【步步高 学案导学设计】高中物理 第四章 第三节 探究外力做功与物体动能变化的关系课时作业 粤教版必修2.doc

第三节探究外力做功与物体动能变化的关系1力在一个过程中对物体做的功，等于物体在这个过程中_，这个结论叫动能定理表达式为w_.式中w为合外力对物体做的功，也可理解为各力对物体做功的_，如果外力做正功，物体的动能_；外力做负功，物体的动能减少2动能定理既适用于_运动，也适用于_运动，既适用于_做功，也适用于_做功且只需确定初、末状态而不必涉及过程细节，因而解题很方便3下列关于运动物体所受合力做功和动能变化的关系正确的是()a如果物体所受合力为零，则合力对物体做的功一定为零b如果合力对物体所做的功为零，则合力一定为零c物体在合力作用下做变速运动，动能一定发生变化d物体的动能不变，所受合力一定为零4关于物体动能变化与做功的关系，下列说法正确的是()a只要动力对物体做功，物体的动能就增加b只要物体克服阻力做功，物体的动能就减少c动力、阻力都做功，物体动能不变d外力对物体做功的代数和等于物体末动能与初动能的差5关于动能概念及公式wek2ek1的说法中正确的是()a若物体速度在变化，则动能一定在变化b速度大的物体，动能一定大cwek2ek1表示功可以变成能d动能的变化可以用合力做的功来量度【概念规律练】知识点一动能定理1关于动能定理，下列说法中正确的是()a在某过程中，外力做的总功等于各个力单独做功的绝对值之和b只要有力对物体做功，物体的动能就一定改变c动能定理只适用于直线运动，不适用于曲线运动d动能定理既适用于恒力做功的情况，又适用于变力做功的情况2.图1有一质量为m的木块，从半径为r的圆弧曲面上的a点滑向b点，如图1所示，如果由于摩擦使木块的运动速率保持不变，则以下叙述正确的是()a木块所受的合外力为零b因木块所受的力都不对其做功，所以合外力的功为零c重力和摩擦力做的功代数和为零d重力和摩擦力的合力为零知识点二动能定理的应用3一个25 kg的小孩从高度为3.0 m的滑梯顶端由静止开始滑下，滑到底端时的速度为2.0 m/s.取g10 m/s2，关于力对小孩做的功，以下结果正确的是()a合外力做功50 j b阻力做功500 jc重力做功500 j d支持力做功50 j4一辆汽车以v16 m/s的速度沿水平路面行驶时，急刹车后能滑行s13.6 m，如果以v28 m/s的速度行驶，在同样路面上急刹车后滑行的距离s2应为()a6.4 m b5.6 mc7.2 m d10.8 m【方法技巧练】一、应用动能定理分析多过程问题5.图2物体从高出地面h处由静止自由落下，不考虑空气阻力，落至地面进入沙坑h处停止，如图2所示，求物体在沙坑中受到的平均阻力是其重力的多少倍6.图3如图3所示，物体在离斜面底端5 m处由静止开始下滑，然后滑上由小圆弧(长度忽略)与斜面连接的水平面上，若斜面及水平面的动摩擦因数均为0.4，斜面倾角为37，则物体能在水平面上滑行多远？二、利用动能定理求变力做功7如图4所示，图4一质量为m的小球，用长为l的轻绳悬挂于o点，小球在水平拉力f作用下从平衡位置p点缓慢地移到q点，此时悬线与竖直方向夹角为，则拉力f做的功为()amglcos bmgl(1cos )cflsin dflcos 1关于公式wek2ek1ek，下述正确的是()a功就是动能，动能就是功b功可以变为能，能可以变为功c动能变化的多少可以用功来量度d功是物体能量的量度2(双选)质量不同而具有相同动能的两个物体，在动摩擦因数相同的水平面上滑行到停止，则()a质量大的物体滑行的距离长b质量大的物体滑行的距离短c它们克服阻力做的功不相等d它们运动的加速度一样大3质量为1.0 kg的滑块，以4 m/s的初速度在光滑的水平面上向左滑行，从某一时刻起将一向右水平力作用于滑块，经过一段时间，滑块的速度方向变为向右，大小为4 m/s，则在这段时间内水平力所做的功为()a0 b8 j c16 j d32 j4某人把质量为0.1 kg的一块小石头从距地面5 m的高处以60角斜向上抛出，抛出时的初速度大小为10 m/s，则当石头着地时，其速度大小约为(g取10 m/s2)()a14 m/s b12 m/sc28 m/s d20 m/s5如图5所示，图5用同种材料制成的一个轨道，ab段为圆弧，半径为r，水平放置的bc段长度为r.