2021高考物理人教版一轮考评训练:课练 15 动能和动能定理

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2021高考物理人教版一轮考评训练:课练 15 动能和动能定理

www.ks5u.com 课练15 动能和动能定理 ‎———[狂刷小题 夯基础]———‎ 练基础小题 ‎1.(多选)如图所示,某人将质量为m的石块从距地面高h处斜向上方抛出,石块抛出时的速度大小为v0,由于空气阻力作用石块落地时的速度大小为v,方向竖直向下,已知重力加速度为g,下列说法正确的是(  )‎ A.石块刚抛出时重力的瞬时功率为mgv0‎ B.石块落地时重力的瞬时功率为mgv C.石块在空中飞行过程中合外力做的功为mv-mv2‎ D.石块在空中飞行过程中阻力做的功为mv2-mv-mgh ‎2.如图所示,半径为R的水平转盘上叠放有两个小物块P和Q,P的上表面水平,P到转轴的距离为r.转盘的角速度从0开始缓缓增大,直至P恰好能与转盘发生相对滑动,此时Q受到P的摩擦力设为f,在此过程中P和Q相对静止,转盘对P做的功为W.已知P和Q的质量均为m,P与转盘间的动摩擦因数为μ1,P与Q间的动摩擦因数为μ2,已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力,下列判断正确的是(  )‎ A.f=μ2mg B.W=0‎ C.W=μ1mgr D.条件不足,W无法求出 ‎3.(多选)如图所示,一小朋友做蹦床运动由高处自由落下.从该小朋友双脚接触蹦床开始至双脚到最低点的过程中,不考虑空气阻力,该小朋友(  )‎ A.机械能守恒 B.速度先增大后减小 C.加速度先增大后减小 D.所受重力做的功小于其克服蹦床弹力做的功 ‎4.(多选)如图所示,半径为r的半圆弧轨道ABC固定在竖直平面内,直径AC水平,一个质量为m的物块(可视为质点)从圆弧轨道A端正上方P点由静止释放,物块刚好从A点无碰撞地进入圆弧轨道并在A、B之间做匀速圆周运动,到B点时对轨道的压力大小等于物块重力的2倍,重力加速度为g,不计空气阻力,则(  )‎ A.物块到达A点时速度大小为 B.P、A间的高度差为 C.物块从A运动到B所用时间为π D.物块从A运动到B克服摩擦力做功为mgr ‎5.(多选)今年2月,太原市首批纯电动公交车开始运营.在运营前的测试中,电动公交车在平直路面上行驶,某段时间内的v-t图象如图所示.在0~10 s内发动机和车内制动装置对车辆所做的总功为零,车辆与路面间的摩擦阻力恒定,空气阻力不计.已知公交车质量为13.5 t,g=10 m/s2,则(  )‎ A.汽车在0~10 s内发生的位移为54 m B.汽车与路面的摩擦阻力为2 000 N C.发动机在第1 s内的平均功率是第7 s内的倍 D.第6 s内汽车克服车内制动装置做的功是第10 s内的倍 ‎6.(多选)如图所示,质量为M的电梯底板上放置一质量为m的物体,钢索拉着电梯由静止开始向上做加速运动,当上升高度为H时,速度达到v,不计空气阻力,重力加速度为g,则在这一过程中(  )‎ A.物体所受合力做的功等于mv2+mgH B.底板对物体的支持力做的功等于mgH+mv2‎ C.钢索的拉力做的功等于Mv2+MgH D.钢索的拉力、电梯的重力及物体对底板的压力对电梯做的总功等于Mv2‎ 练高考小题 ‎7.‎ ‎[2019·全国卷Ⅱ,18](多选)从地面竖直向上抛出一物体,其机械能E总等于动能Ek与重力势能Ep之和.取地面为重力势能零点,该物体的E总和Ep随它离开地面的高度h的变化如图所示.重力加速度取10 m/s2.由图中数据可得(  )‎ A.物体的质量为2 kg B.h=0时,物体的速率为20 m/s C.h=2 m时,物体的动能Ek=40 J D.