1、高考物理《机械能》常用模型最新模拟题精练 专题9 动能定理+斜面模型 一.选择题 1.(2023重庆涪陵重点高中质检)如图所示,在水平的PQ面上有一小物块(可视为质点),小物块以某速度从P点最远能滑到倾角为θ的斜面QA上的A点(水平面和斜面在Q点通过一极短的圆弧连接)。若减小斜面的倾角θ,变为斜面QB(如图中虚线所示),小物块仍以原来的速度从P点出发滑上斜面。已知小物块与水平面和小物块与斜面的动摩擦因数相同,AB为水平线,AC为竖直线。则( ) A.小物块恰好能运动到B点 B.小物块最远能运动到B点上方的某点 C.小物块只能运动到C点 D.小物块最远能运动到B、C两点之间的某点
2、 【参考答案】.D 【名师解析】设物块能到达斜面上最高点与水平面的距离为h,与Q点的水平距离为x,根据动能定理得 即 若减小倾角θ时,h不变,则x不变,故AC错误; 若h变大,则x变小,故B错误;若h变小,则x变大,故D正确。 。 2. (2023江苏盐城期中)如图所示,将一物体分别沿着AB、ACB两条斜面轨道从静止开始运动到B端。已知物体与两条斜面轨道的动摩擦因数相同,不计在C处的能量损失。则物体两次运动( ) A. 位移不同 B. 到达B端的速度相同 C. 到达B端的动能相同 D. 克服摩擦力做的功不同 【参考答案】C 【名师解析】 由位移定义,位移是初
3、位置到末位置的有向线段,其大小与路径无关,故两次位移相同,故A错误; 从A到B,根据动能定理有 θ是AB倾角,从A到C到B,根据动能定理 α和β分别为两部分的倾角,AB水平的距离相等,可得 故到达B时,克服摩擦力做功相同,动能大小相等,速度大小相等,但是速度方向不同,故BD错误,C正确。 3. (2022北京朝阳二模)如图所示,某一斜面的顶端到正下方水平面O点的高度为h,斜面与水平面平滑连接。一小木块从斜面的顶端由静止开始滑下,滑到水平面上的A点停止。已知斜面倾角为,小木块质量为m,小木块与斜面、水平面间的动摩擦因数均为,A、O两点的距离为x。在小木块从斜面顶端滑到A点的过程中,
4、下列说法正确的是( ) A. 如果h和一定,越大,x越大 B. 如果h和一定,越大,x越小 C. 摩擦力对木块做功为 D. 重力对木块做功为 【参考答案】D 【名师解析】 对小木块运动的整个过程,根据动能定理有 解得,所以x与θ无关,故AB错误; 根据前面分析可知重力对木块做功为 摩擦力对木块做功为,故C错误,D正确。 3.(2021广州一模)如图,质量为m的滑雪运动员(含滑雪板)从斜面上距离水平面高为h的位置静止滑下,停在水平面上的b处;若从同一位置以初速度v滑下,则停在同一水平面上的c处,且ab与bc相等。已知重力加速度为g,不计空气阻力
5、与通过a处的机械能损失,则该运动员(含滑雪板)在斜面上克服阻力做的功为 A.. mgh B. C. mgh - D.mgh + 【参考答案】C 【命题思路】本题考查动能定理及其相关知识点。 【解题思路】设在斜面上运动克服摩擦力做功为Wf1,在水平面上ab段运动克服摩擦力做功为Wf2,则有动能定理,mgh- Wf1- Wf2=0,mgh- Wf1-2 Wf2=0-,联立解得:Wf1= mgh -,选项C正确。 4.(2021江西九校协作体联考)如图所示,将
6、一小物块从倾斜轨道上的M点自由释放,滑至水平轨道上的N点停下。现将倾斜轨道的倾角调大,为使物块从斜轨上某处释放后仍然在N点停下,则释放处应该是(已知小物块与倾斜轨道、水平轨道的动摩擦因数相同,且能平顺滑过轨道拼接处)( ) A.J点 B.Q点 C.K点 D.K点下方某点 【参考答案】C 【名师解析】由功能关系可证,物块与轨道的动摩擦因数等于M、N两点连线倾角的正切,而与斜轨的倾角无关。现将倾斜轨道的倾角调大,为使物块从斜轨上某处释放后仍然在N点停下,则释放处应该是K点,选项C正确。 4. (2021湖南名校质检)如图所示,OP是固定水平面,OQ为固定的
