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考点巩固卷35动能定理的综合应用(解析版)_04-物理-高考总复习_一轮复习_2024年_2024年高考物理一轮复习考点通关卷(新高考通用)_考点巩固卷_力学部分_6功和能

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考点巩固卷35 动能定理的综合应用
  建议用时:50 分钟
考点序号
考点
题型分布
考点1
应用动能定理求变力做功
4 单选+2 多选+1 解答
考点2
应用动能定理求解多过程问题
3 单选+3 多选
考点3
应用动能定理求机车启动问题
1 单选+3 多选+1 解答
考点01:应用动能定理求变力做功(4 单选+2 多选+1 解答)
一、单选题
1.(2023·湖北·模拟预测)如图所示,AB 为竖直固定的四分之一粗糙圆弧轨道,O 为圆心,P 为圆弧AB
的中点,OA 水平,OB 竖直,轨道半径R=2m,一质量m=4kg 的小物块以
速度从A 到B 做匀速圆周运
动,重力加速度
 ,则下列说法不正确的是(  )
  
A.A 到B 的过程中合力对小球的冲量为8 N s
B.在P 点时,重力的瞬时功率为40W
C.AP 段克服摩擦力做的功大于PB 段克服摩擦力做的功
D.在B 点时,小物块对圆弧轨道的压力大小为40N
【答案】D
【详解】A.A 到B 的过程初状态动量方向竖直向下,末状态动量方向水平向右,大小均为
该过程小物块的动量改变量大小为
根据动量定理,可知
即A 到B 的过程中合力对小球的冲量大小为
 。故A 正确,与题意不符;
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B.依题意,P 为圆弧AB 的中点,则小物块在P 点的速度方向与竖直方向成45°角,根据功率的表达式,
有
故B 正确,与题意不符;
C.由几何知识可知
由动能定理,可得
联立,解得
可知AP 段克服摩擦力做的功大于PB 段克服摩擦力做的功。故C 正确,与题意不符;
D.小物块在B 点时,由牛顿第二定律可得
解得
根据牛顿第三定律可知小物块对圆弧轨道的压力大小为
。故D 错误,与题意相符。
故选D。
2.(2023·贵州黔东南·校考模拟预测)如图,一侧有竖直挡板的足够长的实验台固定在地面上,台面水平
且光滑。质量均为
的甲、乙两小球用一根劲度系数为
的轻质弹簧拴接在一起,小球乙
与竖直挡板接触(不固定),用力推压小球甲使弹簧压缩,弹簧压缩量为
时锁定小球甲。现解除
对小球甲的锁定,同时给小球甲施加一个水平向左的外力F,使小球甲由静止开始向左以
的加
速度做匀加速直线运动,当小球乙刚要离开竖直挡板时撤掉外力F。有关甲、乙两小球的运动情况的判断,
下列说法正确的是(  )
2
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A.外力F 的最大值为
B.弹簧锁定时弹性势能为
C.小球乙刚离开挡板瞬间小球甲的速度大小为
D.外力F 对小球甲做的功为
【答案】C
【详解】A.解除对小球甲的锁定,给小球甲施加外力的过程,根据牛顿第二定律有
当
时外力F 最大,为
故A 错误;
B.弹簧锁定时,弹力做功为
根据功能关系,弹性势能为
故B 错误;
C.根据动力学公式
解得
故C 正确;
D.解除对小球甲的锁定,给小球甲施加外力的过程,由动能定理得
