《(浙江專用)2018-2019學(xué)年高中物理 第七章 機械能守恒定律 微型專題 動能定理 能量守恒定律學(xué)案 新人教版必修2》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《(浙江專用)2018-2019學(xué)年高中物理 第七章 機械能守恒定律 微型專題 動能定理 能量守恒定律學(xué)案 新人教版必修2(5頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、微型專題動能定理能量守恒定律1(2018新昌中學(xué)高三選考適應(yīng)性考試)某同學(xué)設(shè)計出如圖1所示實驗裝置將一質(zhì)量為0.2 kg的小球(可視為質(zhì)點)放置于水平彈射器內(nèi),壓縮彈簧并鎖定,此時小球恰好在彈射口,彈射口與水平面AB相切于A點,AB為粗糙水平面,小球與水平面間的動摩擦因數(shù)0.5,彈射器可沿水平方向左右移動;BC為一段光滑圓弧軌道,O為圓心,半徑R0.5 mOC與OB之間的夾角為37,以C為原點,在C的右側(cè)空間建立豎直平面內(nèi)的坐標系xOy,在該平面內(nèi)有一水平放置開口向左且直徑稍大于小球的接收器D,sin 370.6,cos 370.8,g取10 m/s2.圖1(1)某次實驗中該同學(xué)使彈射口距離B
2、處L11.6 m處固定,解開鎖定,釋放小球,小球剛好到達C處,求彈射器釋放的彈性勢能;(2)把小球放回彈射器原處并鎖定,將彈射器水平向右移動至離B處L20.8 m處固定彈射器,并解開鎖定釋放小球,小球?qū)腃處射出,恰好水平進入接收器D,求D所在位置坐標答案(1)1.8 J(2)解析(1)從A到C的過程中,由能量守恒定律:EpmgL1mgR(1cos )解得:Ep1.8 J(2)小球從C處飛出后,由能量守恒定律EpmgL2mgR(1cos )mvC2 解得:vC2 m/s,方向與水平方向成37角,由于小球剛好被D接收,其在空中的運動可看成從D點平拋運動的逆過程,vCxvCcos 37 m/s,v
3、CyvCsin 37 m/s,則D點的坐標:xvCx,y,解得:x m,y m,即D所在位置坐標為:2(2018桐鄉(xiāng)市選考基礎(chǔ)測試)如圖2所示為某款彈射游戲示意圖,光滑水平臺面上有固定發(fā)射器、豎直光滑圓軌道和粗糙斜面ABC,豎直面BC和豎直擋板MN間有一凹槽通過輕質(zhì)拉桿將發(fā)射器的彈簧壓縮一定距離后釋放,滑塊從O點彈出并從E點進入圓軌道,經(jīng)過最高點F,離開圓軌道后繼續(xù)在水平臺面上前進,從A點沿斜面AB向上運動,滑塊落入凹槽則游戲成功已知滑塊質(zhì)量m5 g,圓軌道半徑R5 cm,斜面傾角37,斜面長L25 cm,滑塊與斜面AB之間的動摩擦因數(shù)0.5,忽略空氣阻力,滑塊可視為質(zhì)點若某次彈射中,滑塊恰好
4、運動到B點,sin 370.6,cos 370.8,g取10 m/s2.求:圖2(1)滑塊離開彈簧時的速度大?。?2)滑塊從B點返回到E點時對軌道的壓力大??;(3)通過計算判斷滑塊能否沿原軌道返回到O點若能,則計算彈簧壓縮到最短時的彈性勢能;若不能,則計算出在斜面AB上通過的總路程答案(1) m/s(2)0.15 N(3)不能0.625 m解析(1)設(shè)滑塊離開彈簧時速度大小為v0,根據(jù)動能定理:mgLsin mgLcos 0mv02代入數(shù)據(jù)得:v0 m/s(2)設(shè)滑塊從B點返回到圓軌道最低點時速度大小為v1根據(jù)動能定理:mgLsin mgLcos mv12在E點:FNmgm聯(lián)立方程代入數(shù)據(jù)得:
5、FN0.15 N根據(jù)牛頓第三定律,滑塊對軌道的壓力大小FNFN0.15 N.(3)若滑塊返回后未過圓心等高點時速度為零,其能夠到達的最大高度為h,根據(jù)能量守恒:mgLsin mgLcos mgh代入數(shù)據(jù)得h0.05 m,正好與圓心等高因此滑塊不能沿原軌道返回O點設(shè)滑塊從B點下滑后在斜面上通過的路程為x,根據(jù)能量守恒:mgLsin mgxcos 代入數(shù)據(jù)得:x1.5L所以滑塊在斜面上通過的總路程為s路xL0.625 m.3(2017浙江11月選考科目考試)如圖3甲所示是游樂園的過山車,其局部可簡化為如圖乙的示意圖,傾角37的兩平行傾斜軌道BC、DE的下端與水平半圓形軌道CD順滑連接,傾斜軌道BC
