浙江物理学考匀针对练习六--动能定理、机械能守恒定律

真题训练（2016.4浙江卷.20）如图所示，装置由一理想弹簧发射器及两个轨道组成。其中轨道I由光滑轨道AB与粗糙直轨道BC平滑连接，高度差分别是hl=0.20m、h2=0.10m，BC水平距离L=1.00m。轨道Ⅱ由AE、螺旋圆形EFG和GB三段光滑轨道平滑连接而成，且A点与F点等高。当弹簧压缩量为d时，恰能使质量m=0.05kg的滑块沿轨道I上升到B点；当弹簧压缩量为2d时，恰能使滑块沿轨道I上升到C点。（已知弹簧弹性势能与压缩量的平方成正比）（1）当弹簧压缩量为d时，求弹簧的弹性势能及滑块离开弹簧瞬间的速度大小；（2）求滑块与轨道BC间的动摩擦因数；（3）当弹簧压缩量为d时，若沿轨道Ⅱ运动，滑块能否上升到B点？请通过计算说明理由。答案：（1）0.1J；2m/s(2)0.5(3)当圆轨道半径大于0.4m时，滑块不能上升到B点；当圆轨道半径小于等于0.4m时，滑块能上升到B点。（2016.10浙江卷.20）如图所示，游乐场的过山车可以底朝上在竖直圆轨道上运行，可抽象为图2的模型。倾角为450的直轨道AB，半径R=10m的光滑竖直圆轨道和倾角为370的直轨道EF，分别通过水平光滑衔接轨道BC、C’E平滑连接，另有水平减速直轨道FG与EF平滑连接，EG间的水平距离l=40m，现有质量m=500kg的过山车从高h=40m处的A点静止下滑，经BCDC’EF，最终停车G点，过山车与轨道AB、EF的动摩擦因数均为＝0.2，与减速直轨道FG的动摩擦因数=0.75，过山车可视为质点，运动中不脱离轨道，求（1）过山车运动至圆轨道最低点C时的速度大小；（2）过山车运动至圆轨道最高点D时对轨道的作用力；（3）减速直轨道FG的长度x。（已知sin370=0.6，cos370=0.8）【答案】（1）810/Cvms；（2）7000N；（3）x=30m（2017.4浙江卷.20）图中给出了一段“S”形单行盘山公路的示意图。弯道1、弯道2可看作两个不同水平面上的圆弧，圆心分别为O1、O2，弯道中心线半径分别为r1=10m，r2=20m，弯道2比弯道1高h=12m，有一直道与两弯道圆弧相切。质量m=1200kg的汽车通过弯道时做匀速圆周运动，路面对轮胎的最大径向静摩擦力时车重的1.25倍，行驶时要求汽车不打滑。（sin37°=0.6，sin53°=0.8）（1）求汽车沿弯道1中心线行驶时的最大速度v1；（2）汽车以v1进入直道，以P=30kW的恒定功率直线行驶了t=8.0s进入弯道2，此时速度恰为通过弯道中心线的最大速度，求直道上除重力以外的阻力对汽车做的功；（3）汽车从弯道1的A点进入，从同一直径上的B点驶离，有经验的司机会利用路面宽度，用最短时间匀速安全通过弯道。设路宽d=10m，求此最短时间（A、B两点都在轨道中心线上，计算时视汽车为质点）。答案：-2.1×1041.8s（2017.11浙江卷.20）（12分）如图1所示是游乐园的过山车，其局部可简化为如图2所示的示意图，倾角θ=370的两平行倾斜轨道BC、DE的下端与水平半圆形轨道CD顺滑连接，倾斜轨道BC的B端高度h=24m，倾斜轨道DE与圆弧EF相切于E点，圆弧EF的圆心O1，水平半圆轨道CD的圆心O2与A点在同一水平面上，DO1的距离L=20m，质量m=1000kg的过山车（包括乘客）从B点自静止滑下，经过水平半圆轨道后，滑上另一倾斜轨道，到达圆弧顶端F时，乘客对座椅的压力为自身重力的0.25倍。已知过山车在BCDE段运动时所受的摩擦力与轨道对过山车的支持力成正比，比例系数，EF段摩擦不计，整个运动过程空气阻力不计。（sin370=0.6，cos370=0.8）（1）求过山车过F点时的速度大小（2）求从B到F整个运动过程中摩擦力对过山车做的功（3）如图过D点时发现圆轨道EF段有故障，为保证乘客安全，立即触发制动装置，使过山车不能到达EF段并保证不再下滑，则过山车受到的摩擦力至少多大？解析：模拟训练1．