高中 | 动能定理的理解与一般应用 题目答案及解析

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必修2

第七章 机械能守恒定律

7.7 动能和动能定理

动能定理的理解与一般应用

如图,某爆炸能量测量装置由装载台和滑轨等构成,$C$是可以在滑轨上运动的标准测量件,其规格可以根据测量需求进行调整。滑轨安装在高度为$h$的水平面上。测量时,将弹药放入装载台圆筒内,两端用物块$A$$B$封装,装载台与滑轨等高。引爆后,假设弹药释放的能量完全转化为$A$$B$的动能。极短时间内$B$嵌入$C$中形成组合体$D$$D$与滑轨间的动摩擦因数为$\mu $$D$在滑轨上运动$S_{1}$距离后抛出,落地点距抛出点水平距离为$S_{2}$,根据$S_{2}$可计算出弹药释放的能量。某次测量中,$A$$B$$C$质量分别为$3m$$m$$5m$$S_{1}=\dfrac{h}{\mu}$,整个过程发生在同一竖直平面内,不计空气阻力,重力加速度大小为$g$。则$(\qquad)$

["

$D$的初动能与爆炸后瞬间$A$的动能相等

","

$D$的初动能与其落地时的动能相等

","

弹药释放的能量为$36mgh\\left( 1+\\dfrac{S_{2}^{2}}{4h^{2}} \\right)$

","

弹药释放的能量为$48mgh\\left( 1+\\dfrac{S_{2}^{2}}{4h^{2}} \\right)$

"]
[["BD"]]

$\rm A$.爆炸后,$AB$组成的系统动量守恒,即$3mv_{1}=mv_{2}$

$B$$C$碰撞过程动量守恒$mv_{2}=6mv$

联立解得$v=0.5v_{1}$

爆炸后瞬间$A$的动能$E_{{kA}}=\dfrac{1}{2} \cdot 3m \cdot {v_{1}}^{2}$

$D$的初动能$E_{{kD}}=\dfrac{1}{2} \cdot 6m \cdot \left( 0.5v_{1} \right)^{2}$

两者不相等,故$\rm A$错误;

$\rm B$$D$水平滑动过程中摩擦力做功为$W_{{f}}=-\mu \cdot 6mg \cdot S_{1}=- \mu \cdot 6mg \cdot \dfrac{h}{\mu}=- 6mgh$

做平抛运动过程中重力做的功为$W_{G}=6mgh$

$D$从开始运动到落地瞬间合外力做功为$0$,根据动能定理可知$D$的初动能与其落地时的动能相等,故$\rm B$正确;

$\rm CD$$D$物块平抛过程有$h=\dfrac{1}{2}gt^{2}$$S_{2}=\dfrac{v_{0}}{t}$

联立可得$v_{0}=S_{2}\sqrt{\dfrac{g}{2h}}$

$D$水平滑动过程中根据动能定理有$- 6mgh=\dfrac{1}{2} \cdot 6mv_{0}^{2}-\dfrac{1}{2} \cdot 6mv^{2}$

化简得$v^{2}=\dfrac{S_{2}^{2}g}{2h}+2gh$

弹药释放的能量完全转化为$A$$B$的动能,则爆炸过程的能量为$E=\dfrac{1}{2} \cdot 3mv_{1}^{2}+\dfrac{1}{2} \cdot mv_{2}^{2}=24mv^{2}=24\left( \dfrac{S_{2}^{2}g}{2h}+2gh \right)=48mgh\left( 1+\dfrac{S_{2}^{2}}{4h^{2}} \right)$

$\rm C$错误,$\rm D$正确。

故选:$\rm BD$

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