（1）求滑块过C点的速度大小和轨道对滑块的作用力大小；
（2）摆渡车碰到前，滑块恰好不脱离摆渡车，求滑块与摆渡车之间的动摩擦因数；
（3）在（2）的条件下，求滑块从G到J所用的时间。
7．（2022·天津·高考真题）冰壶是冬季奥运会上非常受欢迎的体育项目。如图所示，运动员在水平冰面上将冰壶A推到M点放手，此时A的速度，匀减速滑行到达N点时，队友用毛刷开始擦A运动前方的冰面，使A与间冰面的动摩擦因数减小，A继续匀减速滑行，与静止在P点的冰壶B发生正碰，碰后瞬间A、B的速度分别为和。已知A、B质量相同，A与间冰面的动摩擦因数，重力加速度取，运动过程中两冰壶均视为质点，A、B碰撞时间极短。求冰壶A
（1）在N点的速度的大小；
（2）与间冰面的动摩擦因数。
8．（2022·福建·高考真题）如图，L形滑板A静置在粗糙水平面上，滑板右端固定一劲度系数为的轻质弹簧，弹簧左端与一小物块B相连，弹簧处于原长状态。一小物块C以初速度从滑板最左端滑入，滑行后与B发生完全非弹性碰撞（碰撞时间极短），然后一起向右运动；一段时间后，滑板A也开始运动．已知A、B、C的质量均为，滑板与小物块、滑板与地面之间的动摩擦因数均为，重力加速度大小为；最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，弹簧始终处于弹性限度内。求：
（1）C在碰撞前瞬间的速度大小；
（2）C与B碰撞过程中损失的机械能；
（3）从C与B相碰后到A开始运动的过程中，C和B克服摩擦力所做的功。
9．（2021·福建·统考高考真题）如图（a），一倾角的固定斜面的段粗糙，段光滑。斜面上一轻质弹簧的一端固定在底端C处，弹簧的原长与长度相同。一小滑块在沿斜面向下的拉力T作用下，由A处从静止开始下滑，当滑块第一次到达B点时撤去T。T随滑块沿斜面下滑的位移s的变化关系如图（b）所示。已知段长度为，滑块质量为，滑块与斜面段的动摩擦因数为0.5，弹簧始终在弹性限度内，重力加速度大小取，。求：
（1）当拉力为时，滑块的加速度大小；
（2）滑块第一次到达B点时的动能；
（3）滑块第一次在B点与弹簧脱离后，沿斜面上滑的最大距离。
一、单选题
1．滑雪运动员在如图所示滑道上滑行，滑道弧形部分最末端的切线与斜坡垂直，从末端滑出时的速度大小为，运动员始终能落到斜坡上。不考虑空气阻力，运动员可视为质点，下列说法正确的是（ ）
A．运动员在空中运动过程所受重力的冲量与成正比
B．运动员到斜坡的最大距离与成正比
C．运动员落到斜坡上前瞬间重力的瞬时功率与成正比
D．运动员落到斜坡上时速度方向与斜坡夹角的正切值与成正比
2．如图所示，在光滑水平面上，一物体在水平向右的恒定拉力F作用下由静止开始向右做直线运动，物体的动能随时间t变化的图像如右图所示，虚线为图像上P点的切线，切线与t轴交点的坐标是（ ）
A．0.60B．0.70C．0.75D．0.80
3．如图，一质量M＝1 kg、半径R＝0.5 m的光滑大圆环用一细轻杆固定在竖直平面内，套在大环上质量m＝0.2 kg的小环（可视为质点），从大环的最高处由静止滑下。重力加速度g＝10 m/s2，当小环滑到大环的最低点时（ ）
A．小球的速度大小为
B．小球运动的加速度大小为40 m/s2
C．小球对大坏的压力大小为20 N
D．大环对轻杆拉力的大小为12 N