上端固定的一根细线下面悬挂一摆球，摆球在空气中摆动，摆动的幅度越来越小，对此现象下列说法是否正确．(1)摆球机械能守恒．()(2)总能量守恒，摆球的机械能正在减少，减少的机械能转化为内能．()(3)能量正在消失．()(4)只有动能和重力势能的相互转化．()答案：×√××2．如图1所示，在竖直平面内有一半径为R的圆弧形轨道，半径OA水平、OB竖直，一个质量为m的小球自A的正上方P点由静止开始自由下落，小球沿轨道到达最高点B时恰好对轨道没有压力．已知AP＝2R，重力加速度为g，则小球从P至B的运动过程中()A．重力做功2mgRB．机械能减少mgRC．合外力做功mgRD．克服摩擦力做功12mgR答案：D3.如图所示装置中，木块与水平桌面间的接触面是光滑的，子弹A沿水平方向射入木块后留在木块内，将弹簧压缩到最短，则从子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的整个过程中（）A．子弹与木块组成的系统机械能守恒B．子弹与木块组成的系统机械能不守恒C．子弹、木块和弹簧组成的系统机械能守恒D．子弹、木块和弹簧组成的系统机械能不守恒答案：BC4如图所示，卷扬机的绳索通过定滑轮用力F拉位于粗糙斜面上的木箱，使之沿斜面加速向上移动。在移动过程中，下列说法中正确的是()A．木箱克服重力所做的功等于木箱机械能的增加B．F对木箱做的功等于木箱增加的动能与木箱克服摩擦力所做的功之和C．F对木箱做的功等于木箱克服摩擦力和克服重力所做的功之和D．F对木箱做的功等于木箱增加的机械能与木箱克服摩擦力做的功之和答案：D5如图所示，质量为M、长度为l的小车静止在光滑的水平面上，质量为m的小物块放在小车的最左端。现用一水平恒力F作用在小物块上，使物块从静止开始做匀加速直线运动。物块和小车之间的摩擦力的大小为f。经过时间t，小车运动的位移为s，物块刚好滑到小车的最右端。物块可以看成质点，则()A．物块受到的摩擦力对物块做的功与小车受到的摩擦力对小车做功的代数和为零B．整个过程物块和小车增加的机械能为F（s+l）C．整个过程物块和小车间摩擦生热为flD．小车的末动能为fs答案：CD6.如图甲所示，竖直平面内的光滑轨道由倾斜直轨道AB和圆轨道BCD组成，AB和BCD相切于B点，CD连线是圆轨道竖直方向的直径（C、D为圆轨道的最低点和最高点），已知∠BOC=30˚。可视为质点的小滑块从轨道AB上高H处的某点由静止滑下，用力传感器测出滑块经过圆轨道最高点D时对轨道的压力为F，并得到如图乙所示的压力F与高度H的关系图象，取g=10m/s2。求：（1）滑块的质量和圆轨道的半径；（2）是否存在某个H值，使得滑块经过最高点D后能直接落到直轨道AB上与圆心等高的点。若存在，请求出H值；若不存在，请说明理由。【解析】（1）12(2)2mgHRmvD，2mvDFmgR得2(2)mgHRFmgR，取点（0.50，0）和（1.00，5.0）代入上式得：m=0.1kg,R=0.2m（2）假设滑块经过最高点D后能直接落到直轨道AB上与圆心等高的E点（如图所示）sin30ROEDPxOEvt212Rgt得到：2/DPvms,而滑块过D点的临界速度2/DLvgRms由于：DPDLvv所以存在一个H值，使得滑块经过最高点D后能直接落到直轨道AB上与圆心等高的点2()122DPmgHRmv－得到：H=0.6m【答案】（1）m=0.1kg,R=0.2m(2)存在，H=0.6m7.节能混合动力车是一种可以利用汽油及所储存电能作为动力来源的汽车。有一质量m=1000kg的混合动力轿车，在平直公路上以匀速行驶，发动机的输出功率为。当驾驶员看到前方有80km/h的限速标志时，保持发动机功率不变，立即启动利用电磁阻尼带动的发电机工作给电池充电，使轿车做减速运动，运动L=72m后，速度变为。此过程中发动机功率的用于轿车的牵引，用于供给发电机工作，发动机输送给发电机的能量最后有50%转化为电池的电能。