2014年物理《复习方略》课件(鲁科版)必修2 第五章 第2讲动能定理及其应用

第2讲动能定理及其应用知识点1动能Ⅱ1.定义物体由于_____而具有的能。2.表达式Ek=________。3.物理意义动能是状态量,是_____。(选填“矢量”或“标量”)运动21mv2标量4.单位_____,符号__。5.动能的相对性由于速度具有相对性,所以动能也具有_______。6.动能的变化物体_______与_______之差,即焦耳相对性末动能初动能22k2111Emvmv22。J知识点2动能定理Ⅱ1.内容合外力对物体所做的功等于物体___________。2.表达式(1)W=____;(2)W=__________;(3)W=____________。ΔEkk2k1EE222111mvmv22动能的改变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)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_______作用。合外力曲线运动变力做功不同时【思考辨析】(1)动能是机械能的一种表现形式,凡是运动的物体都具有动能。()(2)一定质量的物体动能变化时,速度一定变化,但速度变化时,动能不一定变化。()(3)动能不变的物体,一定处于平衡状态。()(4)做自由落体运动的物体,动能与下落距离的平方成正比。()(5)如果物体所受的合外力为零,那么,合外力对物体做的功一定为零。()(6)物体在合外力作用下做变速运动,动能一定变化。()(7)物体的动能不变,所受的合外力必定为零。()分析：动能是运动物体都具有的能量，是机械能的一种表现形式，(1)对；由Ek=mv2可知，当m恒定时，Ek变化，速率一定变化，速度一定变化，但当速度方向变化，速率不变(如匀速圆周运动)时，动能不变，(2)对；动能不变，如匀速圆周运动，物体不一定处于平衡状态，(3)错；物体做自由落体运动时，v2=2gh，Ek=mv2=mgh，故(4)错；合外力为零，由W=Flcosα知，合外力做功一定为零，故(5)对；物体在合外力作用下做变速运动，合外力不一定做功，物体的速率不一定变化，动能不一定变化(如匀速圆周运动)。同样，物体的动能不变，它所受的合外力也不一定为零，故(6)、(7)均错。1212考点1动能定理的理解(三年8考)拓展延伸【考点解读】从两个方面理解动能定理(1)动能定理公式中体现的三个关系:①数量关系:即合外力所做的功与物体动能的变化具有等量代换关系。可以通过计算物体动能的变化,求合外力的功,进而求得某一力的功。②单位关系,等式两侧物理量的国际单位都是焦耳。③因果关系:合外力的功是引起物体动能变化的原因。(2)动能定理叙述中所说的“外力”,既可以是重力、弹力、摩擦力,也可以是电场力、磁场力或其他力。【典例透析1】(2012·福建高考)如图,用跨过光滑定滑轮的缆绳将海面上一艘失去动力的小船沿直线拖向岸边。已知拖动缆绳的电动机功率恒为P,小船的质量为m,小船受到的阻力大小恒为f,经过A点时的速度大小为v0,小船从A点沿直线加速运动到B点经历时间为t1,A、B两点间距离为d,缆绳质量忽略不计。求:(1)小船从A点运动到B点的全过程克服阻力做的功Wf;(2)小船经过B点时的速度大小v1;(3)小船经过B点时的加速度大小a。【解题探究】(1)请对小船进行受力分析,哪些力是恒力,哪些力是变力?①受到的力:_______________________。②恒力:___________。③变力:___________。(2)小船在B点时的速度与绳的速度有何关系?提示:v绳=v船·cosθ。重力、浮力、阻力、拉力重力、阻力浮力、拉力【解析】(1)小船从A点运动到B点克服阻力做功Wf=fd①(2)小船从A点运动到B点牵引力做的功W=Pt1②由动能定理有③由①②③式解得④22f1011WWmvmv?2221012vv(Ptfd)m(3)设小船经过B点时绳的拉力为F，绳与水平方向夹角为θ，电动机牵引绳的速度为u,则P=Fu⑤u=v1cosθ⑥由牛顿第二定律有Fcosθ-f=ma⑦由④⑤⑥⑦式解得答案:(1)fd(2)(3)2201Pfammv2m(Ptfd)2012v(Ptfd)m2201Pfmmv2m(Ptfd)【总结提升】求变力做功时的四个要点(1)明确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ΔEk。(2)明确合外力对物体所做的功对应物体动能的变化,而不是对应物体的动能。(3)若有多个力做功时,必须明确各力做功的正负。(4)利用动能定理可求物体的速度、受力、位移及变力的功。【变式训练】如图所示，质量为m的小车在水平恒力F推动下，从山坡(粗糙)底部A处由静止起运动至高为h的坡顶B，获得速度为v,A、B之间的水平距离为x,重力加速度为g。下列说法正确的是()A.小车克服重力所做的功是mghB.合外力对小车做的功是C.推力对小车做的功是D.阻力对小车做的功是21mv221mvmgh221mvmghFx2【解析】选A、B、D。小车克服重力做功W=Gh=mgh,A正确；由动能定理，小车受到的合外力做的功等于小车动能的增量，W合=ΔEk=mv2,B正确；由动能定理，W合=W推+W重+W阻=mv2，所以推力做的功W推=mv2+mgh-W阻=F·x。W阻=mv2+mgh-Fx,故D正确，C错误。12121212【变式备选】如图所示，劲度系数为k的弹簧下端悬挂一个质量为m的重物，处于静止状态。手托重物使之缓慢上移，直到弹簧恢复原长，手对重物做的功为W1。然后放手使重物从静止开始下落，重物下落过程中的最大速度为v,不计空气阻力。重物从静止开始下落到速度最大的过程中，弹簧对重物做的功为W2，则()222211222222mgmgA.WB.Wkk1mg1C.WmvD.Wmv2k2【解析】选B。