6、的B端高度h24 m,傾斜軌道DE與圓弧EF相切于E點,圓弧EF的圓心O1、水平半圓軌道CD的圓心O2與A點在同一水平面上,DO1的距離L20 m質(zhì)量m1 000 kg的過山車(包括乘客)從B點自靜止滑下,經(jīng)過水平半圓軌道后,滑上另一傾斜軌道,到達圓弧頂端F時乘客對座椅的壓力為自身重力的0.25倍已知過山車在BCDE段運動時所受的摩擦力與軌道對過山車的支持力成正比,比例系數(shù),EF段摩擦力不計,整個運動過程空氣阻力不計(g10 m/s2,sin 370.6,cos 370.8)圖3(1)求過山車過F點時的速度大?。?2)求從B到F整個運動過程中摩擦力對過山車做的功;(3)如果過D點時發(fā)現(xiàn)圓軌道E
7、F段有故障,為保證乘客的安全,立即觸發(fā)制動裝置,使過山車不能到達EF段并保證不再下滑,則過山車受到的摩擦力至少應(yīng)多大?答案(1)3 m/s(2)7.5104 J(3)6103 N解析(1)在F點由牛頓第二定律得:m人g0.25m人gm人,rLsin 12 m代入已知數(shù)據(jù)可得:vF3 m/s(2)根據(jù)動能定理,從B點到F點:mg(hr)WfmvF20解得Wf7.5104 J(3)在沒有故障時,過山車到達D點的速度為vD,根據(jù)動能定理mgrmgcos 37LDEmvmvLDELcos 3716 m,發(fā)現(xiàn)故障之后,過山車不能到達EF段,設(shè)剎車后恰好到達E點速度為零,在此過程中,過山車受到的摩擦力為F
8、f1,根據(jù)動能定理mgLDEsin 37Ff1LDE0mv,聯(lián)立各式解得Ff14.6103 N使過山車能停在傾斜軌道上的摩擦力至少為Ff2,則有Ff2mgsin 0,解得Ff26103 N綜上可知,過山車受到的摩擦力至少應(yīng)為6103 N.4(2018溫州市六校協(xié)作體第二學(xué)期期中聯(lián)考)如圖4所示,某科技興趣小組設(shè)計了一個豎直放置在水平地面上的玩具軌道模型,在AB段的A端固定一輕質(zhì)彈簧,彈簧自然伸長時剛好位于B端其中半圓軌道BC和圓形軌道CDE的半徑分別為r10 cm和R40 cm,二者的圓心與B、C、D在同一豎直線上傾角為37的直軌道EF與圓形軌道CDE在E點相切,水平軌道FG(長度可調(diào)節(jié))與C
9、點在同一高度且與傾斜軌道EF平滑連接將一質(zhì)量為m0.1 kg的滑塊(可以視為質(zhì)點)用彈簧裝置將其彈出,使其沿著圖示軌道運動,已知小滑塊與EF、FG間的動摩擦因數(shù)為0.5,其余部分摩擦不計(滑塊在直軌道上銜接處運動時不脫離軌道,忽略滑塊在銜接處的能量損失及空氣阻力,sin 370.6,cos 370.8,g10 m/s2)圖4(1)若滑塊在D點速度為5 m/s,求此時滑塊對軌道的壓力大?。?2)要使滑塊恰好不脫離圓弧軌道,則彈簧的彈性勢能Ep為多少?(3)某次實驗時壓縮彈簧至彈性勢能Ep1.13 J,將滑塊彈出,滑塊沿著圖示軌道運動最終能從G位置水平飛離軌道,為使落點位置H離F點的水平距離最大,
10、應(yīng)將FG的長度調(diào)為多大?最大水平距離為多少?答案(1)7.25 N(2)0.25 J(3)0.5 m1.3 m解析(1)在D點:FNmg解得FN7.25 N由牛頓第三定律可知此時滑塊對軌道的壓力大小為7.25 N,方向豎直向下(2)滑塊恰好不脫離圓弧軌道,則最高點C滿足,mg得vC1 m/s從釋放到C點由能量守恒:EpmvC2mg2r解得Ep0.25 J(3)由已知條件和幾何關(guān)系可得EF長度L1.2 m從釋放到F點,由能量守恒定律Epmg2rmgcos LmvF2設(shè)G點的速度為v,F(xiàn)到G過程:vF2v22gx1離開G點后做平拋運動:2Rgt2x2vt聯(lián)立可得落點H離F點的水平距離xx1x20.90.1v20.4v0.1(v2)21.3所以當v2 m/s,即FG長度為0.5 m時,H離F點的水平距離最大為1.3 m.5