高考物理大一轮复习 专题五 机械能 第2讲 动能、动能定理课件.ppt

第2讲 动能 动能定理 一 动能 1 概念 物体由于 而具有的能叫动能 2 公式 ek 3 单位 焦耳 1j 1 4 性质 动能是标量 是状态量 与v瞬时对应 具有相对性 大小与参考系的选择 6 动能的相对性 由于速度具有相对性 则动能也具有 一般以 为参考系 运动 kg m2 s 2 有关 相对性 地面 二 动能定理1 内容 合外力对物体所做的功等于物体 的变化 量 3 注意事项 1 合外力的功 是指物体所受的所有力在某一过程中所做功的代数和 2 位移和速度必须相对于同一个参考系 一般以地面为参考系 动能 4 功与动能的关系 1 w 0 物体的动能 2 w 0 物体的动能 3 w 0 物体的动能 增加减少不变 5 适用条件 曲线运动 变力做功 1 动能定理既适用于直线运动 也适用于 2 既适用于恒力做功 也适用于 3 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 基础检测 1 一个质量为0 3kg的弹性小球 在光滑水平面上以6m s的速度垂直撞到墙上 碰撞后小球沿相反方向运动 反弹后的速度大小与碰撞前相同 则碰撞前后小球速度变化量的大小 v 和碰撞过程中小球的动能变化量 ek为 a v 0c ek 1 8j b v 12m sd ek 10 8j 解析 取初速度方向为正方向 则 v 6 6 m s 12m s 由于速度大小没变 动能不变 故动能变化量为0 故只有选项b正确 答案 b 2 多选 关于动能定理的表达式w ek2 ek1 下列说法 正确的是 a 公式中的w为不包含重力的其他力做的总功b 公式中的w为包含重力在内的所有力做的功 也可通过以下两种方式计算 先求每个力的功再求功的代数和或先求合外力再求合外力的功c 公式中的ek2 ek1为动能的增量 当w 0时动能增加 当w 0时 动能减少d 动能定理适用于直线运动 但不适用于曲线运动 适用于恒力做功 但不适用于变力做功答案 bc 考点1 对动能定理的理解 重点归纳1 对 外力 的两点理解 1 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 2 既可以是恒力 也可以是变力 2 体现的二个关系 3 高中阶段动能定理中的位移和速度必须相对于同一个参考系 一般以地面或相对地面静止的物体为参考系 考题题组 1 2016年四川卷 韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员 他在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿 助滑区 保持同一姿态下滑了一段距离 重力对他做功1900j 他 克服阻力做功100j 韩晓鹏在此过程中 a 动能增加了1900jb 动能增加了2000jc 重力势能减小了1900jd 重力势能减小了2000j答案 c 考点2 动能定理的运用 重点归纳1 动能定理中涉及的物理量有f s m v w ek等 在涉及含有上述物理量的问题时 可以考虑使用动能定理 动能定理只需考虑过程中力做功的情况和初 末状态的动能 无需考虑运动状态的细节 所以运用动能定理解题 往往比用牛顿运动定律要简便 求解变力做功 曲线运动等问题时 应优先考虑用动能定理 2 动能定理是根据力在过程中做了多少功 导致动能变化了多少来列方程的 所以运用动能定理时要注意选定运动过程 3 应用动能定理解题基本步骤 考题题组 2 多选 2016年新课标 卷 如图5 2 1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 2 1 a a 2 mgr w mr b a 2mgr wmr c n 3mgr 2wr d n 2 mgr w r 答案 ac 3 2016年天津卷 我国将于2022年举办冬奥会 跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一 如图5 2 2所示 质量m 60kg的运动员从长直助滑道ab的a处由静止开始以加速度a 3 6m s2匀加速滑下 到达助滑道末端b时速度vb 24m s a与b的竖直高度差h 48m 为了改变运动员的运动方向 在助滑道与起跳台之间用一段弯曲滑道衔接 其中最低点c处附近是一段以o为圆心的圆弧 助滑道末端b与滑道最低点c的高度差h 5m 运动员在b c间运动时阻力做功w 1530j g取10m s2 1 求运动员在ab段下滑时受到阻力ff的大小 2 若运动员能够承受的最大压力为其所受重力的6倍 则 c点所在圆弧的半径r至少应为多大 图5 2 2 考点3 动能定理与图象的综合问题 1 力学中图象所围 面积 的意义 1 v t图 由公式x vt可知 v t图线与坐标轴围成的面积表示物体的位移 2 a t图 由公式 v at可知 a