4．一辆玩具赛车在水平直跑道上由静止开始匀加速启动，当发动机的功率达到额定功率后保持不变，赛车速度的倒数和加速度a的关系如图所示，已知玩具赛车在跑道上运动时受到的阻力大小恒为40N，玩具赛车从起点到终点所用的时间为30s，玩具赛车到达终点前已达到最大速度，则起点到终点的距离为（ ）
A．300m
B．350m
C．400m
D．450m
5．2022年11月，由我国自主研制的新概念武器—电磁枪在珠海航展闪亮登场，这标志着中国电磁弹射技术在世界范围内处于领先地位。下图是用电磁弹射技术制造的轨道炮原理图，质量为m的弹体可在间距为d的两平行水平轨道之间自由滑动，并与轨道保持良好接触。恒定电流从轨道左边流入，通过弹体后从轨道左边流回。轨道电流在弹体处产生垂直于轨道面的磁场，可视为匀强磁场，磁感应强度的大小与电流成正比。通电弹体在安培力作用下加速距离后从轨道右边以速度v高速射出。下列说法中正确的是（ ）
A．弹体受到的安培力大小为
B．若电流增大到，则弹体射出速度变为4v
C．若轨道长增大到，则弹体射出速度变为
D．若电流从轨道左边流入，轨道左边流回，则弹体将向左边射出
6．跳台滑雪是一种勇敢者的运动。如图所示，某运动员穿着专用滑雪板，第一次从跳台A处由静止开始沿倾角为30°的滑雪道滑到B处，第二次从跳台A处以的水平速度飞出，在空中飞行一段时间后刚好落在B处，已知运动员第一次运动到B处所用的时间为第二次的倍，不计空气阻力，重力加速度g取，则（ ）
A．运动员两次运动的平均速度相同B．滑雪板与雪道间的动摩擦因数为
C．A、B两点间的雪道长度为30mD．运动员第二次到达B处时的动能是第一次的3倍
7．高铁已成为中国的“国家名片”，截至2022年末，全国高速铁路营业里程4.2万千米，位居世界第一。如图所示，一列高铁列车的质量为m，额定功率为，列车以额定功率在平直轨道上从静止开始运动，经时间t达到该功率下的最大速度，设高铁列车行驶过程所受到的阻力为，且保持不变．则（ ）
A．列车在时间t内可能做匀加速直线运动
B．如果改为以恒定牵引力启动，则列车达到最大速度经历的时间一定大于t
C．列车达到的最大速度大小为
D．列车在时间t内牵引力做功为
二、多选题
8．如图所示，从倾角为的斜面上某点沿水平方向抛出两个小球M和N，已知M球的初动能为，N球的初动能为，两小球均落在斜面上，不计空气阻力，则（ ）
A．M、N两小球落在斜面上时的速度方向与水平方向间夹角的正切值之比为
B．M、N两小球在空中运动的时间之比为
C．M、N两小球距离斜面的最远距离之比为
D．M球落在斜面上时的动能为
9．如图，斜面顶端A与另一点B在同一水平线上，甲、乙两小球质量相等。让甲球在沿斜面向下的恒力作用下沿斜面以初速度从顶端A运动到底端，同时让乙球以同样的初速度从B点抛出，两球同时到达地面，不计空气阻力。则（ ）
A．两球运动过程中受重力的冲量相同
B．两球运动过程中动量的变化量相同
C．两球到达地面前瞬间速度大小相等
D．两球到达地面时重力的瞬时功率相等
三、解答题
10．如图所示，木板B静止于光滑水平面上，质量M=2kg的物块A放在B的左端，另一质量m=1kg的小球用长L=0.9m的轻绳悬挂在固定点O。木板B与地面锁定。将小球向左拉至轻绳与竖直方向呈60°并由静止释放小球，小球在最低点与A发生弹性正碰，碰撞时间极短，碰后A在B上滑动，恰好未从B的右端滑出。已知A、B间的动摩擦因数μ=0.1，物块与小球可视为质点，不计空气阻力，取重力加速度g=10m/s²。
（1）求B的长度x；
