2020版高考物理总复习第五章第2节动能定理教学案新人教版.docx

第2节动能定理【p81】夯实基础1动能(1)定义：物体_由于运动_而具有的能叫动能(2)表达式：Ek_mv2_，单位：_焦耳(J)_(3)动能是状态量(4)动能是_标_(填“矢”或“标”)量(5)动能具有相对性，动能的大小与参考系的选取有关，中学物理中，一般取地球为参考系2动能定理内容力在一个过程中对物体所做的功等于物体在这个过程中_动能的变化_表达式WEk_mvmv_物理意义合外力做的功是物体动能变化的量度适用条件动能定理既适用于直线运动，也适用于_曲线运动_；既适用于恒力做功，也适用于_变力做功_；力可以是各种性质的力，既可以同时作用，也可以_不同时作用_.考点突破例1如图所示，质量为m的小球用长为L的轻质细线悬于O点，与O点处于同一水平线上的P点处有一个光滑的细钉，已知OP，在A点给小球一个水平向左的初速度v0，发现小球恰能到达跟P点在同一竖直线上的最高点B.(1)求小球到达B点时的速率；(2)若不计空气阻力，则初速度v0为多少？(3)若初速度v03，则小球在从A到B的过程中克服空气阻力做了多少功？【解析】(1)小球恰好到达最高点B，所以mg，得vB.(2)从A到B的过程由动能定理得mg(L)mvmv，v0.(3)从A到B过程由动能定理得mg(L)Wmvmv02，WmgL.【小结】1.对动能定理的理解要注意以下几点：(1)力：物体所受的各个力“外力”指的是合力重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力或其他力，它们可以同时作用，也可以不同时作用；“外力”既可以是恒力也可以是变力(2)动能的变化：物体末动能与初动能之差(3)力对物体做的功：物体所受各个力做的功的代数和2动能定理表明了合外力做功与物体动能的变化间的关系：(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功，不能理解为功转变成了物体的动能；(2)因果关系：合外力的功是引起物体动能变化的原因；(3)单位关系：等于号两侧物理量的国际单位都是焦耳(J)针对训练1物体在合外力作用下做直线运动的vt图象如图所示下列表述正确的是(C)A在12 s内，合外力不做功B在02 s内，合外力总是做负功C在01 s内，合外力做正功D在03 s内，合外力总是做正功【解析】在12 s内，动能减小，则合外力做负功，故A错误；在02 s内，动能增加，则合外力做正功，故B错误；在01 s内，动能增加，则合外力做正功，故C正确；在03 s内，动能的变化为零，则合外力先做正功，后做负功，总功为零，故D错误【p82】夯实基础1应用动能定理解题的步骤明确过程和状态，动能定理表达式中的初动能和末动能都是状态量，只有明确过程才有确切的初、末状态表述一，物体所受合外力做的功，等于物体动能的变化表述二，物体所受各力做功的代数和，等于物体动能的变化2.应用动能定理要注意的几个问题(1)动能定理中的位移和速度必须是相对同一个参考系，一般以地面或相对地面静止的物体为参考系(2)正确分析物体受力，要考虑物体受到的所有力，包括重力(3)要弄清各力做功情况，计算时应把已知功的正、负代入动能定理表达式(4)有些力在物体运动全过程中不是始终存在，导致物体的运动包括几个物理过程，物体运动状态、受力情况均发生变化，因而在考虑外力做功时，必须根据不同情况分别对待(5)单个物体受地面滑动摩擦力做的负功的多少等于摩擦力与物体相对地面滑动的路程的乘积(6)动能定理的表达式是一个标量式，不存在方向的选取问题，不存在分量的表达式，不能在某一方向上应用动能定理考点突破例2如图所示，ABC是一个位于竖直平面内的圆弧形轨道，高度为h，轨道的末端C处与水平面相切一个质量为m的小木块从轨道顶端A处由静止释放，到达C处停止，此过程中克服摩擦力做功为W1，到达B处时速度最大为v1，加速度大小为aB；小木块在C处以速度v向左运动，恰好能沿原路回到A处，此过程中克服摩擦力做功为W2，经过B处的速度大小为v2.重力加速度为g.