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1、第五章机械能第2讲动能定理及应用NEIRONGSUOYIN内容索引过好双基关研透命题点课时作业回扣基础知识 训练基础题目细研考纲和真题 分析突破命题点限时训练 练规范 练速度过好双基关一、动能1.定义：物体由于 而具有的能.2.公式：Ek.3.单位：，1 J1 Nm1 kgm2/s2.4.标矢性：动能是，动能与速度方向.5.动能的变化：物体 与 之差，即Ek.标量运动焦耳无关末动能初动能1.内容：在一个过程中合力对物体所做的功，等于物体在这个过程中.2.表达式：WEkEk2Ek1.3.物理意义：的功是物体动能变化的量度.4.适用条件：(1)动能定理既适用于直线运动，也适用于.(2)动能定理既适
2、用于恒力做功，也适用于 做功.(3)力可以是各种性质的力，既可以同时作用，也可以 作用.动能的变化合力曲线运动二、动能定理变力分阶段如图1所示，物块沿粗糙斜面下滑至水平面；小球由内壁粗糙的圆弧轨道底端运动至顶端(轨道半径为R).图1自 测 1(2018全国卷 14)如图2，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图2解析由题意知，W拉W阻Ek，W阻Ek，A项正确，B项错误；W阻与Ek的大小关系不确定，C、D项错误.自 测 2关于运动物体所受的合外力、合
3、外力做的功及动能变化的关系，下列说法正确的是A.合外力为零，则合外力做功一定为零B.合外力做功为零，则合外力一定为零C.合外力做功越多，则动能一定越大D.动能不变，则物体所受合外力一定为零自 测 3如图3所示，AB为 圆弧轨道，BC为水平直轨道，BC恰好在B点与AB相切，圆弧的半径为R，BC的长度也是R.一质量为m的物体与两个轨道间的动摩擦因数都为，它由轨道顶端A从静止开始下落，恰好运动到C处停止，重力加速度为g，那么物体在AB段克服摩擦力所做的功为A.B.C.mgR D.(1)mgR图3解析设物体在AB段克服摩擦力所做的功为WAB，物体从A到C的全过程，根据动能定理有mgRWABmgR0，所
4、以WABmgRmgR(1)mgR，故D正确.研透命题点1.动能定理表明了“三个关系”(1)数量关系：合外力做的功与物体动能的变化具有等量代换关系，但并不是说动能变化就是合外力做的功.(2)因果关系：合外力做功是引起物体动能变化的原因.(3)量纲关系：单位相同，国际单位都是焦耳.2.标量性动能是标量，功也是标量，所以动能定理是一个标量式，不存在方向的选取问题.当然动能定理也就不存在分量的表达式.命题点一对动能定理的理解例 1(多选)如图4所示，一块长木板B放在光滑的水平面上，在B上放一物体A，现以恒定的外力拉B，由于A、B间摩擦力的作用，A将在B上滑动，以地面为参考系，A、B都向前移动一段距离.
