2023版高考物理一轮复习第五章机械能2动能定理及其应用创新练2含解析.doc

动能定理及其应用
3.航天员在某星球外表做了如下实验,实验装置如图甲所示, 竖直平面内的光滑轨道由斜轨道AB和圆弧轨道BC组成。将质量m=0.2 kg的小球,从轨道AB上高H处的某点由静止释放,用力传感器测出小球经过C点时对轨道的压力大小为F,改变H的大小,可测出F随H的变化关系如图乙所示,求:
(1)圆轨道的半径。
(2)星球外表的重力加速度。
(3)作出小球经过C点时动能随H的变化关系Ek-H图像。
【解析】(1)小球过C点时,由牛顿第二定律得:
F+mg=m
小球由静止下滑至C点的过程,由动能定理得:
mg(H-2r)=m
解得:F=H-5mg
由图可知:当H1=0.5 m时,F1=0 N
解得:r=0.2 m。
(2)当H2=1.0 m时,F2=5 N
解得:g=5 m/s2。
(3)小球由静止下滑至C点的过程,由动能定理得:
mg(H-2r)=Ek-0
解得:Ek=H-0.4
那么Ek-H图像如下图:
答案:(1)0.2 m　(2)5 m/s2　(3)见解析图
【补偿训练】
　　如图甲所示,一半径R=1 m、圆心角等于143°的竖直圆弧形光滑轨道,与斜面相切于B处,圆弧轨道的最高点为M,斜面倾角θ=37°,t=0时刻有一物块沿斜面上滑,其在斜面上运动的速度变化规律如图乙所示,假设物块恰能到达M点,g取10 m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:
(1)物块经过M点的速度大小。
(2)物块经过B点的速度大小。
(3)物块与斜面间的动摩擦因数。
【解析】(1)物块恰能到达M点,那么有:
mg=m
解得:vM== m/s
(2)物块从B点运动到M点的过程中,由动能定理得:
-mgR(1+cos37°)=m-m
解得:vB= m/s
(3)由题图乙可知,物块在斜面上运动时,加速度大小为a=||=10 m/s2,方向沿斜面向下,由牛顿第二定律得:mgsin37°+μmgcos37°=ma
解得:μ=0.5
答案:(1) m/s　(2) m/s　(3)0.5