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解得
故D 错误。
故选C。
3.(2023·全国·二模)备战冬奥会期间,我国自主研发的转盘滑雪训练机在训练基地投入使用。转盘滑雪
训练机工作起来像一个巨型“陀螺”,可模拟一些特定的环境和场景。该转盘的转速可调,转盘与水平面
的夹角为
。某次训练中,转盘滑雪机绕垂直于盘面的固定转轴以恒定的角速度
转动,盘面上离转轴
距离为
处的运动员(可看成质点)与圆盘始终保持相对静止。运动员质量为65kg,与盘面间的动摩擦
因数为0.4,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。不计空气阻力,g 取
,已知
。则下列说法正确的是(  )
A.运动员随圆盘做圆周运动时,某时刻可能受到两个力的作用
B.运动员训练时,与圆盘相对静止的
最大值约为
C.运动员在最高点受到的摩擦力一定随
的增大而减小
D.运动员由最低点运动到最高点的过程中摩擦力对其所做的功约为
【答案】C
【详解】A.当运动员在最高点时,由重力的下滑分力提供向心力时,静摩擦力为零,此时受到两个力的
作用,则
当物体在最低点时
得
又
不符合实际情况,故运动员做匀速圆周运动时,不可能受两个力,A 错误;
B.在最低点,摩擦力达到最大时,与圆盘相对静止的角速度最大,根据牛顿第二定律
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得
B 错误;
C.由A 选项可知,运动员在最高点时,静摩擦力方向一定背离圆心,即
在最高点时,角速度越大,静摩擦力越小,C 正确;
D.运动员动能不变,摩擦力做功等于克服重力做功,则摩擦力做功为
D 错误。
故选C。
4.(2023·北京朝阳·统考二模)电动平衡车作为一种电力驱动的运输载具,被广泛应用在娱乐、代步、安
保巡逻等领域。某人站在平衡车上以初速度
在水平地面上沿直线做加速运动,经历时间t 达到最大速度
,此过程电动机的输出功率恒为额定功率P。已知人与车整体的质量为m,所受阻力的大小恒为f。则
(  )
A.
B.车速为
时的加速度大小为
C.人与车在时间t 内的位移大小等于
D.在时间t 内阻力做的功为
【答案】D
【详解】A.根据题意可知,当牵引力等于阻力时,平衡车的速度达到最大值,由公式P=Fv 可得,最大速
度为
故A 错误;
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B.车速为
时的牵引力为
由牛顿第二定律可得
解得
故B 错误;
D.平衡车从
到最大速度
,由动能定理得
解得在时间t 内阻力做的功为
故D 正确;
C.在时间t 内阻力做的功
解得人与车在时间t 内的位移大小为
故C 错误。
故选D。
二、多选题
5.(2023·吉林·统考模拟预测)如图所示,一根长为3L 的光滑轻杆一端用铰链固定于地面上的O 点,另
一端固定一质量为m 的小球A,轻杆紧贴着边长为L、质量为m 的光滑小立方体方块B,开始时轻杆处于
竖直状态,受到轻微扰动后,轻杆开始顺时针转动,推动方块B 沿地面向右滑至图示虚线位置(此时杆与
地面的夹角
)时,设小球A 的速度和方块B 的速度分别为vA、vB,已知重力加速度为g,则(  )
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A.
B.