假设轿车在上述运动过程中所受阻力保持不变。求（1）轿车以在平直公路上匀速行驶时，所受阻力的大小；（2）轿车从减速到过程中，获得的电能；（3）轿车仅用其在上述减速过程中获得的电能维持匀速运动的距离。【解析】（1）汽车牵引力与输出功率的关系将，代入得当轿车匀速行驶时，牵引力与阻力大小相等，有（2）在减速过程中，注意到发动机只有用于汽车的牵引，根据动能定理有，代入数据得电源获得的电能为(3)根据题设，轿车在平直公路上匀速行驶时受到的阻力仍为。此过程中，由能量转化及守恒定律可知，仅有电能用于克服阻力做功，代入数据得hkmv/901kWP50hkmv/7225154hkm/90阻Fhkm/90hkm/72电E电Ehkm/72LvFP牵kWP50smhkmv/25/901NvPF31102牵NF3102阻P512122212151mvmvLFPt阻JPt510575.1JPtE4103.6545.0电NF3102阻LFE阻电mL5.318.图为某游乐场内水上滑梯轨道示意图，整个轨道在同一竖直平面内，表面粗糙的AB段轨道与四分之一光滑圆弧轨道BC在B点水平相切．点A距水面的高度为H，圆弧轨道BC的半径为R，圆心O恰在水面．一质量为m的游客(视为质点)可从轨道AB的任意位置滑下，不计空气阻力．(1)若游客从A点由静止开始滑下，到B点时沿切线方向滑离轨道落在水面上的D点，OD＝2R，求游客滑到B点时的速度vB大小及运动过程轨道摩擦力对其所做的功Wf；(2)若游客从AB段某处滑下，恰好停在B点，又因受到微小扰动，继续沿圆弧轨道滑到P点后滑离轨道，求P点离水面的高度h.(提示：在圆周运动过程中任一点，质点所受的向心力与其速率的关系为F向＝mv2R)[解析](1)游客从B点做平抛运动，有2R＝vBt①R＝12gt2②由①②式得vB＝2gR③从A到B，根据动能定理，有mg(H－R)＋Wf＝12mv2B－0④由③④式得Wf＝－(mgH－2mgR)⑤(2)设OP与OB间夹角为θ，游客在P点时的速度为vP，受到的支持力为N，从B到P由机械能守恒定律，有mg(R－Rcosθ)＝12mv2P－0⑥过P点时，根据向心力公式，有mgcosθ－N＝mv2PR⑦N＝0⑧cosθ＝hR⑨由⑥⑦⑧⑨式解得h＝23R.⑩9.钓鱼岛是我国固有领土，决不允许别国侵占，近期，为提高警惕保卫祖国，我人民海军为此进行登陆演练，假设一艘战舰因吨位大吃水太深，只能停锚在离海岸登陆点x＝1km处．登陆队员需要从较高的军舰甲板上，利用绳索下滑到登陆快艇上再行登陆接近目标，若绳索两端固定好后，与竖直方向的夹角θ＝30°，为保证行动最快，队员甲先无摩擦自由加速滑到某最大速度，再靠摩擦匀减速滑至快艇，速度刚好为零，在队员甲开始下滑时，队员乙在甲板上同时开始向快艇以速度v0＝33m/s平抛救生圈，第一个刚落到快艇，接着抛第二个，结果第二个救生圈刚好与甲队员同时抵达快艇，若人的质量m，重力加速度g＝10m/s2，问：图G4­12(1)军舰甲板到快艇的竖直高度H为多少？队员甲在绳索上运动的时间t0为多少？(2)若加速过程与减速过程中的加速度大小相等，则队员甲在何处速度最大？最大速度多大？(3)若登陆艇额定功率5kW，载人后连同装备总质量为103kg，从静止开始以最大功率向登陆点加速靠近，到达岸边时刚好能达到最大速度10m/s，则登陆艇运动的时间t′为多少？[解析](1)设救生圈平抛运动的时间为t，由平抛运动规律有H＝12gt2，Htanθ＝v0t.设人下滑的时间为t0，由题意可知t0＝2t.联立以上各式得：H＝16.2m，t0＝3.6s.(2)由几何关系得：绳索长L＝Hcos30°＝18.7m，因加速过程与减速过程的加速度相等，所以甲在绳索中点处速度最大，由12vmt×2＝L，得vm＝Lt＝10.39m/s.(3)加速过程有Pt′－f(x－Htanθ)＝12Mv2m，加速到匀速时vm＝Pf，联立两式解得t′＝1.1×102s.10.某海湾面积1.0×107m2，涨潮时水深20m，此