设x为弹簧伸长的长度，由胡克定律得：mg=kx。手托重物使之缓慢上移，直到弹簧恢复原长的过程，由动能定理得：W1+W弹-WG=0，又WG=mgx=,W弹0，故手对重物做的功选项B正确。由动能定理知则C、D错。22mgk221mgWk，2222mg1Wmv,k2考点2动能定理的应用(三年9考)解题技巧【考点解读】应用动能定理的基本步骤和注意事项1.应用动能定理的解题步骤2.注意事项(1)动能定理的研究对象可以是单一物体，或者是可以看作单一物体的物体系统。(2)动能定理是求解物体的位移或速率的简捷公式。当题目中涉及位移和速度而不涉及时间时可优先考虑动能定理；处理曲线运动中的速率问题时也要优先考虑动能定理。(3)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。但求功时，有些力不是全过程都做功，必须根据不同的情况分别对待求出总功。(4)应用动能定理时，必须明确各力做功的正、负。当一个力做负功时，可设物体克服该力做功为W，将该力做功表达为-W，也可以直接用字母W表示该力做功，使其字母本身含有负号。【典例透析2】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s=5m,轨道CD足够长且倾角θ=37°,A、D两点离轨道BC的高度分别为h1=4.30m、h2=1.35m。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μ=0.5,重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。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。【解题探究】(1)重力与摩擦力做功的特点有何不同?①重力做功:___________。②摩擦力做功:___________。(2)应用动能定理时应主要进行哪些分析?提示:受力分析、过程分析及各力做功情况分析。与路径无关与路径有关【解析】(1)小滑块从A→B→C→D过程中，由动能定理得：将h1、h2、s、μ、g代入得：vD=3m/s(2)小滑块从A→B→C过程中，由动能定理得将h1、s、μ、g代入得：vC=6m/s小滑块沿CD段上滑的加速度大小a=gsinθ=6m/s2小滑块沿CD段上滑到最高点的时间由对称性可知小滑块从最高点滑回C点的时间t2=t1=1s故小滑块第一次与第二次通过C点的时间间隔t=t1+t2=2s212D1mg(hh)mgsmv0221C1mghmgsmv2C1vt1sa(3)对小滑块运动全过程应用动能定理，设小滑块在水平轨道上运动的总路程为s总有：mgh1=μmgs总将h1、μ代入得s总=8.6m，故小滑块最终停止的位置距B点的距离为2s-s总=1.4m答案：(1)3m/s(2)2s(3)1.4m【总结提升】应用动能定理应突破的五个难点(1)突破研究对象的选取难点动能定理适用于单个物体,当题目中出现多个物体时可分别将单个物体取为研究对象,应用动能定理;也可以把多个物体组成整体,再应用动能定理求解,此时的条件是内力的功没有引起动能向其他形式能的转化。(2)突破研究过程的选取难点应用动能定理时,选取不同的研究过程列出的方程是不相同的。因为动能定理是个过程式,选取合适的过程往往可以大大简化运算。(3)突破受力的分析难点运用动能定理时,必须分析清楚物体在过程中的全部受力情况,找出哪些力不做功,哪些力做功,做多少功,从而确定出外力的总功,这是解题的关键。(4)突破位移的计算难点应用动能定理时,要注意有的力做功与路程无关,只与位移有关,有的力做功却与路程有关。(5)突破初、末状态的确定难点动能定理的计算式为标量式,v为相对同一参考系的速度,所以确定初、末状态动能时,必须相对于同一参考系而言。【变式训练】如图所示,质量m=1kg的木块静止在高h=1.2m的平台上,木块与平台间的动摩擦因数μ=0.2,用水平推力F=20N使木块产生位移s1=3m时撤去,木块又滑行s2=1m时飞出平台,求木块落地时速度的大小。(g取10m/s2)【解析】解法一:取木块为研究对象。其运动分三个过程,先匀加速前进s1,后匀减速前进s2,再做平抛运动,对每一过程,分别由动能定理得:Fs1-μmgs1=-μmgs2=mgh代入数据解得：v3=m/s211mv2222111mvmv22223211mvmv2282解法二：对全过程由动能定理得：Fs1-μmg(s1＋s2)+mgh=代入数据解得：v3=m/s答案：m/s231mv028282考点3动能定理与图像结合问题(三年5考)拓展延伸【考点解读】解决物理图像问题的基本步骤(1)观察题目给出的图像，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。【典例透析3】(2013·潍坊模拟)2012年伦敦奥运会女子10米(即跳台距水面10m)跳台比赛中,我国小将陈若琳技压群芳夺得冠军。设运动员质量为m=50kg,其体形可等效为长度L=1.0m,直径d=0.3m的圆柱体,不计空气阻力,当她跳起到达最高点时,她的重心离跳台台面的高度为0.70m,在从起跳到接触水面过程中完成一系列动作,入水后水的等效阻力F(不包括浮力)作用于圆柱体的下端面,F的数值随入水深度y变化的函数图像如图所示,该直线与F轴相交于F=2.5mg处,与y轴相交于y=h(某一(1)起跳瞬间所做的功;(2)从起跳到接触水面过程的时间;(3)跳水池至少应为多深?(保留两位有效数字)【解题探究】(1)请对运动员在入水后进行受力分析,哪些力是变力?①受到的力:_________________。②变力:___________。重力、浮力、阻力阻力、浮力未知深度)处,为了确保运动员的安全,水池必须有