则()Av2 Bv1v2CW1W2 DaB0【解析】由动能定理：从A到C：mghW10，从C到A，mghW20mv2，有v，选项A错误；木块从A到B过程，由动能定理：mvmghABWf1；木块上滑从B到A，根据动能定理：mvmghABWf2，可得v1v2，选项B正确；从A到C的整个过程中的速度平均值要小于从C到A过程的速度的平均值，故从A到C的整个过程中物体对曲面的压力要小于从C到A过程中物体对曲面的压力，从A到C的整个过程中曲面对物体的摩擦力要小于从C到A过程中曲面对物体的摩擦力，故从A到C的整个过程中曲面对物体的摩擦力的功要小于从C到A过程中曲面对物体的摩擦力的功，即W1W2，选项C正确；在B点的速度最大，则切向方向受力平衡，但是沿半径方向有向心加速度，故aB不为零，选项D错误；故选B、C.【答案】BC【小结】1.优先应用动能定理的问题(1)不涉及加速度、时间的问题；(2)有多个物理过程且不需要研究整个过程中的中间状态的问题；(3)变力做功的问题；(4)含有F、l、m、v、W、Ek等物理量的力学问题2应用动能定理求变力的功时，应抓住以下几点：(1)所求的变力的功不一定为总功，故所求的变力的功不一定等于Ek.(2)分析物体受力情况，确定哪些力是恒力哪些力是变力，找出恒力的功及变力的功(3)若有多个力做功时，必须明确各个力做功的正负，待求的变力的功若为负，可以设克服该力做功为W，表达式中应用W；也可以设变力的功为W，则W本身含有负号(4)分析物体初末状态，求出动能变化量，运用动能定理列方程求解例3如图所示装置由AB、BC、CD三段轨道组成，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h14.3 m、h21.35 m现让质量为m的小滑块自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；(2)小滑块第一次与第二次通过C点的时间间隔；(3)小滑块最终停止的位置距B点的距离【解析】(1)小滑块从ABCD过程中，由动能定理得mg(h1h2)mgxmv0将h1、h2、x、g代入得：vD3 m/s(2)小滑块从ABC过程中，由动能定理得mgh1mgxmv将h1、x、g代入得：vC6 m/s小滑块沿CD段上滑的加速度大小agsin 6 m/s2小滑块沿CD段上滑到最高点的时间t11 s由对称性可知，小滑块从最高点滑回C点的时间t2t11 s故小滑块第一次与第二次通过C点的时间间隔tt1t22 s(3)对小滑块运动全过程利用动能定理，设小滑块在水平轨道上运动的总路程为x总有：mgh1mgx总将h1、代入得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【小结】应用动能定理解决多过程问题的技巧(1)运用动能定理解决问题时，选择合适的研究过程能使问题得以简化当物体的运动过程包含几个运动性质不同的子过程时，可以选择一个、几个或全部子过程作为研究过程(2)当选择全部子过程作为研究过程，涉及重力、大小恒定的阻力或摩擦力做功时，要注意：重力的功取决于物体的初、末位置，与路径无关；大小恒定的阻力或摩擦力的功等于力的大小与路程的乘积针对训练2(多选)如图为一滑草场示意图某条滑道由上下两段高均为h，与水平面倾角分别为45和37的滑道组成，滑草车与草地之间的动摩擦因数为.质量为m的载人滑草车从坡顶由静止开始自由下滑，经过上、下两段滑道后，最后恰好静止于滑道的底端(不计滑草车在两段滑道交接处的能量损失，sin 370.6，cos 370.8，重力加速度为g)则(AB)A动摩擦因数B载人滑草车最大速度为C载人滑草车克服摩擦力做功为mghD载人滑草车在下段滑道上的加速度大小为g【解析】对整个过程，由动能定理得：2mghmgcos 45mgcos 370，解得：，故A正确；滑草车通过第一段滑道末端时速度最大，设为v，由动能定理得：mghmgcos 45mv2，解得：v，故B正确；对整个过程，由动能定理得：2mghWf0，解得，载人滑草车克服摩擦力做功为：Wf2mgh，故C错误；载人滑草车在下段滑道上的加速度大小为：ag，故D错误所以A、B正确，C、D错误3如图所示，斜面倾角为，质量为m的滑块在距挡板P的距离为s0的A点以初速度v0沿斜面上滑，滑块与斜面间的动摩擦因数为，滑块所受摩擦力小于滑块沿斜面的“下滑力”，滑块所受最大静摩擦力等于滑动摩擦力，若滑块每次与挡板相碰，碰后以原速率返回，无动能损失，求滑块停止运动前在斜面上经过的路程【解析】由于滑块所受摩擦力小于“下滑力”，故滑块最终只能停在挡板处设滑块经过的总路程为s，则整个过程中，重力做功：WGmgs0sin ，摩擦力做功：Wfmgcos s由动能定理得：mgs0sin mgcos s0mv解得s.