7、竖直立柱,AB是靠在立柱上、倾角为的斜面.一小物块(可视为质点)以大小为的速度向左经过水平面上的Р点后,最高能沿斜面滑行到斜面上的C点;现将斜面沿图中虚线(倾角为靠在立柱上,小物块同样以速度向左经过水平面上的Р点,已知小物块与水平面及斜面间的动摩擦因数处处相等且不为零,小物块通过水平面与斜面的交接处时速度大小不变,D、E为沿虚线放置的斜面上的两点,D与C在同一竖直线上,E与C在同一水平线上,则小物块能沿斜面滑行到的最高位置一定在 A.D点 B.D、E两点之间的某位置 C.E点 D.E点上方的某位置 【参考答案】.B 【名师解析】设C点到水平面的高度为,到P点的水平距离为,小
8、物块的质量为m,与水平面及斜面间的动摩擦因数均为,重力加速度为g,小物块从Р经A到C的过程中,克服重力和摩擦力做的总功,又,故,可见,与斜面的倾角无关,与和有关;根据动能定理可知,同理可知,小物块从Р经到D的过程中,克服重力和摩擦力做的总功,小物块从P经到E的过程中,克服重力和摩擦力做的总功,根据题意可知,,故;小物块从Р沿倾角为的斜面滑行到最高位置的过程中,克服重力和摩擦力做的总功一定为,故小物块一定能沿斜面滑行到D、E两点之间的某位置,B符合题意,ACD不符合题意. 5. (2021辽宁省朝阳市凌源市3月尖子生抽测)背越式跳高采用弧线助跑,距离长,速度快,动作舒展大方。如图所示是某运动员
9、背越式跳高过程的分解图,由图可估算出运动员在跃起过程中起跳的竖直速度大约为 ( ) A. 2m/s B. 5m/s C. 8m/s D. 11m/s 【参考答案】 B 【考点】动能定理的综合应用 【名师解析】运动员跳高过程可以看做竖直上抛运动,当重心达到横杆时速度恰好为零,运动员重心升高高度约为: ,根据机械能守恒定律可知: ;解得: ,B符合题意,ACD不符
10、合题意。 6.(2020·江淮十校联考)用竖直向上的恒力F将静止在地面上的质量为m的物体提升高度H0后,撤去力F。当物体的动能为Ek0时,试求此时物体的高度h为(已知h≠H0,不计空气阻力,重力加速度为g)( ) A.若h=,则h一定还有一解为h= B.若h=,则h一定还有一解为h= C.若h=,则h的另一解一定小于H0 D.若h=,则h的另一解一定大于H0 【参考答案】.A 【名师解析】 根据题意可知h≠H0,则当动能达到Ek0时可能还未撤去力F,若h=,说明物体在未撤去F之前动能就达到Ek0,撤去力F之后,物体的速度减小,故还有一个位置动能为Ek0,该位置高度一定大于H0
11、从地面到该位置由动能定理:FH0-mgh=Ek0,得到:h=,故选项A正确,C错误;若撤去F之前动能未达到Ek0,则物体的动能一定是在下落到高度h 12、这一运动过程,以下说法正确的是 ( )
A.为使本次投掷成功,可以在冰壶滑行路线上的不同区间上擦冰,但擦冰的长度不同
B.为使本次投掷成功,可以在冰壶滑行路线上的不同区间上擦冰,但擦冰的长度相同
C.擦冰区间越靠近投掷线,冰壶滑行的总时间越短
D.擦冰区间越远离投掷线,冰壶滑行的总时间越短
【参考答案】.BC
【名师解析】 从投掷线MN到O点对冰壶应用动能定理得-μmgL1-μ'mgL2=0-m,所以可以在冰壶滑行路线上的不同区间上擦冰,只要保证擦冰的距离一定就行,故A错误,B正确;擦冰区间越靠近投掷线,整个过程的平均速度越大,冰壶滑行的时间越短,故C正确,D错误。