5、在此过程中A.外力F做的功等于A和B动能的增量B.B对A的摩擦力所做的功等于A的动能的增量C.A对B的摩擦力所做的功等于B对A的摩擦力所做的功D.外力F对B做的功等于B的动能的增量与B克服摩擦力所做的功之和图4变 式 1(多选)用力F拉着一个物体从空中的a点运动到b点的过程中，重力做功3 J，拉力F做功8 J，空气阻力做功0.5 J，则下列判断正确的是A.物体的重力势能增加了3 JB.物体的重力势能减少了3 JC.物体的动能增加了4.5 JD.物体的动能增加了8 J解析因为重力做功3 J，所以重力势能增加3 J，A正确，B错误；根据动能定理W合Ek，得Ek3 J8 J0.5 J4.5 J，C正
6、确，D错误.1.应用流程命题点二动能定理的基本应用2.注意事项(1)动能定理中的位移和速度必须是相对于同一个参考系的，一般以地面或相对地面静止的物体为参考系.(2)应用动能定理的关键在于准确分析研究对象的受力情况及运动情况，可以画出运动过程的草图，借助草图理解物理过程之间的关系.(3)当物体的运动包含多个不同过程时，可分段应用动能定理求解；也可以全过程应用动能定理.(4)列动能定理方程时，必须明确各力做功的正、负，确实难以判断的先假定为正功，最后根据结果加以检验.例 2(多选)(2016全国卷 20)如图5所示，一固定容器的内壁是半径为R的半球面；在半球面水平直径的一端有一质量为m的质点P.它
7、在容器内壁由静止下滑到最低点的过程中，克服摩擦力做的功为W.重力加速度大小为g.设质点P在最低点时，向心加速度的大小为a，容器对它的支持力大小为N，则图5例 3(2017上海单科19)如图6所示，与水平面夹角37的斜面和半径R0.4 m的光滑圆轨道相切于B点，且固定于竖直平面内.滑块从斜面上的A点由静止释放，经B点后沿圆轨道运动，通过最高点C时轨道对滑块的弹力为零.已知滑块与斜面间动摩擦因数0.25.(g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)求：(1)滑块在C点的速度大小vC；图6答案2 m/s解析在C点，滑块竖直方向所受合力提供向心力(2)滑块在B点的速度大小vB；答案4
8、.29 m/s解析对B C过程，由动能定理得(3)A、B两点间的高度差h.答案1.38 m解析滑块在A B的过程，由动能定理得代入数据解得h1.38 m.变 式 2(2018江西省新余市上学期期末)滑梯是幼儿园必备的一种玩具，它可以培养孩子坚定的意志和信心，可以培养孩子的勇敢精神.现有一滑梯，高处水平台面距地面高h1.5 m，倾斜槽倾角为37，下端为水平槽，长L0.5 m，厚度不计.倾斜部分和水平部分用一忽略大小的圆弧连接，示意图如图7所示，一质量为20 kg的小孩由静止从高处水平台面沿倾斜槽下滑，当滑到水平槽末端时速度大小为 v2 m/s.(结果保留两位小数，重力加速度g10 m/s2，si
9、n 370.6，cos 370.8)求：(1)若滑梯的倾斜槽和水平槽动摩擦因数相同，求出动摩擦因数的值；图7答案0.52(2)若小孩滑到水平槽末端速度大于1 m/s时危险性较大，为了小孩能滑到水平槽且保证安全，将滑梯水平槽粗糙处理.倾斜槽的动摩擦因数与(1)问中相同，请求出水平槽处理后的动摩擦因数1的取值范围.答案10.821.解决物理图象问题的基本步骤(1)观察题目给出的图象，弄清纵坐标、横坐标所对应的物理量及图线所表示的物理意义.(2)根据物理规律推导出纵坐标与横坐标所对应的物理量间的函数关系式.(3)将推导出的物理规律与数学上与之相对应的标准函数关系式相对比，找出图线的斜率、截距、图线的
10、交点、图线下的面积所对应的物理意义，分析解答问题，或者利用函数图线上的特定值代入函数关系式求物理量.命题点三动能定理与图象问题的结合2.图象所围“面积”的意义(1)vt图象：由公式x vt可知，vt图线与坐标轴围成的面积表示物体的位移.(2)at图象：由公式 vat可知，at图线与坐标轴围成的面积表示物体速度的变化量.(3)Fx图象：由公式WFx可知，Fx图线与坐标轴围成的面积表示力所做的功.(4)Pt图象：由公式WPt可知，Pt图线与坐标轴围成的面积表示力所做的功.例 4如图8甲所示，在倾角为30的足够长的光滑斜面AB的A处连接一粗糙水平面OA，OA长为4 m.有一质量为m的滑块，从O处由静
11、止开始受一水平向右的力F作用.F只在水平面上按图乙所示的规律变化.滑块与OA间的动摩擦因数0.25，g取10 m/s2，试求：(1)滑块运动到A处的速度大小；图8(2)不计滑块在A处的速率变化，滑块冲上斜面AB的长度是多少？答案5 m解析对于滑块冲上斜面的过程，由动能定理得解得L5 m所以滑块冲上斜面AB的长度L5 m.变 式 3(2018广东省深圳市上学期模拟)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关系的图线是解 析 小物块上滑过程，由动能定理得(mgsin mgcos)xEkEk0，整理得EkEk0(mgsi