（2）若解除B的锁定，仍将小球拉到原处静止释放，为使A不能滑过B板的四分之一，求B的质量MB的范围。
11．如图所示，倾角为的斜面AB固定在水平桌面上，竖直面内的半圆轨道CD与桌面相切于C点。小物块甲、乙用轻质细绳连接，跨过轻质光滑的定滑轮，与乙相连的轻绳竖直，与甲相连的轻绳平行于斜面。开始将乙按在桌面上静止不动，甲位于斜面顶端；释放乙，当甲滑至斜面AB中点时剪断细绳。已知斜面AB长，水平桌面BC段长，甲的质量、乙的质量，物块甲与斜面AB和水平桌面BC间的动摩擦因数均为，半圆轨道CD光滑，物块甲从斜面滑上水平桌面时速度大小不变，重力加速度，不计空气阻力。求：
（1）物块甲到斜面底端B时重力的瞬时功率P；
（2）若物块甲在半圆轨道CD上运动时不脱离轨道，半圆轨道半径R的取值范围。
12．保龄球运动既可以锻炼身体，又可以缓解心理压力，而且老少咸宜，广受大众的喜爱。某同学设想了如下过程来模拟一次保龄球的投掷、运行、撞击的训练过程．如图所示，将一质量为的保龄球从A点开始由静止向前掷出，球沿曲线运动，脱手后，在B点以的速度切入水平球道。球做直线运动经时间后在C点与质量为的球瓶发生正碰。已知在A点时保龄球的下沿距离球道表面的高度为，保龄球在球道上运动时受到的阻力恒为重力的倍，g取，忽略空气阻力，忽略保龄球的滚动，球与球瓶的碰撞时间极短，碰撞中没有能量损失，球与球瓶均可看成质点。求：
（1）运动员在掷球过程中对保龄球做的功；
（2）在撞上球瓶前的瞬间，保龄球的速度的大小；
（3）碰撞后，球瓶的速度的大小。
13．如图所示，长L＝4m的传送带（轮的半径可忽略不计）以大小为的速度顺时针转动，一小滑块（可视为质点）以大小为（、大小可调）、水平向右的速度滑上传送带，并以大小为的速度滑出传送带，滑块和传送带之间的动摩擦因数为。传送带右侧下方有一倾角为、高的光滑斜面，斜面与一半径为R的光滑圆弧轨道平滑连接，圆弧轨道的最高点与圆心在同一竖直线上。重力加速度g取。
（1）求的取值范围；
（2）若小滑块可以平滑地落到斜面顶端，求斜面顶端与传送带右端的水平距离x；
（3）要使小滑块沿圆弧轨道运动时不脱离圆弧，求R的取值范围。
14．如图所示，质量为m的物体在水平恒力F的作用下，沿水平面从A点加速运动至B点，A、B两点间的距离为l。物体与水平面间的动摩擦因数为，重力加速度为g。在物体从A点运动到B点的过程中，求：
（1）物体的加速度大小a；
（2）恒力F对物体做的功W；
（3）此过程中物体速度由变化到，请根据牛顿第二定律和运动学公式，推导合力对物体做的功与物体动能变化的关系。
15．如图所示，水平传送带AB长为，其左右两侧为与传送带紧邻的等高水平面，右侧水平面长为，左侧足够长。质量分别为和的甲、乙两物块（均可视为质点）紧靠点静止在右侧的水平面上，两物块间锁定一原长可以忽略的轻质弹簧，开始时弹簧处于压缩状态。在点右侧有一半径且与平滑连接的光滑竖直半圆弧轨道，在圆弧的最高点处有一固定挡板，物块撞上挡板后会被原速率弹回。已知两物块与传送带和左右两侧水平面间的动摩擦因数均为，传送带以速度沿顺时针匀速转动，。某一时刻弹簧解除锁定，两物块弹开后甲刚好能从点离开传送带，甲、乙运动过程中所涉及的碰撞均为弹性碰撞且碰撞时间极短。求：
（1）物块乙被弹簧弹开时的速度大小；
（2）乙首次到达圆弧轨道最高点时对轨道的作用力大小；
（3）甲、乙两物块最后均静止时，相距的距离与传送带的速度之间的关系。