【p83】夯实基础1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关系式(3)将推导出的关系式与数学上与之相对应的标准函数关系对比，从图线的斜率、截距、图线的交点，图线下的“面积”所对应的物理意义来分析解答问题，或者利用函数图线上的特定值代入函数关系式求物理量2四种图象中图线与坐标轴围成的面积表示的意义图象名称已知公式所围“面积”的意义vt图xvt物体的位移at图vat物体速度变化量Fx图WFx力所做的功Pt图WPt力所做的功考点突破例4质量为2 kg的物体，与水平面间的动摩擦因数0.1，在水平拉力的作用下由静止开始运动，水平拉力做的功W和物体发生的位移L之间的关系如图所示，重力加速度g取10 m/s2，则此物体()A在位移L9 m时的速度是3 m/sB在位移L9 m时的速度是3 m/sC在OA段运动的加速度是2.5 m/s2D在OA段运动的加速度是1.5 m/s2【解析】由图象可知当L9 m，W27 J，而WFfmgL18 J，则W合mv2，解得v3 m/s，A项错误，B项正确；在A点时，W15 J，WFfmgL6 J，由动能定理可得vA3 m/s，则a1.5 m/s2，C项错误，D项正确【答案】BD针对训练4物体在恒定阻力作用下，以某初速度在水平面上沿直线滑行直到停止以a、Ek、s和t分别表示物体运动的加速度大小、动能、位移的大小和运动的时间则以下各图象中，能正确反映这一过程的是(C)【解析】物体受到恒定阻力作用，所以加速度是恒定值，而动能的变化是因为受到了恒定阻力做功，所以动能与位移成线性关系也就与时间不成线性关系C对5如图甲所示，一维坐标系中有一质量为m2 kg的物块静置于x轴上的某位置(图中未画出)，t0时刻，物块在外力作用下沿x轴开始运动，图乙为其位置坐标和速率平方关系图象的一部分下列说法正确的是(C)A物块做匀加速直线运动且加速度大小为1 m/s2Bt4 s时物块位于x4 m处Ct4 s时物块的速率为2 m/sD在04 s时间内物块所受合外力做功为2 J【解析】由xx0，结合图象可知物块做匀加速直线运动，加速度a0.5 m/s2，初位置x02 m，故A错误；由xx0at2，vat，得t4 s时物块位于x2 m处，物块速率v2 m/s，故B错误，C正确；由动能定理得04 s内物块所受合力做功为mv24 J，故D错误考 点 集 训【p291】A组1(多选)在平直的公路上，汽车由静止开始做匀加速运动，当速度达到vmax后，立即关闭发动机直至静止，其vt图象如图所示设汽车的牵引力为F，摩擦力为Ff，全程中牵引力做功为W1，克服摩擦力做功为W2，则(BC)AFFf13 BW1W211CFFf41 DW1W213【解析】全程由动能定理W1W20，W1W211，B对；又W1F1，W2Ff4，FFf41，C对，选B、C.2质量为m的物体从距离地面高度为H0处由静止落下， 若不计空气阻力，物体下落过程中动能Ek随距地面高度h变化关系的Ekh图象是(B)【解析】依动能定理，Ekmg(H0h)mgH0mgh，Ekh图象是直线，斜率kmg，横轴上的截距为H0，B对3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所示下列说法正确的是(D)A06 s内物体先向正方向运动，后向负方向运动B06 s内物体在4 s时的速度最大C物体在24 s内速度不变D04 s内合力对物体做的功等于06 s内合力做的功【解析】at图象的“面积”表示速度，t轴上方为正下方为负，故06 s内速度都为正，故5 s时速度最大，A、B错.24 s做匀加速运动，C错.4 s和6 