《(浙江專用)2022-2023學(xué)年高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 微型專題 動(dòng)能定理 能量守恒定律學(xué)案 新人教版必修2》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《(浙江專用)2022-2023學(xué)年高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 微型專題 動(dòng)能定理 能量守恒定律學(xué)案 新人教版必修2(5頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、(浙江專用)2022-2023學(xué)年高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 微型專題 動(dòng)能定理 能量守恒定律學(xué)案 新人教版必修21(2018新昌中學(xué)高三選考適應(yīng)性考試)某同學(xué)設(shè)計(jì)出如圖1所示實(shí)驗(yàn)裝置將一質(zhì)量為0.2 kg的小球(可視為質(zhì)點(diǎn))放置于水平彈射器內(nèi),壓縮彈簧并鎖定,此時(shí)小球恰好在彈射口,彈射口與水平面AB相切于A點(diǎn),AB為粗糙水平面,小球與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.5,彈射器可沿水平方向左右移動(dòng);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(diǎn),在C的右側(cè)空間建立豎直平面內(nèi)的坐標(biāo)系xOy,在該平面內(nèi)有一水平放置開(kāi)口向左且直徑稍大于小球的接收器D,sin
2、370.6,cos 370.8,g取10 m/s2.圖1(1)某次實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)使彈射口距離B處L11.6 m處固定,解開(kāi)鎖定,釋放小球,小球剛好到達(dá)C處,求彈射器釋放的彈性勢(shì)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(dòng)至離B處L20.8 m處固定彈射器,并解開(kāi)鎖定釋放小球,小球?qū)腃處射出,恰好水平進(jìn)入接收器D,求D所在位置坐標(biāo)答案(1)1.8 J(2)解析(1)從A到C的過(guò)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
3、剛好被D接收,其在空中的運(yùn)動(dòng)可看成從D點(diǎn)平拋運(yùn)動(dòng)的逆過(guò)程,vCxvCcos 37 m/s,vCyvCsin 37 m/s,則D點(diǎn)的坐標(biāo):xvCx,y,解得:x m,y m,即D所在位置坐標(biāo)為:2(2018桐鄉(xiāng)市選考基礎(chǔ)測(cè)試)如圖2所示為某款彈射游戲示意圖,光滑水平臺(tái)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(guò)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(diǎn)彈出并從E點(diǎn)進(jìn)入圓軌道,經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)F,離開(kāi)圓軌道后繼續(xù)在水平臺(tái)面上前進(jìn),從A點(diǎn)沿斜面AB向上運(yùn)動(dòng),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(zhǎng)L25 c
4、m,滑塊與斜面AB之間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.5,忽略空氣阻力,滑塊可視為質(zhì)點(diǎn)若某次彈射中,滑塊恰好運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),sin 370.6,cos 370.8,g取10 m/s2.求:圖2(1)滑塊離開(kāi)彈簧時(shí)的速度大??;(2)滑塊從B點(diǎn)返回到E點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力大??;(3)通過(guò)計(jì)算判斷滑塊能否沿原軌道返回到O點(diǎn)若能,則計(jì)算彈簧壓縮到最短時(shí)的彈性勢(shì)能;若不能,則計(jì)算出在斜面AB上通過(guò)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(kāi)彈簧時(shí)速度大小為v0,根據(jù)動(dòng)能定理:mgLsin mgLcos 0mv02代入數(shù)據(jù)得:v0 m/s(2)設(shè)滑塊從B點(diǎn)返回到圓軌道最低點(diǎn)時(shí)速度大小為
5、v1根據(jù)動(dòng)能定理:mgLsin mgLcos mv12在E點(diǎn):FNmgm聯(lián)立方程代入數(shù)據(jù)得:FN0.15 N根據(jù)牛頓第三定律,滑塊對(duì)軌道的壓力大小FNFN0.15 N.(3)若滑塊返回后未過(guò)圓心等高點(diǎn)時(shí)速度為零,其能夠到達(dá)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(diǎn)設(shè)滑塊從B點(diǎn)下滑后在斜面上通過(guò)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(guò)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(lè)園的過(guò)山車,其局部可簡(jiǎn)化為如圖乙