从地面至h=4 m,物体的动能减少100 J ‎8.[2018·全国卷Ⅱ,14]如图,某同学用绳子拉动木箱,使它从静止开始沿粗糙水平路面运动至具有某一速度.木箱获得的动能一定(  )‎ A.小于拉力所做的功 B.等于拉力所做的功 C.等于克服摩擦力所做的功 D.大于克服摩擦力所做的功 ‎9.[2018·全国卷Ⅰ,18]如图,abc是竖直面内的光滑固定轨道,ab水平,长度为2R;bc是半径为R的四分之一圆弧,与ab相切于b点.一质量为m的小球,始终受到与重力大小相等的水平外力的作用,自a点处从静止开始向右运动.重力加速度大小为g.小球从a点开始运动到其轨迹最高点,机械能的增量为(  )‎ A.2mgR B.4mgR C.5mgR D.6mgR ‎10.[2017·江苏卷,3]一小物块沿斜面向上滑动,然后滑回到原处.物块初动能为Ek0,与斜面间的动摩擦因数不变,则该过程中,物块的动能Ek与位移x关系的图线是(  )‎ A ‎ B C ‎ D 练模拟小题 ‎11.[2019·山东省潍坊模拟](多选) 如图所示,一根细绳的上端系在O点,下端系一重球B,放在粗糙的斜面体A上.现用水平推力F向右推斜面体使之在光滑水平面上向右匀速运动一段距离(细绳尚未到达平行于斜面的位置).在此过程中(  )‎ A.B做匀速圆周运动 B.摩擦力对重球B做正功 C.水平推力F和重球B对A做的功的大小相等 D.A对重球B所做的功与重球B对A所做的功大小相等 ‎12.[2019·河南省商丘九校联考](多选)已知一足够长的传送带与水平面间的夹角为θ,以一定的速度匀速运动,某时刻在传送带适当的位置放上具有一定初速度的物块(如图a所示),以此时为t=0时刻记录了小物块在传送带上运动的速度随时间的变化关系,如图b所示(图中取沿传送带向上的运动方向为正方向,其中|v1|>|v2|),已知传送带的速度保持不变,则下列判断正确的是(  )‎ A.0~t1内,物块对传送带一直做负功 B.物块与传送带间的动摩擦因数μ>tan θ C.0~t2内,传送带对物块做的功为mv-mv D.系统产生的热量一定比物块动能的减少量大 ‎13.[2019·福建省福州市八县(市)联考](多选)如图所示,在距水平地面高为0.4 m处,水平固定一根长直光滑杆,在杆上P点固定一光滑定滑轮,滑轮可绕水平轴无摩擦转动,在P点的右侧,杆上套有一质量m=2 kg的滑块A.半径R=0.3 m的光滑半圆形细轨道竖直固定在地面上,其圆心O在P点的正下方,在轨道上套有一质量也为m=2 kg的小球B.用一条不可伸长的柔软轻细绳,通过定滑轮将A、B 连接起来.杆和半圆形轨道在同一竖直面内,A、B均可看成质点,且不计滑轮大小的影响.现给滑块A一个水平向右的恒力F=50 N(取g=10 m/s2).则(  )‎ A.把小球B从地面拉到P点的正下方C处时力F做的功为20 J B.小球B运动到P点正下方C处时的速度为0‎ C.小球B被拉到与滑块A速度大小相等时,离地面高度为0.225 m D.把小球B从地面拉到P的正下方C处时,小球B的机械能增加了20 J ‎14.‎ ‎[2019·安徽省四校模拟]一质点在0~15 s内竖直向上运动,其加速度-时间图象如图所示,若取竖直向下为正,g取10 m/s2,则下列说法正确的是(  )‎ A.质点的机械能不断增加 B.在0~5 s内质点的动能增加 C.在10~15 s内质点的机械能一直增加 D.在t=15 s时质点的机械能大于t=5 s时质点的机械能 ‎15.[2019·江西省南昌调研](多选)如图所示,一小球(可视为质点)从H=12 m高处,由静止开始沿光滑弯曲轨道AB进入半径R=4 m的竖直圆环内侧,且与圆环的动摩擦因数处处相等,当到达圆环顶点C时,刚好对轨道压力为零;然后沿CB圆弧滑下,进入光滑弧形轨道BD,到达高度为h的D点时速度为零,则h的值可能为(  )‎ A.10 m B.9.5 m C.8.5 m D.8 m ‎16.