s时刻速度相等，动能相等，D对4(多选)A、B两物体分别在水平恒力F1和F2的作用下沿水平面运动，先后撤去F1、F2后，两物体最终停止，它们的vt图象如图所示已知两物体与水平面间的滑动摩擦力大小相等则下列说法正确的是(AC)AF1、F2大小之比为21BF1、F2对A、B做功之比为12CA、B质量之比为21D全过程中A、B克服摩擦力做功之比为21【解析】撤去水平恒力后，有FfmAmB，mA2mB，C对；加速过程中，有：F1FfmA，F2FfmB，所以F1，F2，则，A对；整个过程中由动能定理，WFWFf0，WFFfsFf3t0v0，WF1WF2，B错，D错5质量为m的小球被系在轻绳的一端，在竖直平面内做半径为R的圆周运动，运动过程中小球受到空气阻力的作用设某一时刻小球通过轨道的最低点，此时绳子所受拉力为7mg，此后小球继续做圆周运动，经过半个圆周恰能通过最高点，则在此过程中小球克服空气阻力所做的功为(C)A. B. C. DmgR【解析】小球在最低点有：7mgmgm，可得v6gR.小球在最高点有：mgm可得vgR.根据动能定理有：mg2RW阻m(vv)可得W阻mgR，故C选项正确6一物体沿倾角为的斜坡向上滑动当物块的初速度为v时，上升的最大高度为H，如图所示当物块的初速度为时，上升的最大高度记为h.重力加速度大小为g.物块与斜坡间的动摩擦因数和h分别为(D)Atan 和 B.tan 和Ctan 和 D.tan 和【解析】物块沿斜坡上滑时的加速度大小agcos gsin 当物块的初速度为v时，由运动学公式知v22a当物块的初速度为时，由运动学公式知2a由两式得h由两式得tan .7. 如图所示，质量为m的物块与转台之间能出现的最大静摩擦力为物块重力的k倍，它与转轴OO相距R.物块随转台由静止开始转动，当转速增加到一定值时，物块即将在转台上滑动，在物块由静止到开始滑动前的这一过程中，转台对物块做的功为(A)A.kmgR B0C2kmgR D2kmgR【解析】物块在开始滑动时最大静摩擦力是圆周运动的向心力，故kmgm，所以v2kRg则由动能定理Wmv20mgkR得WmgkR，故A项正确8飞机在水平跑道上滑行一段时间后起飞飞机总质量m1104 kg，发动机在水平滑行过程中保持额定功率P8 000 kW，滑行距离x50 m，滑行时间t5 s，以水平速度v080 m/s飞离跑道后逐渐上升，飞机在上升过程中水平速度保持不变，同时受到重力和竖直向上的恒定升力(该升力由其他力的合力提供，不含重力)，飞机在水平方向通过距离L1600 m的过程中，上升高度为h400 m取g10 m/s2.(1)假设飞机在水平跑道滑行过程中受到的阻力大小恒定，求阻力Ff的大小；(2)飞机在上升高度为h400 m过程中，求受到的恒定升力F及机械能的改变量【解析】(1)飞机在水平滑行过程中，根据动能定理得PtFfxmv解得Ff1.6105 N.(2)该飞机升空后水平方向做匀速运动，竖直方向做初速度为零的匀加速运动，设运动时间为t1，竖直方向加速度为a，升力为F，则Lv0t1hat，解得t120 s，a2 m/s2，Fmgma，解得F1.2105 N飞机机械能的改变量为EFh4.8107 J.9冰壶比赛是在水平冰面上进行的体育项目，比赛场地示意图如图所示比赛时，运动员从起滑架处推着冰壶出发，在投掷线AB处放手让冰壶以一定的速度滑出，使冰壶的停止位置尽量靠近圆心O.为使冰壶滑行得更远，运动员可以用毛刷擦冰壶运行前方的冰面，使冰壶与冰面间的动摩擦因数减小设冰壶与冰面间的动摩擦因数为10.008，用毛刷擦冰面后动摩擦因数减小至20.004.在某次比赛中，运动员使冰壶在投掷线中点处以2 m/s的速度沿虚线滑出为使冰壶能够沿虚线恰好到达圆心O点，运动员用毛刷擦冰面的长度应为多少？(g取10 m/s2)【解析】设冰壶在未被毛刷擦过的冰面上滑行的距离为x1，所受摩擦力的大小为Ff1；在被毛刷擦过的冰面上滑行的距离为x2，所受摩擦力的大小为Ff2.则有x1x2x式中x为投掷线到圆心O的距离Ff11mgFf22mg设冰壶的初速度为v0，由动能定理，得Ff1x1Ff2x2mv联立以上各式，解得x2代入数据得x210 mB组10如图所示，ABCD是一个盆式容器，盆内侧与盆底BC的连接处都是一段与BC相切的圆弧BC水平，其长度d0.50 m，盆边缘的高度h0.30 m，在A处放一个质量为m的小物块并让其自由下滑已知盆内侧壁是光滑的，而盆底BC面与小物块间的动摩擦因数0.10，小物块