C.此时小球A 的速度大小为
D.轻杆从开始转动到此时对方块B 所做的功为
【答案】AD
【详解】AB.A 和B 速度关系满足
得出
A 正确,B 错误;
CD.对于A、B 组成的系统,机械能守恒,但是小球A 机械能不守恒;对系统由机械能守恒得
联立上式解得
,
对B 分析,由动能定理得,轻杆从开始转动到此时对方块B 所做的功为
C 错误,D 正确。
故选AD。
6.(2023·河北沧州·河北省吴桥中学校考模拟预测)正三角形滑块ABC 放置于水平面上,轻杆一端与固定
在水平面上的铰链连接,另一端固定一小球,已知铰链连接处到小球球心的距离为
,小球和滑块的质量
都为
。如图所示,将小球与滑块的
斜面接触,在水平面上反复移动滑块,直到轻杆与斜面
平行,
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然后由静止释放滑块,重力加速度为
,不计一切摩擦。则在小球和滑块的相互作用过程中,下列说法正
确的是(  )
A.滑块的速度先增大后减小
B.小球的速度一直增大
C.当轻杆与水平面的夹角为
时,小球的动能为
D.从释放小球到轻杆与水平面的夹角为
的过程中,小球对滑块做功为
【答案】BD
【详解】A.小球在与滑块相互作用的过程中,始终对斜面体的BC 面存在压力,斜面体受到的合力作用水
平向左,对滑块一直做正功,所以滑块的速度一直增加,故A 错误;
B.设某时刻轻杆与水平面的夹角为
,对小球的速度沿这两个方向进行分解如图所示
小球参与了沿水平面向左的运动和沿滑块斜面向下的运动,三角形滑块的速度与小球在水平方向的分速度
相等,在小球与滑块相互作用的过程中,轻杆与水平面的夹角
减小,而对应的小球水平方向的分速度
一直增大,由于小球的合速度对应的角度始终为
不变,可知小球的速度一直增大,故B 正确;
C.轻杆与水平面的夹角为
时,设小球速度为v,滑块速度为
,由系统机械能守恒可得
根据速度合成与分解,可得
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可得小球动能为
故C 错误;
D.根据动能定理可得,小球对滑块做功等于滑块增加的动能,可求得小球对滑块做功为
故D 正确。
故选BD。
三、解答题
7.(2023·河北·校联考模拟预测)如图甲所示,质量
的小球静止在水平地面上,从某时刻起,小
球受到竖直向上的拉力
作用,拉力
随小球上升高度的变化关系如图乙所示,
减小到0 以后小球不
再受拉力的作用。已知小球每次与地面碰后速度是碰前速度的0.5 倍,不计空气阻力,
取
。求:
(1)小球在向上运动过程中的最大速度;
(2)小球在空中运动的总路程。(计算结果可用分数表示)
  
【答案】(1)
;(2)
【详解】(1)当
,即小球上升
时,小球的速度最大,此过程中
根据动能定理
解得
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(2)小球上升
时
重力做功
因
故小球上升的最大高度为
根据题意小球与地面碰后速度是碰前速度的
倍,由
联立解得小球第一次碰后上升的最大高度
同理可求得小球第2,3,…,n 次碰后上升的最大高度
则小球从开始下落到停止的过程中运动的总路程为
整理可得
解得
小球在空中运动的总路程
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考点02:应用动能定理求解多过程问题(3 单选+3 多选)
一、单选题
1.(2023·河北·模拟预测)如图所示,质量为m 的滑块以初速度
,由固定斜面底端滑上斜面,一段时间
后返回,返回时的速度大小为
,以斜面底端位置为零势能面,重力加速度为g,以下关于滑块在斜面
上的运动过程说法正确的是(  )
  
A.上滑过程中动能与重力势能相等的位置位于斜面中点下方
B.下滑过程中动能与重力势能相等的位置位于斜面中点上方
C.滑块上滑的高度为
D.运动过程中滑块最大的重力势能为
【答案】C
【详解】AB.根据题意,画出滑块上滑及下滑过程中动能和重力势能随高度的变化关系图像,如图所示
  
则对应交点为动能和势能相等的位置,在图上直接可以看出,上滑过程中动能与势能相等的位置位于斜面
中点上方,下滑过程中动能与势能相等的位置位于斜面中点下方,故AB 错误;
C.设滑块滑动过程中摩擦力做功为W,根据动能定理,上滑过程有
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下滑过程有