一小物块质量为m，与轨道间的动摩擦因数为，当它从轨道顶端a由静止下滑时，恰好运动到c点静止，那么物块在ab段所受的摩擦力做的功为()amgr bmgr(1)cmgr/2 dmgr/26一质量为1 kg的物体被人用手由静止向上提升1 m，这时物体的速度是2 m/s，则下列结论中不正确的是()a手对物体做功12 jb合外力对物体做功12 jc合外力对物体做功2 jd物体克服重力做功10 j7.图62008年北京奥运会上，芜湖籍跳水运动员周吕鑫获得了10米跳台的银牌，为芜湖人民争了光假设在某次比赛中他从10 m高处的跳台跳下，设水的平均阻力约为其体重的3倍，在粗略估算中，把运动员当做质点处理，为了保证运动员的人身安全，池水深度至少为(不计空气阻力)()a5 m b3 m c7 m d1 m8(双选)物体沿直线运动的vt图象如图7所示，已知在第1秒内合力对物体做功为w，则()图7a从第1秒末到第3秒末合力做功为4wb从第3秒末到第5秒末合力做功为2wc从第5秒末到第7秒末合力做功为wd从第3秒末到第4秒末合力做功为0.75w9如图8所示，图8质量为m的木块放在光滑的水平面上，质量为m的子弹以速度v0沿水平方向射中木块，并最终留在木块中与木块一起以速度v运动已知当子弹相对木块静止时，木块前进距离l，子弹进入木块的深度为s，若木块对子弹的阻力f视为恒定，则下列关系式中不正确的是()aflmv2bfsmv2cfsmv(mm)v2df(ls)mvmv2题号123456789答案10.一列车沿平直铁轨行驶，车厢所受阻力大小恒为f2103 n从车站开出时车头对车厢的牵引力为f6103 n，当行驶一段距离s150 m后，车厢与车头脱钩，求脱钩后车厢继续向前滑行的距离s2.图911一质量为m2 kg的小球从光滑的斜面上高h3.5 m处由静止滑下，斜面底端紧接着一个半径r1 m的光滑圆环，如图9所示，求：(1)小球滑到圆环顶点时对圆环的压力；(2)小球至少应从多高处由静止滑下才能越过圆环最高点？(g取10 m/s2)第三节探究外力做功与物体动能变化的关系课前预习练1动能的变化ek2ek1代数和增加2直线曲线恒力变力3a物体所受合力为零，则合力做功为零，物体的动能变化为零但如果物体所受合力不为零，合力对物体做功也可能为零，动能变化为零，如匀速圆周运动故a正确4d5d速度是矢量，而动能是标量，若物体速度只改变方向，不改变大小，则动能不变，a错；由ekmv2知b错；动能定理wek2ek1表示动能的变化可用合力做的功来量度，但功和能是两个不同的概念，有着本质的区别，故c错，d正确课堂探究练1d2c物体做曲线运动，速度方向变化，加速度不为零，合外力不为零，a错速率不变，动能不变，由动能定理知，合外力做的功为零，支持力始终不做功，重力做正功，所以重力做的功与阻力做的功代数和为零，但重力和阻力的合力不为零，c对，b、d错点评(1)动能定理反映的是合外力做的功和物体动能变化的关系(2)速率不变，速度有可能变化3a由动能定理可得合力对小孩做的功w合mv22522 j50 j又因为w合wgwf所以wfw合wg50 j750 j700 j由于支持力的方向始终与速度方向垂直，支持力对小孩不做功4a急刹车后，车只受摩擦阻力f的作用，且两种情况下摩擦力大小是相同的，汽车的末速度皆为零fs10mvfs20mv式除以式得.故汽车滑行距离s2s1()23.6 m6.4 m点评对恒力作用下的运动，可以考虑用牛顿运动定律分析但在涉及力、位移、速度时，应优先考虑用动能定理分析一般来说，动能定理不需要考虑中间过程，比牛顿运动定律要简单一些5.解析解法一：物体运动分两个物理过程，先自由落体，然后做匀减速运动设物体落至地面时速度为v，则由动能定理可得mghmv2第二个物理过程中物体受重力和阻力，同理可得mghf阻h0mv2由式得.