8.[ 13、多选](2020·天津等级考)复兴号动车在世界上首次实现速度350 km/h自动驾驶功能,成为我国高铁自主创新的又一重大标志性成果。一列质量为m的动车,初速度为v0,以恒定功率P在平直轨道上运动,经时间t达到该功率下的最大速度vm,设动车行驶过程所受到的阻力F保持不变。动车在时间t内( )
A.做匀加速直线运动
B.加速度逐渐减小
C.牵引力的功率P=Fvm
D.牵引力做功W=mvm2-mv02
【参考答案】.BC
【名师解析】 由于动车以恒定功率运动,则由P=F牵引力v可知,动车的速度增大,则牵引力减小,由牛顿第二定律F牵引力-F=ma得动车的加速度逐渐减小,A错误,B正确;当 14、动车的加速度为零时,即牵引力等于阻力时,动车的速度最大,即P=Fvm,C正确;设动车在时间t内的位移为x,由动能定理得W-Fx=mvm2-mv02,则牵引力所做的功为W=Fx+mvm2-mv02,D错误。
9. (2020·湘赣皖十五校5月联考)某同学参加学校运动会立定跳远项目比赛,起跳直至着地过程如图所示,测量得到比赛成绩是2.4 m,目测空中脚离地最大高度约0.8 m.已知他的质量约为 60kg,重力加速度g=10m/s2,忽略空气阻力,则起跳过程该同学所做的功约为
A. 90 J B. 480 J C. 700 J D. 1250 J
【思路点拨】 由抛体运动规律→竖直和水平 15、方向的初速度→起跳时的速度→动能定理→起跳过程该同学所做的功.
【名师解析】 该同学起跳后做抛体运动,从起跳到达到最大高度的过程中,竖直方向做加速度为g的匀减速直线运动,则有,竖直方向初速度为,水平方向做匀速直线运动,则有,则起跳时的速度为,因该同学的质量为60kg,根据动能定理得起跳过程该同学所做的功,最接近700J,选项C正确,A、B、D错误.
【方法点拨】 应用动能定理的三点注意事项
(1) 动能定理表达式中的位移或速度必须是相对于同一个参考系的,一般以地面或相对地面静止的物体为参考系;
(2) 应用动能定理时,必须明确各力做功的正、负;
(3) 16、对研究对象进行准确的受力分析及运动过程分析,并画出物体运动过程的草图,找出运动过程中各物理量之间的关系.
10.(2020江苏扬州一模)将一物体竖直向上抛出,不计空气阻力。用x表示物体运动的路程,t表示物体运动的时间,Ek表示物体的动能,下列图象正确的是( )
【参考答案】B
【名师解析】不计空气阻力,所以整个过程只有重力做功,根据动能定理有-mgx=Ek-Ek0,Ek0表示物体的初动能,所以Ek=-mgx+Ek0.则Ek与x成一次函数关系。当Ek=0后,物体开始下降,动能又随路程均匀增加,故B正确,ACD错误。
【关键点拨】。
根据动能定理可以得到物体的动能与物体的位移关系 17、但物体的动能为零后,并不能保持静止,会下降,其动能会增加,所以动能先是随路程减小,后随路程均匀增加。
关于图象问题,找到图象的函数关系是解题的关键所在,对本题来说,一定要看清楚是动能与路程的关系图象,不是位移。
11、(2017·江西三市六校联考)如图所示,两质量均为m=1 kg的小球1、2(可视为质点)用长为L=1.0 m的轻质杆相连,水平置于光滑水平面上,且小球1恰好与光滑竖直墙壁接触,现用力F竖直向上拉动小球1,当杆与竖直墙壁夹角θ=37°时,小球2的速度大小v=1.6 m/s,sin 37°=0.6,g=10 m/s2,则此过程中外力F所做的功为( )
A.8 J B. 18、8.72 J
C.10 J D.9.28 J
【参考答案】C
【名师解析】.当杆与竖直墙壁夹角θ=37°时,设小球1的速度为v1,将小球1、2的速度沿杆方向和垂直杆方向分解,则有v1cos 37°=vcos 53°,所以v1=v=1.2 m/s,取两小球和轻质杆为整体,则由动能定理知WF-mgLcos 37°=mv+mv2,联立并代入数值得WF=10 J,C对.