[2019·四川五校联考]如图所示,轻质弹簧一端固定,另一端与一质量为m、套在粗糙竖直固定杆A处的圆环相连,弹簧水平且处于原长.圆环从A处由静止开始下滑,经过B处的速度最大,到达C处的速度为零,AC=h,此为过程Ⅰ;若圆环在C处获得一竖直向上的速度v,则恰好能回到A处,此为过程Ⅱ.已知弹簧始终在弹性范围内,重力加速度为g,则圆环(  )‎ A.在过程Ⅰ中,加速度一直减小 B.在过程Ⅱ中,克服摩擦力做的功为mv2‎ C.在C处,弹簧的弹性势能为mv2-mgh D.在过程Ⅰ、过程Ⅱ中克服摩擦力做功相同 ‎———[综合测评 提能力]———‎ 一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分)‎ ‎1.[2019·浙江模拟]如图所示,足球从草皮上的①位置被踢出后落在草皮上③位置,空中到达的最高点为②位置,则(  )‎ A.②位置足球动能等于0‎ B.①位置到③位置过程只有重力做功 C.①位置到②位置的过程足球的动能全部转化为重力势能 D.②位置到③位置过程足球动能的变化量等于合力做的功 ‎2.[2020·河北省定州中学模拟]一个人站在高为H的平台上,以一定的初速度将一质量为m的小球抛出.测出落地时小球的速度大小为v,不计空气阻力,重力加速度大小为g,人对小球做的功W及小球被抛出时的初速度大小v0分别为(  )‎ A.W=mv2-mgH,v0= B.W=mv2,v0= C.W=mgH,v0= D.W=mv2+mgH,v0= ‎3.[2019·全国卷Ⅲ]从地面竖直向上抛出一物体,物体在运动过程中除受到重力外,还受到一大小不变、方向始终与运动方向相反的外力作用,距地面高度h在3 m以内时,物体上升、下落过程中动能Ek随h的变化如图所示.重力加速度取10 m/s2.该物体的质量为(  )‎ A.2 kg B.1.5 kg C.1 kg D.0.5 kg ‎4.如图所示,第一次将质量为m的物块放在水平面上的P点,给其一定的初速度使其滑向Q点;第二次将质量为2m的物块B放在P点,并给其施加向右的水平拉力,使物块B从静止开始向Q点运动,结果物块A运动到Q点的动能与物块B运动到PQ中点时的动能相同,物块B从P点运动到PQ中点时,拉力做功为W,两物块与水平面间的动摩擦因数相同,则物块A的初速度大小为(  )‎ A. B. C. D.2 ‎5.‎ ‎[预测新题]如图所示,竖直平面内放一直角杆MON,OM水平,ON竖直且光滑,用不可伸长的轻绳相连的两小球A和B分别套在OM和ON杆上,B球的质量为2 kg,在作用于A球上的水平力F的作用下,‎ A、B两球均处于静止状态,此时A球距O点的距离为xA=0.3 m,B球距O点的距离xB=0.4 m,改变水平力F的大小,使A球向右加速运动,已知A球向右运动0.1 m时的速度大小为3 m/s,则在此过程中绳的拉力对B球所做的功为(取g=10 m/s2)(  )‎ A.11 J B.16 J C.18 J D.9 J ‎6.‎ ‎[名师原创]如图所示,A、B是两个等高的固定点,间距为L,一根长为2L的非弹性轻绳两端分别系在A、B两点,绳上套了一个质量为m的小球.现使小球在竖直平面内以AB为中心轴做圆周运动,若小球在最低点的速率为v,则小球运动到最高点时,两段绳的拉力恰好均为零,若小球在最低点的速率为2v,则小球运动到最高点时每段绳上的拉力大小为(重力加速度大小为g,不计一切摩擦)(  )‎ A.mg B.5mg C.15mg D.5mg ‎7.‎ ‎[2020·江西五校联考]如图所示,光滑水平面OB与足够长的粗糙斜面BC交于B点.轻弹簧左端固定于竖直墙面,现用质量为m1的滑块压缩弹簧至D点,然后由静止释放,滑块脱离弹簧后经B点滑上斜面,上升到最大高度,并静止在斜面上,不计滑块在B点的机械能损失.