解法二：若视全过程为一整体，由于物体的初、末动能均为0，由动能定理可知，重力对物体做的功与物体克服阻力做的功相等，即mg(hh)f阻h解得.63.5 m解析物体在斜面上受重力mg、支持力fn1、滑动摩擦力f1的作用，沿斜面加速下滑，在水平面上减速直到静止方法一：对物体在斜面上的受力分析如图甲所示，可知物体下滑阶段：fn1mgcos 37故f1fn1mgcos 37由动能定理得mgsin 37s1mgcos 37s1mv在水平面上的运动过程中，受力分析如图乙所示f2fn2mg由动能定理得mgs20mv由两式可得s2s15 m3.5 m.方法二：物体受力分析同上，物体运动的全过程中，初、末状态的速度均为零，对全过程运用动能定理有mgsin 37s1mgcos 37s1mgs20得s2s15 m3.5 m.方法总结应用动能定理解题时，在分析过程的基础上无需深究物体的运动过程中变化的细节，只需考虑整个过程的功及过程始末的动能若过程包含了几个运动性质不同的分过程，既可分段考虑，也可整个过程考虑若不涉及中间过程量时，用整个过程分析比较简单但求功时，有些力不是全过程都作用的，必须根据不同情况分别对待，求出总功计算时要把各力的功连同符号(正、负)一同代入公式7b小球缓慢移动，时时都处于平衡状态，由平衡条件可知，fmgtan ，随着的增大，f也在增大，是一个变化的力，不能直接用功的公式求它的功，所以这道题要考虑用动能定理求解由于物体缓慢移动，动能保持不变，由动能定理得：mgl(1cos )w0，所以wmgl(1cos )方法总结利用动能定理求变力做的功时，可先把变力做的功用字母w表示出来，再结合物体动能的变化进行求解课后巩固练1c功和能(动能)是两个不同的概念，也不可以相互转化，动能定理只是反映了合力的功与物体动能变化的关系，亦即反映了动能变化多少可以由合力的功来量度2bd两物体的初动能相同，末动能也相同，动能的变化量相同，由动能定理知，合力对它们做的总功相等，即它们克服摩擦力做的功一样大由关系式m1gs1m2gs2可知，质量大的物体滑行的距离短由牛顿第二定律ag知，它们运动的加速度相同3a这段过程的初动能和末动能相等，根据动能定理wek2ek1知，w0，故选a.4a此过程中可忽略空气阻力，认为小石头只受重力作用由动能定理，重力对物体所做的功等于物体动能的变化，知mghmvmv，v210 m/s，a对5b物块在ab段所受的摩擦力大小、方向都变化，故不能直接用功的表达式进行计算，可用动能定理进行研究设在ab段物块克服摩擦力做的功为w，则物块由a到b运用动能定理可得mgrwmv0物块由b到c运用动能定理可得mgr0mv两式结合，整理可得wmgr(1)，故应选b.6b由动能定理，得w手mghmv2则w手mghmv2(1101122) j12 jf合sw手mghmv2122 j2 jwgmgh1101 j10 j故b错误7a设水的深度为h，由动能定理mg(10h)3mgh0，h5 m，a对8cd由图象可知物体速度变化情况，根据动能定理得第1 s内：wmv2，第1 s末到第3 s末：w1mv2mv20，a错；第3 s末到第5 s末：w20mv2w，b错；第5 s末到第7 s末：w3m(v)20w，c正确第3 s末到第4 s末：w4m()2mv20.75w，d正确9b根据动能定理，对子弹：f(ls)mv2mv知，选项d正确；对木块：flmv2，故a正确；以上两式相加后整理可得fsmv(mm)v2，c正确在应用动能定理列式计算时，一定要注意功与动能变化的对应关系，不能张冠李戴，同时功的公式中的位移必须是对地位移如对子弹用动能定理时，求功的公式中的位移必须是子弹的对地位移ls，对应的是子弹动能的变化；而对木块用动能定理时，位移应是木块的对地位移l，对应的是木块动能的变化10100 m解析方法一：选车厢为研究对象，把它的运动过程分成两段对脱钩前做匀加速运动的过程，牵引力做正功，阻力做负功，重力和支持力都不做功，始态速度为零，终态速度为v，根据动能定理有(ff)s1mv20对于脱钩后做匀减速运动的过程，阻力做负功，重力和支持力不做功；终态速度为0，始态速度为v，根据动能定理有fs20mv2由两式解得s2100 m.方法二：取全过程研究，据动能定理得fs1f(s1s2)0.