12.(2016·赣南五校高三第一次考试)2015年7月底,国际奥委会投票选出2022年冬奥会承办城市为北京。跳台滑雪是冬奥会的比赛项目之一,跳台滑雪可抽象为在斜坡上的平抛运动,如图所示,设可视为质点的滑雪运动员,从斜坡 19、顶端O处以初速度v0水平抛出,在运动过程中恰好通过P点,OP与水平方向夹角为37°,则滑雪运动员到达P点时的动能与从O点抛出时的动能比值为(不计空气阻力,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)( )
A. B. C. D.
【参考答案】C
【名师解析】由题图知tan 37°==,解得滑雪运动员在P点时竖直速度vy=gt=v0,滑雪运动员到达P点的动能EkP=mv+mv=mv,从O点抛出时的动能EkO=mv,所以滑雪运动员到达P点时的动能与从O点抛出时的动能比值为,选项C正确。
13.(2016·山东济宁高三月考)子弹的速度为v,打穿一块固定的木块后速度刚好 20、变为零。若木块对子弹的阻力为恒力,那么当子弹射入木块的深度为其厚度的三分之一时,子弹的速度是( )
A.v B.v
C.v D.v
【参考答案】D
【名师解析】设木块的厚度为d,木块对子弹的作用力为F,打穿木块时,由动能定理得,-Fd=0-mv2;打穿其厚度的三分之一时,由动能定理得:-F=mv′2-mv2,联立解得v′=v,故选项D正确。
14.升降机底板上放一质量为100 kg的物体,物体随升降机由静止开始竖直向上移动5 m时速度达到4 m/s,则此过程中(g取10 m/s2)( )
A.升降机对物体做功5 800 J
B.合外力对物体做功5 800 J
21、
C.物体的重力势能增加500 J
D.物体的机械能增加800 J
【参考答案】A
【名师解析】 根据动能定理得W升-mgh=mv2,可解得W升=5 800 J,A正确;合外力做的功为mv2=×100×42 J=800 J,B错误;物体的重力势能增加mgh=100×10×5 J=5 000 J,C错误;物体的机械能增加ΔE=Fh=W升=5 800 J,D错误。
15.(2016·辽宁大连高三月考)如图所示,与水平面夹角为锐角的斜面底端A向上有三个等间距点B、C和D,即AB=BC=CD,D点距水平面高为h。小滑块以某一初速度从A点出发,沿斜面向上运动。若斜面光滑,则滑块到达D位置时速 22、度为零;若斜面AB部分与滑块有处处相同的摩擦,其余部分光滑,则滑块上滑到C位置时速度为零,然后下滑。已知重力加速度为g,则在AB有摩擦的情况下( )
A.从C位置返回到A位置的过程中,克服阻力做功为mgh
B.滑块从B位置返回到A位置的过程中,动能变化为零
C.滑块从C位置返回到B位置时的动能为mgh
D.滑块从B位置返回到A位置时的动能为mgh
【参考答案】BC
【名师解析】由于A、B、C和D相邻等间距,A、B、C和D所处的高度均匀变化,设A到B重力做功为WG,从A到D,根据动能定理,有3WG=0-mv;若斜面AB部分与滑块间有处处相同的摩擦,设克服摩擦力做功Wf,根据动 23、能定理,有2WG-Wf=0-mv,联立解得WG=-Wf,所以从C位置返回到A位置的过程中克服阻力做功mgh,选项A错误;从B位置返回到A位置时因为WG=Wf,所以动能的变化为零,选项B正确,D错误;设滑块下滑到B位置时速度大小为vB,根据动能定理,有WG=mv=mgh,选项C正确。
16.(2016·山东济南高三月考)某物块以80 J初动能从固定斜面底端上滑,以斜面底端为零势能参考平面,到达最高点时物块的重力势能为60 J。物块在斜面上滑动过程中,当动能和势能恰好相等时,其机械能可能为( )
A. J B. J
C.20 J D.48 J
【参考答案】A
【名师解析 24、设斜面的倾角为θ,物块从底端上滑到最高点的位移为x,物块的质量为m,物块受到的滑动摩擦力为Ff,由动能定理可得,-mgxsin θ-Ffx=0-Ek0,又物块在最高点的重力势能Ep=mgxsin θ=60 J,解得,Ffx=20 J,mgsin θ=3Ff;若物块上滑距离为x1时,其动能和重力势能相等,有2mgx1sin θ+Ffx1=Ek0,联立解得,x1=x。由功能关系得,E=2mgx1sin θ=2×·mgxsin θ= J,A正确。