两式联立得
故C 正确;
D.滑块运动过程中最大重力势能为
故D 错误。
故选C。
2.(2023·山东济宁·统考二模)如图所示,一滑块(可视为质点)在水平力F 的作用下由静止沿粗糙水平
直轨道AB 开始运动,该力的功率恒定,达到最大速度后,撤掉该力,滑块继续前进一段距离后进入竖直
光滑半圆轨道BCD,并恰好通过该轨道最高点D,然后进入光滑半圆管道DEF,最终停在粗糙水平直轨道
FG 上。已知水平力的恒定功率为10W,滑块的质量为0.2kg,滑块与轨道AB 的动摩擦因数为0.5,半圆轨
道BCD 的半径R=0.5m,重力加速度g 取10m/s2,下列说法正确的是(  )
A.滑块在D 点的速度大小为
B.半圆管道DEF 的半径r 可能为0.15m
C.在轨道AB 上,滑块的最大速度为10m/s
D.在轨道AB 上,滑块减速过程的距离为2.5m
【答案】C
【详解】A.滑块恰好通过该轨道最高点D,则有
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解得
故A 错误;
B.设从D 点刚好到达F 点,根据动能定理有
解得
根据题意滑块最终停在粗糙水平直轨道FG 上,所以半圆管道DEF 的半径r 应小于
,故B 错误;
C.在轨道AB 上,滑块的拉力等于摩擦力时,速度最大,有
故C 正确;
D.在轨道AB 上,滑块减速过程的距离为
,从撤去外力到D 点,根据动能定理有
解得
故D 错误;
故选C。
3.(2023·湖南长沙·长郡中学校考模拟预测)某同学利用如图甲所示的装置,探究物块a 上升的最大高度
H 与物块b 距地面高度h 的关系,忽略一切阻力及滑轮和细绳的质量,初始时物块a 静止在地面上,物块b
距地面的高度为h,细绳恰好绷直,现将物块b 由静止释放,b 碰到地面后不再反弹,测出物块a 上升的最
大高度为H,此后每次释放物块b 时,物块a 均静止在地面上,物块b 着地后均不再反弹,改变细绳长度
及物块b 距地面的高度h,测量多组(H,h)的数值,然后做出H-h 图像(如图乙所示),图像的斜率为
k,已知物块a、b 的质量分别为m1、m2,则以下给出的四项判断中正确的是(  )
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①物块a,b 的质量之比
             ②物块a、b 的质量之比
③H-h 图像的斜率为k 取值范围是0<k<1         ④H-h 图像的斜率为k 取值范围是1<k<2
A.①③
B.②③
C.①④
D.②④
【答案】D
【详解】①②.物块
的上升过程分为两个阶段,第一阶段为在物块
释放后,在绳子拉力的作用下加速
上升,与此同时物块
加速下降,速率与物块
相同,第二个阶段为物块
落地后,物块
在自身重力的作
用下减速上升直至最高点。则第一阶段对整体由动能定理有
第二阶段对物块
由动能定理有
联立以上两式可得
结合图像可得
可知
故①错误,②正确;
③④.要将物块
拉起,则有
对物块
,则有
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可得
因此有
即
故③错误,④正确。
故选D。
二、多选题
4.(2023·吉林通化·梅河口市第五中学校考模拟预测)水平粗糙平面上静止两个物块A、B,B 的右侧紧密
连接一段光滑圆弧轨道。现给A 施一水平向右大小为8N 的外力F,作用一段距离后撤去,又经过一段时间
后A 与B 发生碰撞,A、B 碰后连接为一个整体沿圆弧面上滑。已知碰撞过程中能量损失为2J,A、B 可视
为质点,
,A、B 与水平面之间的动摩擦因数相同,
,A、B 初始的距离
,圆弧
轨道的半径为40m,物块上滑的过程中未离开圆弧面,π 取3.14,g 取10m/s2,下列说法正确的是
(  )
  
A.外力F 作用的距离为4m
B.物块沿圆弧面上滑的高度为0.1m
C.整个过程中因摩擦产生的热量为29J
D.从外力开始作用到最终物块停下,花费的总时间为9.78s
【答案】AD
【详解】A.质量相等的两物体发生完全非弹性碰撞,由动量守恒和能量守恒可知动能损失量为初动能的
1/2,故碰撞前A 的动能为4J,设外力F 作用的距离为
,则根据动能定理
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可得外力作用距离为
故A 正确;
B.碰撞后的动能为2J,根据能量守恒有