解得s2100 m.11(1)40 n(2)2.5 m解析(1)小球从开始下滑至滑到圆环顶点的过程中，只有重力做功，故可用动能定理求出小球到最高点时的速度，再由向心力方程求力由动能定理有mg(h2r)mv20小球在圆环最高点时，由向心力方程，得fnmgm联立上述两式，代入数据得fn40 n由牛顿第三定律知，小球对圆环的压力为40 n.(2)小球能越过圆环最高点的临界条件是在最高点时只有重力提供向心力，即mgm设小球应从h高处滑下，由动能定理得mg(h2r)mv20由得h2.5r2.5 m.习题课基础练1a，b，c三个物体质量分别为m,2m,3m，它们在水平路面上某时刻运动的动能相等当每个物体受到大小相同的制动力时，它们制动距离之比是()a123 b122232c111 d3212一个物体自由下落，落下一半时间时的动能与落地时的动能之比为()a11 b12 c13 d143一个人站在阳台上，从阳台边缘以相同的速率v0分别把三个质量相同的球竖直上抛、竖直下抛、水平抛出，不计空气阻力，则三球落地时的动能()a上抛球最大 b下抛球最大c平抛球最大 d一样大4在光滑的地板上，用水平拉力分别使两个物块由静止获得相同的动能，那么可以肯定()a水平拉力相等b两物块质量相等c两物块速度变化相等d水平拉力对两物块做功相等5质量为m，速度为v的子弹，能射入固定的木板l深设阻力不变，要使子弹射入木板3l深，子弹的速度应变为原来的()a3倍 b6倍 c.倍 d.倍6(双选)一物体做变速运动时，下列说法中正确的是()a合外力一定对物体做功，使物体动能改变b物体所受合外力一定不为零c合外力一定对物体做功，但物体动能可能不变d物体加速度一定不为零提升练7在粗糙水平地面上，使一物体由静止开始运动，第一次用斜向上的拉力，第二次用斜向下的推力，两次的作用力大小相等，力与水平方向的夹角也相等、物体的位移也相等，则这两种情况下()a拉力和推力做功相等，物体末速度相等b拉力和推力做功相等，物体末速度不等c拉力和推力做功不等，物体末动能相等d拉力和推力做功不等，物体末动能不等8.图1物体在合外力作用下做直线运动的vt图象如图1所示下列表述正确的是()a在01 s内，合外力做正功b在02 s内，合外力总是做负功c在12 s内，合外力不做功d在03 s内，合外力总是做正功图29质量为1 500 kg的汽车在平直的公路上运动，vt图象如图2所示下列选项中不能求出的是()a前25 s内汽车的平均速度b前10 s内汽车的加速度c前10 s内汽车所受的阻力d15 s25 s内合外力对汽车所做的功10一质点开始时做匀速直线运动，从某时刻起受到一恒力作用此后，该质点的动能不可能()a一直增大b先逐渐减小至零，再逐渐增大c先逐渐增大至某一最大值，再逐渐减小d先逐渐减小至某一非零的最小值，再逐渐增大题号12345678910答案11.如图3所示，图3斜面长为s，倾角为，一物体质量为m，从斜面底端的a点开始以初速度v0沿斜面向上滑行斜面与物体间的动摩擦因数为，物体滑到斜面顶端b点时飞出斜面，最后落在与a点处于同一水平面上的c处，则物体落地时的速度大小为_12某兴趣小组设计了如图4所示的玩具轨道，其中“2008”四个等高数字用内壁光滑的薄壁细圆管弯成，固定在竖直平面内(所有数字均由圆或半圆组成，圆半径比细管的内径大得多)，底端与水平地面相切弹射装置将一个小物体(可视为质点)以va5 m/s的水平初速度由a点弹出，从b点进入轨道，依次经过“8002”后从p点水平抛出小物体与地面ab段间的动摩擦因数0.3，不计其它机械能损失已知ab段长l1.5 m，数字“0”的半径r0.2 m，小物体质量m0.01 kg，g10 m/s2.求小物体从p点抛出后的水平射程图413.如图5所示，图5质量m1 kg的木块静止在高h1.2 m的平台上，木块与平台间的动摩擦因数0.2，用水平推力f20 n，使木块产生位移s13 m时撤去，木块又滑行s21 m后飞出平台，求木块落地时速度的大小？14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6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