6、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的B端高度h24 m,傾斜軌道DE與圓弧EF相切于E點(diǎn),圓弧EF的圓心O1、水平半圓軌道CD的圓心O2與A點(diǎn)在同一水平面上,DO1的距離L20 m質(zhì)量m1 000 kg的過(guò)山車(包括乘客)從B點(diǎn)自靜止滑下,經(jīng)過(guò)水平半圓軌道后,滑上另一傾斜軌道,到達(dá)圓弧頂端F時(shí)乘客對(duì)座椅的壓力為自身重力的0.25倍已知過(guò)山車在BCDE段運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的摩擦力與軌道對(duì)過(guò)山車的支持力成正比,比例系數(shù),EF段摩擦力不計(jì),整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程空氣阻力不計(jì)(g10 m/s2,sin 370.6,cos 370.8)圖3(1)求過(guò)山車過(guò)F點(diǎn)時(shí)的
7、速度大小;(2)求從B到F整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中摩擦力對(duì)過(guò)山車做的功;(3)如果過(guò)D點(diǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)圓軌道EF段有故障,為保證乘客的安全,立即觸發(fā)制動(dòng)裝置,使過(guò)山車不能到達(dá)EF段并保證不再下滑,則過(guò)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(diǎn)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(dòng)能定理,從B點(diǎn)到F點(diǎn):mg(hr)WfmvF20解得Wf7.5104 J(3)在沒(méi)有故障時(shí),過(guò)山車到達(dá)D點(diǎn)的速度為vD,根據(jù)動(dòng)能定理mgrmgcos 37LDEmvmvLDELcos 3716 m,發(fā)現(xiàn)故障
8、之后,過(guò)山車不能到達(dá)EF段,設(shè)剎車后恰好到達(dá)E點(diǎn)速度為零,在此過(guò)程中,過(guò)山車受到的摩擦力為Ff1,根據(jù)動(dòng)能定理mgLDEsin 37Ff1LDE0mv,聯(lián)立各式解得Ff14.6103 N使過(guò)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(guò)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(jì)了一個(gè)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(zhǎng)時(shí)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
9、同一豎直線上傾角為37的直軌道EF與圓形軌道CDE在E點(diǎn)相切,水平軌道FG(長(zhǎng)度可調(diào)節(jié))與C點(diǎn)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(diǎn))用彈簧裝置將其彈出,使其沿著圖示軌道運(yùn)動(dòng),已知小滑塊與EF、FG間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5,其余部分摩擦不計(jì)(滑塊在直軌道上銜接處運(yùn)動(dòng)時(shí)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(diǎn)速度為5 m/s,求此時(shí)滑塊對(duì)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(shì)能Ep為多少?(3)某次實(shí)驗(yàn)時(shí)壓縮彈簧至彈性勢(shì)能Ep1.13 J,將滑
10、塊彈出,滑塊沿著圖示軌道運(yùn)動(dòng)最終能從G位置水平飛離軌道,為使落點(diǎn)位置H離F點(diǎn)的水平距離最大,應(yīng)將FG的長(zhǎng)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(diǎn):FNmg解得FN7.25 N由牛頓第三定律可知此時(shí)滑塊對(duì)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(diǎn)C滿足,mg得vC1 m/s從釋放到C點(diǎn)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(zhǎng)度L1.2 m從釋放到F點(diǎn),由能量守恒定律Epmg2rmgcos LmvF2設(shè)G點(diǎn)的速度為v,F(xiàn)到G過(guò)程:vF2v22gx1離開(kāi)G點(diǎn)后做平拋運(yùn)動(dòng):2Rgt2x2vt聯(lián)立可得落點(diǎn)H離F點(diǎn)的水平距離xx1x20.90.1v20.4v0.1(v2)21.3所以當(dāng)v2 m/s,即FG長(zhǎng)度為0.5 m時(shí),H離F點(diǎn)的水平距離最大為1.3 m.