t图线与坐标轴围成的面积表示物体速度的变化量 3 f x图 由公式w fx可知 f x图线与坐标轴围成的面积表示力所做的功 4 p t图 由公式w pt可知 p t图线与坐标轴围成的面积表示力所做的功 2 解决物理图象问题的基本步骤 考题题组 4 2017年安徽合肥一模 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 两物体最终停下 它们的v t图象如图5 2 3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 a f1 f2大小之比为1 2b f1 f2对a b做功之比为1 2c a b质量之比为2 1 图5 2 3 d 全过程中a b克服摩擦力做功之比为2 1 5 2017年江西九江质检 打桩机是利用冲击力将桩贯入地层的桩工机械 某同学对打桩机的工作原理产生了兴趣 他构建了一个打桩机的简易模型 如图5 2 4甲所示 他设想 用恒定大小的拉力f拉动绳端b 使物体从a点 与钉子接触处 由静止开始运动 上升一段高度后撤去f 物体运动到最高点后自由下落并撞击钉子 将钉子打入一定深度 按此模型分析 若物体质量m 1kg 上升了1m高度时撤去拉力 撤去拉力前物体的动能ek与上升高度h的关系图象如图乙所示 g取10m s2 不计空气阻力 1 求物体上升到0 4m高度处f的瞬时功率 2 若物体撞击钉子后瞬间弹起 且使其不再落下 钉子获得20j的动能向下运动 钉子总长为10cm 撞击前插入部分可以忽略 不计钉子重力 已知钉子在插入过程中所受阻力ff与深度x的关系图象如图丙所示 求钉子能够插入的最大深度 甲 丙 乙图5 2 4 模型 运用动能定理巧解往复运动问题 在某些物体的运动中 其运动过程具有重复性 往返性 而在这一过程中 描述物体的物理量多数是变化的 而重复的次数又往往是无法确定的或者是无限性 求解这类问题时若运用牛顿运动定律及运动学公式将非常繁琐 甚至无法解出 由于动能定理只关心物体的初 末状态而不计运动过程的细节 所以用动能定理分析这类问题可使解题过程简化 例3 2016年四川成都高三检测 如图5 2 5所示 斜面的倾角为 质量为m的滑块距挡板p的距离为x0 滑块以初速度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重力沿斜面向下的分力 若滑块每次与挡板相碰均 无机械能损失 滑块经过的总路程是 图5 2 5 备考策略 1 应用动能定理求解往复运动问题时 要确定 物体的初状态和最终状态 2 重力做功与物体运动路径无关 可用wg mgh直接求 解 3 滑动摩擦力做功与物体运动路径有关 其功的大小可用 wf ff s求解 其中s为物体相对滑行的路程 触类旁通 1 滑板运动是极限运动的鼻祖 许多极限运动项目均由滑板项目延伸而来 如图5 2 6所示是滑板运动的轨道 bc和de是两段光滑圆弧形轨道 bc段的圆心为o点 圆心角为60 半径oc与水平轨道cd垂直 水平轨道cd段粗糙且长8m 一运动员从轨道上的a点以3m s的速度水平滑出 在b点刚好沿轨道的切线方向滑入圆弧轨道bc 经cd轨道后冲上de轨道 到达e点时速度减为零 然后返回 已知运动员和滑板的总质量为60kg b e两点与水平面cd的竖直高度分别为h和h 且h 2m h 2 8m g取10m s2 求 1 运动员从a运动到达b点时的速度大小vb 2 轨道cd段的动摩擦因数 3 通过计算说明 第一次返回时 运动员能否回到b点 如能 请求出回到b点时速度的大小 如不能 则最后停在何处 图5 2 6 设运动员从b点运动到停止 在cd段的总路程为s 由动 能定理可得 代入数据解得s 30 4m 因为s 3scd 6 4m 所以运动员最后停在d点左侧6 4m 处 或c点右侧1 6m处 方法 动能定理解决多运动过程问题 1 由于多过程问题的受力情况 运动情况比较复杂 从动力学的角度分析多过程问题往往比较复杂 但是 用动能定理分析问题 是从总体上把握其运动状态的变化 并不需要从细节上了解 因此 动能定理的优越性就明显地表现出来了 分析力的作用是看力做的功 也只需把所有的力做的功累加起来即可 2 运用动能定理解决问题时 有两种思路 一种是全过程 列式 另一种是分段列式 3 全过程列式时 涉及重力 弹簧弹力 大小恒定的阻力 或摩擦力做功时 要注意运用它们的功能特点 1 重力做的功取决于物体的初 末位置 与路径无关 2 大小恒定的阻力或摩擦力做的功等于力的大小与路程 的乘积 3 弹簧弹力做功与路径无关 例2 如图5 2 7所示 用一块长l1 1 0m的木板在墙和桌面间架设斜面 桌子高h 0 8m 长l2 1 5m 斜面与水平桌面的倾角 可在0 60 间调节后固定 将质量m 0 2kg的小物块从斜面顶端静止释放 物块与斜面间的动摩擦因数 1 0 05 物块与桌面间的动摩擦因数为 2 忽略物块在斜面与桌面交接处的能量损失 重力加速度取g 10m s2 最大静摩擦力