17. (多选)如图1所示,电梯质量为M,在它的水平地板上放置一质量为m的物体。电梯在钢索的拉力作用下竖直向上加速运动,当电梯的速度由v1增加到v2时 25、上升高度为H,则在这个过程中,下列说法或表达式正确的是( )
A.对物体,动能定理的表达式为WN=mv,其中WN为支持力的功
B.对物体,动能定理的表达式为W合=0,其中W合为合力的功
C.对物体,动能定理的表达式为WN-mgH=mv-mv,其中WN为支持力的功
D.对电梯,其所受合力做功为Mv-Mv
【参考答案】CD
【名师解析】 电梯上升的过程中,对物体做功的有重力mg、支持力FN,这两个力的总功才等于物体动能的增量ΔEk=mv-mv,故选项A、B错误,C正确;对电梯,无论有几个力对它做功,由动能定理可知,其合力的功一定等于其动能的增量,故选项D正确。
18.(202 26、0辽宁丹东二模)如图所示,竖直平面内有一半径为R的固定圆轨道与水平轨道相切于最低点B。一质量为m的小物块P(可视为质点)从A处由静止滑下,经过最低点B后沿水平轨道运动到C处停下,B、C两点间的距离为R,物块P与圆轨道、水平轨道之间的动摩擦因数均为μ。若将物块P从A处正上方高度为2R处由静止释放后,从A处进入轨道,最终停在水平轨道上D点(图中未标出),B、D两点间的距离为L,下列关系正确的是 ( )
A.L 27、处静止释放到D点的过程,根据动能定理得mg·3R-Wf'-μmgL=0,由于第二次物块经过圆弧轨道同一位置的速度较大,根据径向的合力提供向心力知,物块对轨道的压力较大,摩擦力较大,在圆弧轨道上物块克服摩擦力做功较大,所以Wf'>Wf,解得L 28、θ-α)
【参考答案】B
【名师解析】 如图所示,设B、O间距离为s1,A点离水平面的高度为h,A、O间的水平距离为s2,物块的质量为m,在物块下滑的全过程中,应用动能定理可得mgh-μmgcos θ·-μmg·s1=0,解得μ==tan α,故选项B正确。
二、计算题
14. (2022河北保定重点高中质检)如图所示,倾角为θ =的斜面与足够大的光滑水平面在D处平滑连接,斜面上有A、B、C三点,AB、BC、CD间距均为20cm ,斜面上BC部分粗糙 ,其余部分光滑。2块完全相同、质量均匀分布的长方形薄片(厚度忽略不计) ,紧挨在一起排在斜面上,从下往上编号依次为1、2,第1块的下 29、边缘恰好在A处,现将2块薄片一起由静止释放,薄片经过D处时无能量损失且相互之间无碰撞,已知每块薄片质量为m=1kg、长为5cm,薄片与斜面BC间的动摩擦因数μ =,重力加速度为g,求:
(1)第1块薄片刚完全进入BC段时两薄片间的作用力大小;
(2)第1块薄片下边缘刚运动到C时的速度大小;
(3)两薄片在水平面上运动时的间距。
14.【答案】(1)2.5N(2)(3)
【解析】
【详解】(1)第1块薄片刚完全进入BC段时,两薄片:
解得
对薄片2:
得
(2)将两块薄片看作整体,当两块薄片恰完全进入BC段时,由动能定理有
得
此后对薄片受力分析知 30、沿斜面方向合力为0,所以两薄片一直匀速运动到薄片1前端到达C点,此时第1块薄片速度为。
(3)每块薄片由前端在C点运动到水平面上,由动能定理,
解得
两薄片到达水平面的时间差
/100
所以两块薄片滑到水平面上后的距离为
/100
16.(2023河北邢台五校联考)(15分)如图所示,弹性轻绳 (绳的弹力与其伸长量成正比)左端固 定在A 点,弹性绳自然长度等于AB,跨过由轻杆OB 固定的定滑轮 连接一个质量为m 的小球,小球穿过竖直固定的杆.初始时 A、B、C 在一条水平线上,小球从C 点由静止释放,滑到 D 点时速度恰好 为零.已知C、D 两点距离为h,小球在C 点时 31、弹性绳的拉力为 mg/2 ,小球与杆之间的动摩擦因数为0.5,弹性绳始终处在弹性限度内.