12、n mgcos)x；设小物块上滑的最大位移大小为s，小物块下滑过程，由动能定理得(mgsin mgcos)(sx)Ek0，整理得Ek(mgsin mgcos)s(mgsin mgcos)x，故只有C正确.变 式 4(2019湖北省黄石市调研)用传感器研究质量为2 kg的物体由静止开始做直线运动的规律时，在计算机上得到06 s内物体的加速度随时间变化的关系如图9所示.下列说法正确的是A.06 s内物体先向正方向运动，后向负方向运动B.06 s内物体在4 s时的速度最大C.物体在24 s时的速度不变D.04 s内合力对物体做的功等于06 s内合力对物体做的功图9命题点四动能定理在多过程问题中的应用
13、例 5(2018河南省洛阳市上学期期中)如图10所示，光滑的轨道ABO的AB部分与水平部分BO相切，轨道右侧是一个半径为R的四分之一的圆弧轨道，O点为圆心，C为圆弧上的一点，OC与水平方向的夹角为37.现将一质量为m的小球从轨道AB上某点由静止释放.已知重力加速度为g，不计空气阻力.(sin 37，cos 37)(1)若小球恰能击中C点，求刚释放小球的位置距离BO平面的高度；图10(2)改变释放点的位置，求小球落到轨道时动能的最小值.变 式 5如图11所示，轻质弹簧一端固定在墙壁上的O点，另一端自由伸长到A点，OA之间的水平面光滑，固定曲面在B处与水平面平滑连接.AB之间的距离s1 m.质量m
14、0.2 kg的小物块开始时静置于水平面上的B点，物块与水平面间的动摩擦因数0.4.现给物块一个水平向左的初速度v05 m/s，g取10 m/s2.(1)求弹簧被压缩到最短时所具有的弹性势能Ep；图11答案1.7 J解析对小物块从B点至压缩弹簧最短的过程，由动能定理得，W克弹Ep代入数据解得Ep1.7 J(2)求物块返回B点时的速度大小；答案3 m/s解 析 对小物块从B点开始运动至返回B点的过程，由动能定理得，代入数据解得vB3 m/s(3)若物块能冲上曲面的最大高度h0.2 m，求物块沿曲面上滑过程所产生的热量.答案0.5 J解析对小物块沿曲面的上滑过程，产生的热量QW克f0.5 J.课时作
15、业1.在篮球比赛中，某位同学获得罚球机会，如图1，他站在罚球线处用力将篮球投出，篮球以约为1 m/s的速度撞击篮筐.已知篮球质量约为0.6 kg，篮筐离地高度约为3 m，忽略篮球受到的空气阻力，则该同学罚球时对篮球做的功大约为A.1 J B.10 J C.50 J D.100 J双基巩固练1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11图1解 析 该同学将篮球投出时的高度约为h11.8 m，根据动能定理有Wmg(hh1)m v2，解得W7.5 J，故选项B正确.2.在离地面高为h处竖直上抛一质量为m的物块，抛出时的速度为v0，它落到地面时的速度为v，用g表示重力加速度，则在此过程中物块克服空气阻
16、力所做的功等于1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 113.(2018天津理综2)滑雪运动深受人民群众喜爱.如图2所示，某滑雪运动员(可视为质点)由坡道进入竖直面内的圆弧形滑道AB，从滑道的A点滑行到最低点B的过程中，由于摩擦力的存在，运动员的速率不变，则运动员沿AB下滑过程中A.所受合外力始终为零B.所受摩擦力大小不变C.合外力做功一定为零D.机械能始终保持不变1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11图24.(2016全国卷 16)一质点做速度逐渐增大的匀加速直线运动，在时间间隔t内位移为s，动能变为原来的9倍.该质点的加速度为1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11解析动能
17、变为原来的9倍，则质点的速度变为原来的3倍，即v3v0，5.从地面竖直向上抛出一只小球，小球运动一段时间后落回地面.忽略空气阻力，该过程中小球的动能Ek与时间t的关系图象是1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 116.(多选)太阳能汽车是靠太阳能来驱动的汽车.当太阳光照射到汽车上方的光电板时，光电板中产生的电流经电动机带动汽车前进.设汽车在平直的公路上由静止开始匀加速行驶，经过时间t，速度为 v时达到额定功率，并保持不变.之后汽车又继续前进了距离s，达到最大速度 vmax.设汽车质量为m，运动过程中所受阻力恒为Ff，则下列说法正确的是A.汽车的额定功率为FfvmaxB.汽车匀加速运动过程中