换用材料相同、质量为m2的滑块(m2>m1)压缩弹簧至同一点后,重复上述过程,下列说法正确的是(  )‎ A.两滑块到达B点时的速度相同 B.两滑块沿斜面上升的最大高度相同 C.两滑块上升到最高点的过程中克服重力做的功不相同 D.两滑块上升到最高点的过程中机械能损失相同 ‎8.[2019·广东佛山一中段考]‎ 如图,一半径为R ‎、粗糙程度处处相同的半圆形轨道竖直固定放置,直径POQ水平.一质量为m的质点自P点上方高为R处由静止开始下落,恰好从P点进入轨道.质点滑到轨道最低点N时,对轨道的压力为4mg,g为重力加速度的大小.用W表示质点从P点运动到N点的过程中克服摩擦力所做的功.则(  )‎ A.W=mgR,质点恰好可以到达Q点 B.W>mgR,质点不能到达Q点 C.W=mgR,质点到达Q点后,继续上升一段距离 D.Wmgsin θ,得μ>tan θ,故B正确.0~t2时间内,由题图b中“面积”等于位移可知,物块的总位移沿斜面向下,高度下降,重力对物块做正功,设为WG,根据动能定理得:W+WG=mv-mv,则传送带对物块做的W=mv-mv-WG,故C错误.0~t2时间内,重力对物块做正功,物块的重力势能减小、动能也减小,且都转化为系统产生的内能,则由能量守恒定律知,系统产生的热量一定比物块动能的减少量大,故D正确.故选A、B、D.‎ ‎13.ACD 把小球B从地面拉到P点正下方C处的过程中,力F的位移为:x=m-(0.4-0.3)m=0.4 m,则力F做的功WF=Fx=20 J,选项A正确;把小球B从地面拉到P点正下方C处时,B的速度方向与绳子方向垂直,A的速度为零,设B的速度为v,则由动能定理:WF-mgR=mv2-0,解得v=m/s,选项B错误;当细绳与半圆形轨道相切时,小球B的速度方向沿圆周的切线方向向上,此时和绳子方向重合,故与滑块A速度大小相等,由几何关系可得h=0.225 m,选项C正确;B的机械能增加量为F做的功20 J,D正确.‎ ‎14.D 质点竖直向上运动,0~15 s内加速度方向向下,质点一直做减速运动,B错误.0~5 s内,a=10 m/s2,质点只受重力,机械能守恒;5~10 s内,a=8 m/s2,受重力和向上的力F1,F1做正功,机械能增加;10~15 s内,a=12 m/s2,质点受重力和向下的力F2,F2做负功,机械能减少,A、C错误.由F合=ma可推知F1=F2,由于做减速运动,5~10 s内通过的位移大于10~15 s内通过的位移,F1做的功大于F2做的功,5~15 s内增加的机械能大于减少的机械能,所以D正确.‎ ‎15.BC 设小球质量为m,以B点所在水平面为零势能面,由题给条件“当到达圆环顶点C时,刚好对轨道压力为零”有mg=,小球到达C点时,有v=gR,在C点的动能为mv=mgR,则小球在C点的机械能为2mgR+mv=mgR,则小球从B点到C点克服摩擦力做的功为mgR,小球到达D点时速度为零,设小球在D点的机械能为EkD,分析可知小球在从C点到B点过程中也有摩擦力,且摩擦力做的功小于小球从B点到C点克服摩擦力做的功mgR,故2mgR<EkD<mgR,即8 m<h<10 m,选项B、C正确.‎ ‎16.D ‎ 圆环刚开始下滑时,圆环受到的合力向下,设弹簧原长为L,下滑过程中,对圆环受力分析,如图所示,弹簧弹力与竖直方向的夹角为θ,则弹簧弹力F=kL,竖直方向根据牛顿第二定律可得mg-Fcos θ-μFN=ma,水平方向有Fsin θ=FN,联立三个方程可知,圆环下滑过程中受到的合力先减小后增大,圆环的加速度先减小后增大,选项A错误;在过程Ⅰ和Ⅱ中,圆环在相同位置时受到的滑动摩擦力大小相等,所以在这两个过程中克服摩擦力做的功相等,选项D正确;在过程Ⅰ中,根据动能定理可得WG-Wf-W弹=0,解得Wf=WG-W弹,在过程Ⅱ中,根据动能定理可得-WG+W弹-Wf=-mv2,联立解得Wf=mv2,在C处Ep弹=W弹=mgh-mv2,选项B、C错误.