求:(1)现想使小球恰好回到C 点,需要在 D 点给小球一个向上的 速度v,则v 等于多少?
(2)如果仅将小球质量更换为3m,则小球到达 D 点时速度大小 为多少?
16.解(1)弹性绳的劲度系数为k,设BC=d,则初始条件弹性绳水平时:
………………………………1分
小球向下的运动x到F点,弹性绳与竖直的夹角为θ,有:
………………………………1分
………………………………1分
………………………………1分
对小球从C 32、点开始到D点,由动能定理得
………………………………2分
小球由D点再次回到C点,由动能定理得:
………………………………2分
所以 ………………………………2分
(2)由(1)可知,从C点到D点过程中,克服绳子张力做功
………………………………1分
更换3m小球后,对小球从C点开始到D点,由动能定理得
…………………………2分
所以 …………………………2分
17. (2022北京西城一模)冰壶是冬奥会上极具观赏性的项目之一。比赛中,运动员把冰壶沿水平冰面投出,让冰壶在冰面上自由滑 33、行,在不与其他冰壶碰撞的情况下,最终停在远处的某个位置。已知冰壶的质量为19kg,初速度为3m/s,最初冰壶和冰面的动摩擦因数为0.02,g取10m/s2。
(1)求冰壶滑行过程中加速度的大小a;
(2)求冰壶整个滑行过程中摩擦力做的功W;
(3)按比赛规则,投掷冰壶运动员的队友,可以用毛刷在冰壶滑行前方来回摩擦冰面,减小冰面的动摩擦因数以调节冰壶的运动。若冰壶速度减为2.4m/s时距离目标位置还需滑行18m,需要队友通过在其滑行前方持续摩擦冰面,将冰壶和冰面的动摩擦因数变为多少?
【17题答案】
【答案】(1);(2);(3)
【解析】
【详解】(1)冰壶滑行过程中水平方向只受 34、到摩擦力作用,根据牛顿第二定律可得
解得,冰壶滑行过程中的加速度大小为
(2)根据动能定理可得
则冰壶整个滑行过程中摩擦力做的功为
(3)根据匀变速直线运动规律有
解得,此时冰壶滑行的加速度大小应为
则根据牛顿第二定律有
解得,此时冰壶和冰面的动摩擦因数变为
13. (2022河北石家庄二中模拟)如图,质量的小球以的初速度冲上倾角的斜面,小球与斜面间的动摩擦因数,斜面高度取求:
(1)小球到达斜面顶端点时的速度大小;
(2)当小球到达顶点后,假设速度大小保持不变滚到水平面上,水平面总长点有竖直挡板,当小球经过点后,立即在点放上竖直挡板,在的中 35、点有一个静止的光滑小球B。已知小球与水平面间的动摩擦因数为,两小球碰撞后会交换各自的速度,并且每次小球与挡板的碰撞都只改变小球的运动方向,而不改变速度大小,试通过计算分析两小球能发生几次碰撞,并求出从小球滑上水平面到两小球最后停止的总时间。
【答案】(1);(2)六次,
【解析】
(1)小球A在斜面上滑过程的加速度大小为
设小球A到达斜面顶端点时的速度大小为vM,根据运动学公式有
解得
(2)由题意,因为小球A、B碰撞后会交换速度,所以A、B质量相等,设两小球在MN上运动的总位移大小为s,根据能量守恒定律有
解得
则A球运动0.5m时碰撞第一次(A撞B),碰撞时A求速度为v1
解得
第一次到第二次碰撞(B撞A),B运动时间
A再运动1m时碰撞第三次(A撞B),碰撞时A求速度为v2
解得
第三次到第四次碰撞(B撞A),B运动时间
A再运动1m时碰撞第五次(A撞B),碰撞时A求速度为v3
解得
第五次到第六次碰撞(B撞A),B运动时间
即两小球共碰撞6次
A总计运动时间
则小球A滑上水平面到最后停止的总时间