18、，克服阻力做功为FfvtC.汽车从静止开始到速度达到最大值的过程中，克服阻力所做的功为 m vmax2 m v2D.汽车从静止开始到速度达到最大值的过程中，合力所做的功为 m vmax21 2 3 4 5 6 7 8 9 10 117.(多选)(2019山西省运城市质检)质量为m的物体放在水平面上，它与水平面间的动摩擦因数为，重力加速度为g.用水平力拉物体，运动一段时间后撤去此力，最终物体停止运动.物体运动的vt图象如图3所示.下列说法正确的是1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11图38.(多选)(2018安徽省蚌埠市一质检)如图4所示，B、M、N分别为竖直光滑圆轨道的右端点、最低点和
19、左端点，B点和圆心等高，N点和圆心O的连线与竖直方向的夹角为60.现从B点的正上方某处A点由静止释放一个小球，经圆轨道飞出后以水平速度 v通过C点，已知圆轨道半径为R，v，重力加速度为g，则以下结论正确的是(不计空气阻力)A.C、N的水平距离为 RB.C、N的水平距离为2RC.小球在M点对轨道的压力为6mgD.小球在M点对轨道的压力为4mg1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11图49.(2017全国卷 24)为提高冰球运动员的加速能力，教练员在冰面上与起跑线相距s0和s1(s1s0)处分别设置一个挡板和一面小旗，如图5所示.训练时，让运动图51 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1
20、1综合提升练员和冰球都位于起跑线上，教练员将冰球以速度 v0击出，使冰球在冰面上沿垂直于起跑线的方向滑向挡板；冰球被击出的同时，运动员垂直于起跑线从静止出发滑向小旗.训练要求当冰球到达挡板时，运动员至少到达小旗处.假定运动员在滑行过程中做匀加速运动，冰球到达挡板时的速度为 v1.重力加速度为g.求：(1)冰球与冰面之间的动摩擦因数；1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11解析设冰球的质量为m，冰球与冰面之间的动摩擦因数为，由动能定理得(2)满足训练要求的运动员的最小加速度.1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1110.(2017河北省唐山市模拟)如图6所示，装置由AB、BC、CD三
21、段轨道组成，轨道交接处均由很小的圆弧平滑连接，其中轨道AB、CD段是光滑的，水平轨道BC的长度x5 m，轨道CD足够长且倾角37，A、D两点离轨道BC的高度分别为h14.30 m、h21.35 m.现让质量为m的小滑块(可视为质点)自A点由静止释放.已知小滑块与轨道BC间的动摩擦因数0.5，重力加速度g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8.求：(1)小滑块第一次到达D点时的速度大小；答案3 m/s1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11图6解析小滑块从A B C D过程中，代入数据解得vD3 m/s.(2)小滑块第一次与第二次通过C点的时间间隔；答案2 s1 2 3
22、4 5 6 7 8 9 10 11(3)小滑块最终停止的位置距B点的距离.答案1.4 m1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11解 析 设小滑块在水平轨道上运动的总路程为x总，对小滑块运动全过程应用动能定理有mgh1mgx总0代入数据解得x总8.6 m，故小滑块最终停止的位置距B点的距离为：2xx总1.4 m.11.(2018湖北省黄冈市检测)某校物理兴趣小组决定举行遥控赛车比赛.比赛路径如图7所示，赛车从起点A出发，沿水平直线轨道运动L后，由B点进入半径为R的光滑竖直圆轨道，离开竖直圆轨道后继续在光滑平直轨道上运动到C点，并能越过壕沟.已知赛车质量m0.1 kg，通电后以额定功率P1.5 W工作，进入竖直轨道前受到的阻力恒为0.3 N，随后在运动中受到的阻力均可不计.图中L10.00 m，R0.32 m，h1.25 m，s1.50 m.问：要使赛车完成比赛，电动机至少工作多长时间？(取g10 m/s2)答案2.5 s1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11图7本课结束