‎ ‎[综合测评 提能力]‎ ‎1.D 由题图可知,足球由②到③过程中具有水平位移,则说明足球在②位置存在速度,故A错误;由图可知,①到②的水平位移大于②到③‎ 的水平位移,则说明足球受到空气阻力,故B错误;因存在阻力做功,故①位置到②位置的过程足球的动能转化为重力势能和内能,故C错误;根据动能定理可得,②位置到③位置过程足球动能的变化量等于合力做的功,故D正确.‎ ‎2.A 对小球在空中的运动过程,有:mgH=mv2-mv,解得:v0=,W=mv=mv2-mgH,故A正确.‎ ‎3.C 设物体的质量为m,则物体在上升过程中,受到竖直向下的重力mg和竖直向下的恒定外力F,由动能定理结合题图可得-(mg +F)×3 m=(36-72)J;物体在下落过程中,受到竖直向下的重力mg和竖直向上的恒定外力F,再由动能定理结合题图可得(mg-F)×3 m=(48 -24)J,联立解得m=1 kg、F=2 N,选项C正确,A、B、D均错误.‎ ‎4.B 本题考查动能定理.设物块A的初速度大小为v0,物块运动到Q点时动能为Ek,对物块A由动能定理有-μmgs=Ek-mv,对物块B由动能定理有W-2μmg×s=Ek,解得v0=,B正确.‎ ‎5.C A球向右运动0.1 m时,A球的速度大小vA=3 m/s,A球距O点的距离x′A=0.4 m,B球距O点的距离为x′B=0.3 m.设此时轻绳与OM的夹角为α,则有tan α=,由运动的合成与分解可得vAcos α=vBsin α,解得vB=4 m/s.以B球为研究对象,此过程中B球上升的高度h=0.1 m,由动能定理可得W-mgh=mv-0,解得轻绳的拉力对B球所做的功为W=18 J,选项C正确.‎ ‎6.B 设小球在竖直面内做圆周运动的半径为r,小球运动到最高点时轻绳与圆周运动轨迹平面的夹角为θ=30°,则有r=Lcos 30°=L,小球在最低点的速率为v时,到达最高点的速率设为v′,根据题述有mg=m,由机械能守恒定律可知,mg×2r+mv′2=mv2,得v=;小球在最低点的速率为2v时,到达最高点的速率设为v″,则有mg×2r+mv″2=m(2v)2,得v″=4,设每段绳的拉力大小为F,则2Fcos θ+mg=m,联立解得F=5mg,B正确.‎ ‎7.D 由于初始时,弹簧的弹性势能相同,则两滑块到达B点时的动能相同,但速度不同,故A错误;两滑块在斜面上运动时的加速度相同,由于到达B点时的速度不同,故上升高度不同,B错误;滑块上升到最高点的过程中克服重力做的功为mgh,由能量守恒定律有Ep=mgh+μmgcos θ×,解得mgh=,故两滑块上升到最高点的过程中克服重力做的功相同,C错误;由能量守恒知损失的机械能E损=,结合C的分析,可知D正确.‎ ‎8.C 在N点,根据牛顿第二定律有N-mg=m,解得vN=,对质点从开始下落至到达N点的过程运用动能定理得mg·2R-W=mv-0,解得W=mgR.由于质点在PN段的速度大于质点在NQ段的速度,所以质点在NQ段受到的支持力小于PN段受到的支持力,则质点在NQ段克服摩擦力做的功小于在PN段克服摩擦力做的功,小球在NQ段运动时由动能定理得-mgR-W′=mv-mv,因为W′0,所以质点到达Q点后,继续上升一段距离.故C正确,A、B、D错误.‎ ‎9.BC 由题图乙可知,当夹角θ=0°时,位移为2.40 m,而当夹角为90°时,位移为1.80 m,则由竖直上抛运动规律可知v=2gh,解得v0==6 m/s,故A错误;当夹角为0°时,由动能定理可得μmgx=mv,解得μ=0.75,故B正确;-mgxsin θ-μmgxcos θ=0-mv,解得x=(m)=(m)=(m),当θ+α=90°时,sin(θ+α)=1,此时位移最小,x=1.44 m,故C正确;若θ=45°时,物体受到重力的分力为mgsin 45°=mg,最大静摩擦力f=μmgcos45°=mg,mg>mg,故物体达到最大位移后会下滑,故D错误.