解得
故B 错误;
C.整个过程中,外力F 做功为
碰撞能量损失为2J,故由能量守恒可知因摩擦产生的热量为30J,故C 错误。
D.碰撞前A 经历了先加速后减速的运动,加速过程中有
,
解得
减速过程有
碰撞前A 的动能为4J,可知
即碰撞前的速度为2m/s,解得
由于上升高度远小于圆弧半径,可等效看作为单摆模型,所经历时间为半个单摆的周期,有
回到水平面上后
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为碰撞后的速度1m/s,所以
总时长为
故D 正确。
故选AD。
5.(2023·陕西商洛·镇安中学校考模拟预测)如图所示,竖直面内一倾角
的倾斜轨道与一足够长的
水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接,质量
的小物块B 静止于水平轨道的最左端。质量
的小物块A 在倾斜轨道上从静止开始下滑,释放点到水平轨道的高度
,一段时间后A 与
B 发生弹性碰撞(碰撞时间极短),重力加速度大小
,两物块与轨道间的动摩擦因数均为0.5,
不计空气阻力,
,则(  )
  
A.物块A 沿倾斜轨道上升的最大高度为0.12m
B.物块A 在水平轨道上运动的位移大小为0.1m
C.物块B 在水平轨道上运动的位移大小为0.4m
D.整个过程中物块A 克服摩擦力做的功为0.2J
【答案】AC
【详解】A.设碰撞前瞬间,A 的速度大小为v,由动能定理有
解得
由动量守恒定律和机械能守恒定律有
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解得
设物块A 沿倾斜轨道上升的最大高度为h,则有
解得
故A 正确;
B.设物块A 返回水平轨道时的速度为
,物块A 在水平轨道上运动的位移为
,在斜面上由动能定理得
在水平面上
解得
故B 错误;
C.对B 物体由动能定理得
则物块B 在水平轨道上运动的位移
故C 项正确;
D.整个过程中由能量守恒得物块A 克服摩擦力做的功
D 项错误。
故选AC。
6.(2023·辽宁沈阳·东北育才学校校考一模)如图所示,在竖直平面内有一半径为R 的圆弧轨道,半径
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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 到B 的运动过程中(  )
  
A.重力做功2mgR
B.机械能减少mgR
C.合外力做功
D.克服摩擦力做功
【答案】CD
【详解】A.重力做功
A 错误;
B.小球沿轨道到达最高点B 时恰好对轨道没有压力,则有
解得
机械能减少
B 错误;
C.根据动能定理
C 正确;
D.根据动能定理
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解得
所以克服摩擦力做功为
,D 正确。
故选CD。
考点3:应用动能定理求机车启动问题(1 单选+3 多选+1 解答)
一、单选题
1.(2023·山西·校联考模拟预测)一辆质量为m 的汽车在平直的路面上以恒定功率P 匀速行驶,匀速行驶
的速度为
,某时刻司机看到路旁减速标志后,没有踩刹车,而是立即松减油门,发动机功率变为原来的
,保持该功率行驶一段时间t 后,汽车又开始匀速运动。设汽车受到的阻力恒定不变,在松减油门后的t
时间内汽车前进的距离为(  )
A.
B.
C.
D.
【答案】D
【详解】发动机的功率为P 时,汽车以速度
匀速行驶,阻力为
汽车再次匀速,此时汽车速度大小为
根据动能定理可得
解得
故选D。
二、多选题
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2.(2023·黑龙江哈尔滨·哈九中校考模拟预测)某兴趣小组对一辆遥控小车的性能进行研究。他们让这辆
小车在水平的直轨道上由静止开始运动,并将小车运动的全过程记录下来,通过处理转化为
图像,如
图所示(除
时间段图像为曲线外,其余时间段图像均为直线)。已知在小车运动的过程中,
时间段内小车的功率保持不变,在
末停止遥控而让小车自由滑行,小车的质量为
,可认为
在整个运动过程中小车所受到的阻力大小不变。则下列选项正确的是(  )
A.小车两段匀变速直线运动的加速度大小相同
B.小车所受到的阻力为
C.小车额定功率为
D.小车在变加速运动过程中位移为
【答案】AB
【详解】A.