‎ ‎10.AD 小球在最低点时有F1=T-mg=m,解得v1= ‎,而在最高点时,由于小球恰好能通过最高点,所以有mg=m,可得v2=,小球从最低点到最高点的过程,由动能定理可得-mg·2R-Wf=mv-mv,解得空气阻力做的功Wf=mgR,选项A正确,B错误;小球从最高点到最低点的过程,由于小球受到的空气阻力随速度的减小而减小,分析可知在同一水平面上上升过程中的阻力大于下落过程中的阻力,由动能定理可得mg·2R-Wf′=mv′-mv,且此过程中空气阻力做的功Wf′<Wf,解得v′1>,再次经过最低点时有F2=T′-mg=m,解得T′>5mg,选项C错误,D正确.‎ ‎11.答案:(1)6 m/s (2)4.6 N (3)1.4 N 解析:(1)物体P从A下滑经B到C过程中根据动能定理有mgL·sin 37°+mgR(1-cos 37°)-μmgcos 37°·L=mv-0,解得vC=6 m/s.‎ ‎(2)物体P在C点,根据牛顿第二定律有N-mg=m,‎ 解得N=4.6 N.‎ 根据牛顿第三定律,物体P通过C点时对轨道的压力为4.6 N.‎ ‎(3)物体P最后在B和与其等高的圆弧轨道上来回运动时,经C点压力最小,由B到C由动能定理有mgR(1-cos 37°)=mv′,解得v′C=2 m/s,则Nmin=mg+m=1.4 N.‎ 根据牛顿第三定律,物体P对C点处轨道的最小压力为1.4 N.‎ ‎12.答案:(1)23.2 N (2)4 m/s (3)3.2 m/s 解析:(1)设初位置BP方向与竖直方向成α角,将F1分解到竖直方向和水平方向,要离开地面时满足F1cos α=mBg,其中cos α==,解得F1=23.2 N ‎(2)当B球运动到C处时,滑块A的速度为0.对A、B整体由动能定理得F2×[-(h-r)]-mBgr=mBv2‎ 解得v≈4 m/s ‎(3)当B球的切向加速度为0时,速度取最小值vmin.设此时BP与水平方向的夹角为β,有mgsin β=F3‎ 解得sin β=0.8‎ 对A、B整体从B球处于C位置到B球速度最小的过程,由动能定理得 mBgr(1-cos β)-F3×[hsin β-(h-r)]=(mA+mB)v-mBv2‎ 解得vmin≈3.2 m/s ‎13.答案:(1)3 m/s (2)43 N (3)0.98 m 解析:本题借助传送带考查动能定理在多过程问题中的应用.‎ ‎(1)对于小物块,由A到B做平抛运动,在竖直方向上有v=2gh,‎ 在B点时有tan=,‎ 联立解得vA=3 m/s.‎ ‎(2)小物块在B点的速度为vB==5 m/s,‎ 小物块从B到O由动能定理得 mgR(1-cos 53°)=mv-mv,‎ 小物块经过O点时由牛顿第二定律得FN-mg=m,‎ 解得FN=43 N.‎ ‎(3)物块沿斜面上滑时,设物块加速度为a,由牛顿第二定律得 mgsin 53°+μmgcos 53°=ma1,解得a1=10 m/s2,‎ 圆弧轨道光滑,故vC=vB=5 m/s,‎ 小物块由C上升到最高点的时间为t1==0.5 s,‎ 则小物块由斜面最高点回到D点历时 t2=0.8 s-0.5 s=0.3 s,‎ 小物块沿斜面下滑时,由牛顿第二定律得mgsin 53°-μmgcos 53°=ma2,解得a2=6 m/s2,‎ C、D间的距离为xCD=-a2t=0.98 m.‎
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