内汽车的加速度
在
时间段,加速度大小
故A 正确。
B.
时间段,由牛顿第二定律得
故B 正确。
C.在
小车做匀速运动,速度
,牵引力大小
与
大小相等,则小车匀速运动的功率
故C 错误;
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D.
内根据动能定理有
解得
故D 错误。
故选AB。
3.(2023·湖南岳阳·统考模拟预测)如图所示,质量为m 的摩托艇静止在水面上,
时刻,摩托艇在恒
定牵引力作用下开始沿直线运动,其加速度a 随速度v 的变化规律如图所示。已知摩托艇受到的阻力与运
动速度成正比,即
(k 为常数,大小未知)。则(  )
  
A.摩托艇从开始运动到速度最大过程中,牵引力对摩托艇做的功为
B.常数k 的大小为
C.牵引力的最大功率为
D.摩托艇从开始运动到速度最大的过程所用时间为
【答案】BC
【详解】A.根据动能定理,牵引力与阻力做功之和等于摩托艇动能的变化量,阻力做负功,则牵引力对
摩托艇做的功大于
,选项A 错误;
B.根据牛顿第二定律
得
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可知
得
选项B 正确;
C.由图可知,速度为零时,阻力为零,牵引力为
牵引力为恒力,则速度最大时,牵引力功率最大
选项C 正确;
D.若摩托艇从开始做匀加速运动到速度最大,有
而由题图可知摩托艇的加速度从
开始减小,因此摩托艇从开始运动到速度最大的过程所用时间不等于
,
选项D 错误。
故选BC。
4.(2023·天津滨海新·统考一模)一辆额定功率800W 的玩具赛车在水平直跑道上由静止开始以恒定功率
加速前进,玩具赛车瞬时加速度和瞬时速度的倒数的关系图像如图所示。假设在阻力大小不变的情况下,
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。下列说法正确的是(    
)
A.玩具赛车所受的阻力大小为40 N
B.玩具赛车的质量为10 kg
C.玩具赛车的速度大小为10 m/s 时的加速度大小为
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D.起点到终点的距离为500 m
【答案】AD
【详解】A.玩具车的最大速度
则阻力
选项A 正确;
B.玩具车的加速度为
由图像可知
解得
m=20kg
选项B 错误;
C.根据
可知玩具赛车的速度大小为10 m/s 时的加速度大小为
,选项C 错误;
D.从起点到终点由动能定理
解得
x=500m
选项D 正确。
故选AD。
三、解答题
5.(2023·贵州毕节·统考三模)由于三大常规能源的短缺,新能源汽车成为当下各国研发的主方向。理论
上汽车刹车车轮抱死的情况下,刹车距离与速度的平方成正比,与动摩擦因数成反比,当摩擦因数一定时,
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刹车距离取决于车速。现实生活中,车速一样的情况下,往往车载重越重,刹车距离就越长。为探究这个
问题,研究小组对某新能源汽车进行研究,该车质量为
,额定功率为
,以额定功率在水
平路面上启动,受到的阻力恒为
。保持额定功率行驶时间
时,速度达到最大,随即刹车
(防抱死制动装置ABS 启动,不考虑反应时间),测得制动距离等于启动到最大速度距离的
倍。查得抱
死时动摩擦因数为
,计算发现防抱死时刹车系统的制动力
小于车轮抱死时与地面的滑动摩擦力
。由此可知,这就是车载重越重刹车距离越长的原因。求:
(1)该车从启动到最大速度的过程中,汽车行驶的位移大小;
(2)上述刹车过程中刹车系统的制动力
。
【答案】(1)
;(2)
【详解】(1)根据题意可知,当
时,速度最大,结合公式
,则有
代入数据得
从启动到最大速度,由动能定理得
代入数据得
(2)根据题意,由动能定理有
其中
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代入数据得
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